Los vertederos o rellenos sanitarios han sido siempre un problema para las ciudades, especialmente cuando estas crecen sin planificación y no existen los controles para su manejo por lo que terminan contaminando el suelo, el agua y el aire. Además, siempre han quedado rodeados por asentamientos humanos. Sin embargo, ahora es posible aprovechar la basura de los vertederos y sus emisiones para generar energía limpia y reducir su impacto en el medio ambiente. Se trata de las plantas térmicas a base de biogás, que desde hace varios años operan en otros países, y que por primera vez se aplica en el Perú con la iniciativa de la empresa Petramás.
El biogás es un gas producido por bacterias durante el proceso de biodegradación de material orgánico en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno). El metano producido por bacterias es el último eslabón en una cadena de microorganismos que degradan material orgánico y devuelven los productos de la descomposición al medio ambiente.
Este proceso que genera biogás es una fuente de energía renovable. Se estima que cada año la actividad microbiana libera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano a la atmósfera. Cerca del 90% del metano emitido, que es un gas con gran incidencia en el efecto invernadero, proviene de la descomposición de biomasa. El resto es de origen fósil, o sea relacionado con procesos petroquímicos.
Los vertederos y rellenos sanitarios siempre han sido un problema crónico para las ciudades del país, sin embargo, bien administrados pueden convertirse en una fuente de energía y recursos. El biogás es uno de ellos que puede convertirse en generador de electricidad a través de una planta.
Como característica, el biogás es un poco más liviano que el aire y posee una temperatura de inflamación de alrededor de los 700 º C. A comparación el Diesel alcanza los 350 º C, y la gasolina y el propano cerca de los 500 º C. La temperatura de la llama alcanza 870 º C, por lo que es aprovechable para generar vapor. El biogás está compuesto por alrededor de 60 % de metano (CH4) y 40% de dióxido de carbono (CO2). Contiene mínima cantidades de otros gases, entre otros, 1% de ácido sulfhídrico (H2S).
Entre más largo es el tiempo de retención, más alto es el contenido de metano, y con esto el poder calorífico. Con tiempos de retención cortos el contenido de metano puede disminuir hasta en un 50%. Con un contenido de metano mucho menor del 50%, el biogás deja de ser inflamable.
PLANTAS GENERADORAS A BASE DE BIOGÁS
El biogás es un producto de la transformación de la biomasa, por lo que se considera también a las plantas térmicas por biogás, de biomasa. El uso de los rellenos sanitarios y sus emisiones para la generación eléctrica inicia con la cosecha del biogás. Esto se logra a través del desarrollo de proyectos que determinan la ubicación y construcción de pozas apropiadas, tratamiento sanitario y con criterios de ingeniería. Aprovechando las chimeneas de ventilación y desfogue existentes, y conectándolas por medio de empalmes a los colectores de aspiración en una estación de compresión y enfriamiento de biogás.
Funcionamiento típico de planta de biogás.
El diseño del sistema de captación para toda el área del relleno se realiza a través del trazado de colectores principales y, de ser necesario, colectores perimetrales. Estos últimos emplazados sobre el dren vertical de contorno del relleno.
Los colectores principales y el perimetral se conectan a los colectores de aspiración, los que disponen en sus extremos de sifones conectados a sistemas de extracción como compresoras, extractoras, y/o por presión de extracción natural.
Esta parte donde se aspira y comprime el gas recibe la ayuda de la presión del biogás generada en el subsuelo, en los bolsones formados por la biodegradación de la materia orgánica, dando paso a la creación de un vacío, pero con la generación de gas y con una determinada presión.
Esta aspiración y canalización del gas se logra, inicialmente, con la colocación de chimeneas planteadas al inicio de la construcción del relleno sanitario. Si no hubiesen sido colocadas, o no se hubiese previsto este fenómeno, se puede aún efectuar la extracción con ayuda de los extractores-canalizadores, diseñados para tal fin.
Las plantas generadoras a base de biogás pueden ser térmicas, usar generadores o sistemas combinados. Cuando se trata de biogás proveniente de rellenos sanitarios este se cosecha a través de pozas, colectores y sistemas de aspiración y compresión.
El gas extraído es enviado a las plantas de generación eléctrica que pueden ser de varios tipos. Existen las plantas térmicas, que usan la energía calorífica de la quema del gas para generar vapor que va a las turbinas. Asimismo, existen las centrales de ciclo combinado, que usan motores generadores y al mismo tiempo turbinas movidas por vapor. Otras plantas usan solo generadores fabricados para usar biogás.
PRIMERA PLANTA GENERADORA POR BIOGÁS EN EL PERÚ
El problema de los rellenos sanitarios y su administración es crónico en nuestro país. Se estima que cada peruano genera en promedio 0.84 kg de residuos sólidos al día, haciendo 25,546 a nivel nacional diariamente, lo suficiente para llenar 5 veces el Estadio Nacional cada semana. Al año los desechos suman aproximadamente 9´324,290 toneladas.
De esta cifra solo el 30% se deposita en algún relleno sanitario, menos del 6% se recicla y más del 64% tiene como destino final los botaderos informales, las chancherías clandestinas, los lechos de ríos o el mar. Este problema sumado a la contaminación por gases producidos por el transporte público y las industrias incrementan la generación de gases de efecto invernadero ocasionando el calentamiento global y el cambio climático.
La planta generadora por biomasa de Huaycoloro es la primera en el país que aprovecha los recursos de un relleno sanitario. Obtiene el biogás a través de tuberías y las conduce hasta una batería de generadores de la marca Caterpillar.
La situación es más grave aún cuando en 20 años solo se han construido 8 rellenos sanitarios en el país, 6 de los cuales se ubican en Lima Metropolitana y el Callao. Sin embargo, existe una demanda actual de 190 rellenos sanitarios a nivel nacional que demandarían una inversión aproximada de S/. 760 millones, en un país donde la morosidad tributaria municipal llega al 80%.
En este medio la empresa especializada en gestión de residuos sólidos Petramás decide incursionar en el mercado de la generación eléctrica aprovechando las emisiones de biogás de su relleno sanitario en Huaycoloro. En el año 2010 gana la primera subasta nacional realizada por el Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (Osinergmin) para el suministro de energía eléctrica con recursos energéticos renovables, lo que permitió que la empresa invierta US$ 14 millones en la construcción de la primera planta de generación de energía eléctrica a partir de biogás en el Perú.
El relleno Huaycoloro recibe diariamente 3,500 toneladas de basura que constituyen al rededor del 42% de los residuos sólidos que genera toda la ciudad de Lima Metropolitana. El Sistema de biogás del relleno sanitario de Huaycoloro está compuesto por 200 pozos de succión perforados a 10 m de profundidad y distribuidos en tuberías de polietileno de una extensión de 15 km que van a lo largo y ancho de todo el relleno.
Por su parte la planta está compuesta por tres motores generadores a gas de la marca Caterpillar con una potencia individual de 1,600 kW, lo que hace una planta de 4.8 MW/hora. Esta energía es inyectada al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) desde el 28 de octubre, cuando fue inaugurada.
Esta propuesta de manejo de rellenos sanitarios tiene eco en otras propuestas como el de Arequipa, donde catedráticos de la Universidad Nacional San Agustín propusieron la generación eléctrica con el uso del biogás proveniente de los botaderos. Se estima que la Ciudad Blanca podría obtener por lo menos 3MW. Esta práctica podría colaborar en el manejo de los desechos de la agricultura y la ganadería, industrias importantes en Arequipa.
EXPERIENCIA EN OTROS PAÍSES
En países como Alemania, Estados Unidos o Dinamarca, se construyen plantas generadoras a base de biogás desde hace varios años. Inclusive se desarrollan proyectos que usan biogás de pozas de material en descomposición (compostaje) alimentadas con desechos de las industrias agrícola y ganadera.
Este es el caso de la central de biomasa de Penkun, en Alemania. Estas instalaciones de 10,000 m2 cuentan con digestores gigantes de concreto con capacidades de 2,500 m3, en los cuales fermentan residuos agrícolas de toda clase. Desde el aire se asemeja a una refinería con sus alineaciones de recipientes.
En los digestores se mezclan residuos de maíz, trigo y estiercol líquido que se fermentan y producen biogás que se usa para producir calor y electricidad por un sistema de cogeneración. En total, la fábrica proporciona 20 MW, una producción que puede parecer escasa dado al tamaño de las instalaciones, pero que puede abastecer a 40,000 habitantes o 15,000 hogares. Su balance de carbono es nulo, es decir, que el CO2 absorbido por las plantas durante su crecimiento corresponde al generado por la fábrica. Cabe señalar, que el 2009 se contaba con 1.7 GW de electricidad generada con biogás.
En tanto, en España el biogás de rellenos sanitarios produce cerca de 100 MW.
En Estados Unidos la generación eléctrica por biogás es respaldada por la legislación que exige a las generadoras la compra de energía a estos productores a una tarifa equivalente al costo evitado de generación. De manera que el productor, en este caso un relleno sanitario, tiene un poder de compra asegurado por ley. En todo el país existen aproximadamente 400 proyectos en operación con un total de más de 1,000 MW de capacidad de generación de electricidad y 50,000.000 MMBtu en uso directo.
Sin duda, el biogás puede ser una forma rentable de generar electricidad, sin embargo, depende de la capacidad de cada relleno sanitario y de cómo este haya sido construido y manejado.
OTROS MÉTODOS DE EXTRAER ENERGÍA DE LA BASURA
La quema de biomasa o de los gases que estos generan no son las únicas formas de extraer energía de la basura. Actualmente se está desarrollando una nueva tecnología que promete acabar por completo con las emisiones de la generación de electricidad proveniente de desechos. Además es autosostenible, ya que consume la quinta parte de la energía que genera, y los residuos son cenizas que pueden ser usadas en industrias como la construcción. Se trata de la Gasificación por Plasma.
La tecnología de la Gasificación por Plasma promete una eliminación de desechos más limpia con subproductos industrialmente aprovechables.
Joseph Longo, jefe ejecutivo y fundador de la Corporación Medioambiental StarTech, explica que ha desarrollado un dispositivo que puede manejar muy bien cualquier tipo de desechos que se ponga en su interior para convertirla en una fuente limpia de energía.
Básicamente se trata de un vaso de acero inoxidable sellado y repleto de aire común a través del cual se hace pasar un alto voltaje entre dos electrodos que arrancan electrones del aire, convirtiendo el gas en plasma. La energía del arco de plasma es tan potente que rompe la materia en sus partes componentes desmontando los electrones de valencia de los átomos, y rompiendo sus ataduras moleculares.
Este proceso crea dos subproductos, uno es un gas sintético compuesto principalmente por hidrógeno y monóxido de carbono, que puede ser usado como combustible limpio. El segundo subproducto es un cristal vitrificado que puede usarse como relleno inerte para la construcción de carreteras, ladrillos, baldosas, encimeras u otros, dependiendo de la naturaleza del material ingresado. Sin embargo, algunos científicos advierten que los cristales podrían contener metales pesados tóxicos.
El proceso produce suficiente gas sintético como para aportar la energía que la unidad consume, además de un excedente que podría venderse directamente o emplearse para generar un extra de electricidad, lo cual aporta una fuente de ingresos adicional a la instalación.
Esta es una opción muy atractiva para muchas ciudades que están pagando grandes tasas en concepto de transporte y almacenamiento de basuras; cada unidad StarTech puede procesar 2,000 toneladas de basura por día. Michael Nuzzi de la empresa US Energy comenta: «La ciudad de Nueva York ya está pagando una cifra astronómica (US$ 90/Ton) por librarse de la basura. De acuerdo a StarTech, unas pocas plantas de gasificación que transforman 2,000 toneladas diarias podrían hacer lo mismo por unos US$ 36. Tras vender el gas sintético y el excedente eléctrico, el precio real por tratamiento de tonelada de residuos bajaría a los US$ 15.
Está claro que una buena administración de los residuos y los vertederos pueden ser una buena oportunidad de negocio, si es que se administran correctamente.