3 MODELO MEXICANO PARA LA ESTIMACIÓN DE BIOGÁS

3.1 Generalidades La ecuación de degradación de primer orden, utilizada para el cálculo de generación anual de biogás, fue modificada por la US EPA (United States Environmental Protection Agency), en el Modelo LandGEM versión 3.02 en el 2005. Esta ecuación se presenta a continuación (Alexander, A., Burklin, C., Singleton, A., 2005):

2 .

10

Donde: QLFG = Flujo máximo esperado de biogás (m3/año). i

= Incremento de tiempo de 1 año.

n

= (año del cálculo) - (año inicial de disposición de residuos).

j

= Incremento de tiempo en 0.1 años.

k

= Índice de generación de metano (1/año).

L0

= Generación potencial de metano (m3/Mg).

Mi

= Masa de residuos dispuestos en el año i (Mg).

tij

= Edad de la sección j de la masa de residuos Mi dispuestos en el año i (años decimales).

MCF = Factor de corrección de metano. F

= Factor de ajuste por incendios. Con esta ecuación se estima la generación de biogás, tomando en

cuenta las cantidades de residuos sólidos acumulados a lo largo de un año. La estimación para más de un año es desarrollada variando la proyección

anual. La cantidad de biogás es igual a dos veces la generación de metano calculado. La constitución del biogás que asume el Modelo es de 50% metano (CH4) y 50% de otros gases, incluyendo el dióxido de carbono (CO2) y trazas de otros compuestos (Stege, G., Dávila, J., 2009). La producción y recuperación de biogás se calcula en metros cúbicos por hora (m3/h) y en pies cúbicos por minuto (ft3/min). Además, se estima la cantidad de energía que posee el biogás recuperado en millones de Btu por hora (mmBtu/h), la eficiencia de captura, que es la capacidad máxima de la planta de energía, en megavatios (MW) y las toneladas de reducción de emisión de CO2 en (CERs) (Stege, G., Dávila, J., 2009). Los índices de disposición anual se calculan usando información referente al relleno sanitario. El modelo asigna automáticamente valores de k y L0, basándose en información climática y caracterización de residuos. El valor de k depende del grupo de residuos y del clima. Los valores de L0 dependen del grupo de residuos. Debido a las precipitaciones promedio anuales y temperatura de cada estado, el país se divide en 5 regiones climáticas, sureste oeste, centro/interior, noroeste y noroeste e interior norte (Stege, G., Dávila, J., 2009).

3.2 Modelo Mexicano La cantidad de biogás que se puede generar y recuperar anualmente en un relleno sanitario en México puede ser calculada. Este cálculo se lleva a cabo utilizando un modelo (Modelo Mexicano de Biogás Versión 2.0) basado en una ecuación de degradación de primer orden. El modelo asume la generación de biogás y está elaborado sobre hoja de cálculo Excel. Para realizar el cálculo se requieren una serie de datos específicos del relleno sanitario. Entre los datos se encuentran; el año de apertura, año de clausura, ubicación del sitio, índice de disposición anual y preguntas referentes a la

historia del sitio. El modelo estima la recuperación del biogás multiplicando la eficiencia con la que el sistema recupera el biogás por la generación biogás (Stege, G., Dávila, J., 2009). El Modelo Mexicano para la Estimación de Biogás (Versión 2.0, marzo 2009) se emplea para cuantificar automáticamente la generación y recuperación de biogás en rellenos sanitarios de cualquier estado del país. Genera cálculos separados para cada uno de los grupos de residuos orgánicos, agrupados de acuerdo a su índice de degradación (Stege, G., Dávila, J., 2009): 1. Residuos alimenticios, materia orgánica y un 20% de pañales, son considerados como residuos de degradación rápida. 2. Residuos vegetales, poda de arbustos en casas o parques municipales y papel higiénico, son considerados residuos de degradación moderadamente rápida. 3. El papel, cartón y textiles son de degradación moderadamente lenta. 4. Los residuos considerados de degradación muy lenta son la madera, caucho, piel, hueso y paja. La generación total de biogás se calcula sumando las cantidades de biogás generado por cada uno de los cuatro grupos de residuos mencionados. Cada uno de los grupos cuenta con un valor de k y L0, que son usados en el cálculo individual de generación de biogás. También, se realizan ajustes por incendios y se toma en cuenta la descomposición aeróbica de los residuos, conocidos como Factor de Corrección de Metano (MCF). Estas variables, junto con la eficiencia de captación, se explican con detalle a continuación (Stege, G., Dávila, J., 2009).

3.2.1 Índice de valoración de metano (k)

El índice de valoración de metano (k) determina la generación de metano, producida por la degradación de los desechos de los rellenos sanitarios. El valor de k está relacionado con el periodo de vida de los residuos, de acuerdo a la ecuación: periodo = ln (2)/k. Conforme el valor de k incrementa, la generación de metano en el relleno también incrementa (Colmenares, W., Santos, K., 2007; Stege, G., Dávila, J., 2009). El valor de k depende de algunos factores, como lo es el contenido de humedad dentro del relleno sanitario, que se estima en base a los promedios de las precipitaciones anuales. La disponibilidad de nutrientes para las bacterias generadoras de metano es otro factor, que depende de la cantidad de residuos y la caracterización de los mismos. La temperatura del relleno es constante debido al calor que se genera por las bacterias, excepto en condiciones climáticas frías y rellenos sanitarios poco profundos. Entonces, los valores de k se basan en los tipos de residuos y el clima (Stege, G., Dávila, J., 2009). Tabla 3. Valores del índice de generación de metano (k). Región 1

Región 2

Región 3

Región 4

Región 5

Categoría De Residuos

Sureste

Oeste

Centro/ interior

Norte & Noreste

interior norte

1

0.300

0.220

0.160

0.150

0.100

2

0.130

0.100

0.075

0.070

0.050

3

0.050

0.040

0.032

0.030

0.020

4

0.025

0.020

0.016

0.015

0.010

Se han establecido valores de k para los cuatro grupos de residuos orgánicos, residuos de degradación rápida, moderadamente rápida, moderadamente lenta, y muy lenta. Estos valores de k también varían en base a las precipitaciones anuales de la región donde se encuentre el relleno sanitario. Por lo que se toman en cuenta 5 regiones climáticas en el país.

Los valores para cada categoría según la región de ubicación se presentan en la Tabla 3 (Stege, G., Dávila, J., 2009).

3.2.2 Caracterización de los residuos y generación potencial de metano (L0) El valor de la generación potencial de metano (L0) de los residuos describe la cantidad total de gas metano potencialmente producido por una tonelada de residuos degradados y, depende exclusivamente de la composición de los residuos del relleno sanitario. Las unidades de L0 son metros cúbicos (m3) por tonelada (ton) de basura, su valor va de 6.2 a 270 (m3/ton) () (Colmenares, W., Santos, K., 2007; Stege, G., Dávila, J., 2009). Los valores de L0 dependen directamente de las características de los residuos de cada relleno sanitario. En el modelo se utilizan valores predeterminados para cada relleno o datos de las características de sus residuos. Con esto se calculan los valores de L0 para cada uno de los cuatro grupos de residuos orgánicos. Este valor se mantiene constante para las 5 zonas climáticas, con excepción del grupo 2, ya que existen variaciones por el tipo de vegetación, (Tabla 4) (Stege, G., Dávila, J., 2009). Tabla 4. Valores de la generación potencial de metano (L0). Categoría De residuos

Región 1

Sureste

Región 2

Oeste

Región 3 Centro/ Interior

Región 4

Región 5 Norte &

Noreste

interior norte

1

69

69

69

69

69

2

115

126

138

138

149

3

214

214

214

214

214

4

202

202

202

202

202

3.2.3 Factor de corrección de metano MCF

Con el factor de corrección de metano se realiza un ajuste de la estimación de la generación de biogás, tomando en cuenta el grado de degradación anaerobio de los residuos. Los valores MCF dependen, principalmente, del tipo de manejo que se le da al relleno sanitario y la profundidad a la que se encuentran los residuos. La Tabla 5 resume los valores de MCF aplicados por el modelo (Stege, G., Dávila, J., 2009). Tabla 5. Factor de corrección de metano (MCF). Profundidad

Profundidad

Manejo del sitio

d