Estudio de Prefactibilidad para la Recuperación y la Utilización del Biogás en el Relleno Sanitario Loma de Los Cocos Cartagena de Indias, Colombia

Transcripción

1 Estudio de Prefactibilidad para la Recuperación y la Utilización del Biogás en el Relleno Sanitario Loma de Los Cocos Cartagena de Indias, Colombia Elaborado para: Agencia de Protecció n Ambiental de los Estados Unidos Landfill Methane Outreach Program (Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios) 1200 Pennsylvania Ave., NW Washington, DC Elaborado por: Roger Bacon Drive Reston, Virginia Noviembre de 2008 Archivo Nº

2 Estudio de Prefactibilidad para la Recuperación y la Utilización del Biogás en el Relleno Sanitario Loma de Los Cocos Cartagena de Indias, Colombia Elaborado por Alex Stege y Jim Michelsen Director del Proyecto: José Luis Dávila SCS ENGINEERS Roger Bacon Drive Reston, Virginia Jefe del Proyecto: Victoria Ludwig Landfill Methane Outreach Program (Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios) AGENCIA DE PROTECCIÓN AMBIENTAL DE LOS ESTADOS UNIDOS 1200 Pennsylvania Ave., NW Washington, DC Septiembre de 2008

3 Índice Sección Página RESUMEN EJECUTIVO INTRODUCCIÓN Objetivos y Enfoque Antecedentes Sobre La Utilización del Gas de Relleno Sanitario Limitaciones del Proyecto INFORMACIÓN SOBRE LOS ANTECEDENTES DEL PROYECTO Antecedentes del Relleno Sanitario Características Físicas del Relleno Índices de Disposición de Residuos Composición de los Residuos Sistema de Extracción de Gas Existente Mediciones de la Calidad del Gas en los Pozos de Venteo Existentes PROYECCIONES DE LA RECUPERACIÓN DE BIOGÁS Modelo Matemático Para el Gas de Relleno Sanitario Modelo Internacional para Biogás de LMOP-SCS Entradas del modelo Resultados del Modelo de Gas de Relleno Sanitario Potencial para la Recuperación de Biogás Recuperación de Biogás Esperada (Escenario de Recuperación Media) EL MERCADO DE LA ELECTRICIDAD EN COLOMBIA El Mercado de la Electricidad en Colombia Participantes en el mercado Distribución y Comercialización Generación Transmisión Costos mayoristas de la energía Legislación e incentivos sobre energías renovables El Mercado del Gas Natural en Colombia SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE BioGáS Y ALTERNATIVAS DE USO Introducción Sistema de Extracción Y Control Descripción Conceptual Componentes del Sistema de Extracción y Control Mantenimiento del Sistema de Extracción Opciones de Proyecto de Utilizacion de Biogás Descripción Conceptual del Uso Directo y la Generación de Electricidad Opción 1 Generación de Electricidad Componentes del Establecimiento O&M del Establecimiento de Generación Eléctrica Opción 2 Uso Directo COSTOS DEL PROYECTO i

4 6.1 Costos del Sistema de Extracción de Gas de Relleno y del Sistema de Combustión Costos de Construcción Costos de Futuras Ampliaciones del Sistema de Extracción Costos de Operación y Mantenimiento Anual del Sistema Costos del Proyecto de Generación Eléctrica Costos Iniciales de la Planta de Energía Costos de la Operación y Mantenimiento Anual de la Planta de Energía Costos del Proyecto de Uso Directo Costos Iniciales de la Planta de Uso Directo y Costos en Curso EVALUACIÓN ECONÓMICA Resumen de Supuestos Gastos del Proyecto Ingresos del Proyecto Resumen de las Evaluaciones Económicas Opción 1 Generación de Electricidad a Partir de Biogás Opción 2 Uso Directo de Biogás Opción 3 Quema Solamente Resumen de los Resultados de la Evaluación Económica BENEFICIOS AMBIENTALES Reducciones de las Emisiones de los Gases de Efecto Invernadero Beneficios Ambientales Provenientes de la Utilizacion de Biogás CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Lista de Figuras Nº Página 2-1 Ubicación del Relleno Loma de Los Cocos Vista Panorámica del Relleno Nueva Celda en Preparación Área de Disposición Cobertura Diaria Piletas de Tratamiento de Lixiviado Recirculación del Lixiviado Acceso al Sitio y Balanza Pozo de Venteo Prueba de la Calidad del Biogás Diseño Conceptual del Sistema de Extracción y Control (GCCS) ii

5 Lista de Tablas RE-1 Resumen de la Evaluación Económica...RE Proyecciones Generales de la Generación de Residuos Sólidos Datos sobre la Composición de los Residuos Prueba de la Calidad del Biogás Comparación de la Composición de los Residuos (%) Cálculo del Valor L o Resumen de los Resultados del Modelo de Biogás en el Escenario de Resuperación Media Tarifas Mayoristas de Energía en el MEM Costos Presupuestarios para el Sistema Inicial de Extracción y Control del Biogás Costos Presupuestarios para una Planta de Energía con Motor de Combustión Interna Costos Presupuestarios para Proyecto de Uso Directo Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 1 Según el Escenario Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 1 Según el Escenario Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 2 Según el Escenario Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 2 Según el Escenario Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 3 Según el Escenario Resumen de la Evaluación Económica de la Opción 3 Según el Escenario Resumen de las Reducciones Proyectadas de Emisiones de GEIde un Proyecto de Uso Directo Apéndices A Proyecciones de Recuperación de Biogás B Cálculos del Costo de Construcción C Evaluación Económica iii

6 RESUMEN EJECUTIVO El presente Informe del Estudio de Prefactibilidad hace referencia a la implementación potencial de un proyecto de control, utilización y extracción de gas de biogás en el Relleno Sanitario Loma de os Cocos (Los Cocos) ubicado en Cartagena de Indias, Colombia. El Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios (LMOP por sus siglas en inglés) de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency, USEPA) encomendó la realización de este informe para la Municipalidad de Cartagena (Municipalidad). Se estimó que el proyecto consistirá en la instalación de un sistema de extracción de biogás en el relleno sanitario cuyo objetivo es extraer biogás para su utilización. Para esta evaluación, se analizaron tres opciones: Opción 1 Un establecimiento de generación de electricidad a partir de biogás mediante la utilización de generadores con motores de combustión interna, y la quema de todo biogás no utilizado. Suponiendo que se efectúa la puesta en funcionamiento de una planta de energía en julio de 2009, se estima que habrá suficiente gas disponible para alimentar una planta de 1,600kW (compuesta de un motor de combustión interna). Opción 2 Utilización directa de biogás en industrias cercanas ubicadas en la zona industrial de El Mamonal y la quema de todo biogás no utilizado. Opción 3 Quema solamente de biogás, con la quema de todo el biogás extraído Suponiendo que se efectúa la puesta en funcionamiento de un proyecto de quema solamente a mediados de 2008, se estima que habrá suficiente gas disponible para quemar aproximadamente 11.2 mmbtus por hora. Los ingresos para el proyecto se generarían a partir de la venta de energía eléctrica renovable a la red en el caso de la Opción 1, la venta de energía al usuario final en el caso de la Opción 2; y la venta de certificados por reducción de gases de efecto invernadero (GEI) por la reducción de las emisiones de los gases de efecto invernadero en el caso de la Opción 3. La reducción de las emisiones se crea por la combustión del metano, que constituye aproximadamente el 50 por ciento del biogás. El metano tiene un potencial de calentamiento global aproximadamente 21 veces mayor al del dióxido de carbono (CO 2 ). Se estima que las Opciones 1 y 2 también tienen derecho a los certificados por reducción de biogás como una fuente de ingreso adicional. A continuación, se detalla un resumen de la información del proyecto en cuestión: El Relleno Sanitario Loma de Los Cocos es relativamente nuevo y es el sitio de disposición de la Municipalidad de Cartagena de Indias, Colombia, que tiene una población de aproximadamente habitantes (según el censo de 2005). El sitio comenzó a operar el 25 de septiembre de 2006 y su cierre se proyecta para el año 2026, con una capacidad de disposición final de aproximadamente 8,2 millones de toneladas métricas. RE-1

7 El sitio comprende un total aproximado de 64 hectáreas disponibles para operaciones de disposición de residuos. La profundidad promedio de los residuos es de 18 metros. El relleno pertenece a la Municipalidad y es operado por Caribe Verde ESP. La Corporación Autónoma Regional del Canal del Dique (CARDIQUE) otorgó la licencia ambiental a Caribe Verde. El Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios (LMOP) de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency, USEPA) entiende que Caribe Verde tiene la concesión para operar el relleno hasta el año 2026 y que posee los derechos sobre el biogás, incluyendo todos los atributos ambientales, pero que ha negociado un acuerdo para compartir los ingresos con la Municipalidad. El relleno sanitario cuenta con algunos pozos de venteo de gas pasivos, pero no posee un sistema activo de extracción y control de gas de relleno sanitario. Se encuentran disponibles registros históricos sobre la disposición de residuos desde la fecha en que se abrió el relleno en el año El nivel de disposición de residuos histórico se estimó a partir del volumen informado de residuos dispuestos, la densidad estimada de los residuos dispuestos y los años de operación. La disposición futura de los residuos se estimó a partir de la capacidad restante del sitio y a un índice de crecimiento estimado del 2,1 por ciento. Proyecciones de recuperación de gas: o La recuperación proyectada de biogás para el año 2009, luego de haber completado el sistema de extracción y control de gas, se estima que será de aproximadamente metros cúbicos por hora (676 pies cúbicos por minutos) según un escenario de rango medio. Se espera que para el año 2010 el índice de recuperación aumente a metros cúbicos por hora (819 pies cúbicos por minuto), para el 2020 a metros cúbicos por hora, y para el 2027 alcance un máximo de alrededor de metros cúbicos por hora. Proyección de la reducción de emisiones de metano: o Un proyecto para capturar y quemar biogás generado en un relleno produciría una reducción directa de emisiones de CO 2 equivalentes (CO 2 e) que alcanzaría un total de alrededor de de toneladas para el período , a través de la reducción de las emisiones de metano del relleno sanitario. o Un proyecto de generación de energía eléctrica a partir del aprovechamiento del biogás (proyecto de energía), produciría una cantidad estimada adicional de toneladas de reducción indirecta de emisiones de CO 2 e para el período comprendido entre 2009 y 2022 mediante el reemplazo de electricidad producida por otras fuentes. o Un proyecto de uso directo a partir del aprovechamiento del biogás (proyecto de uso directo) produciría una cantidad estimada adicional de toneladas de RE-2

8 reducción indirecta de emisiones de CO 2 e para el período comprendido entre 2009 y 2022 mediante el reemplazo de otras fuentes de combustibles fósiles. Se analizaron los aspectos económicos de cada una de las opciones del proyecto para el período comprendido entre el año 2009 y el año 2022 en el marco de escenarios distintos, incluyendo el porcentaje inicial de inversión de patrimonio (25 o 100 por ciento), tipo de proyecto, duración del proyecto, y fijación de precio de la reducción de emisiones (USD8 o USD10/tonelada de CO 2 e para el período hasta el año 2018 solamente). Se estima que toda la electricidad generada por el proyecto de energía se venderá a la red a una tarifa de mercado mayorista de USD0,043 por kwh. Los precios de venta por reducción de emisiones de USD8 y USD10 por tonelada de CO 2 equivalente por reducción de metano del proyecto se utilizaron en el análisis económico tanto del proyecto de generación de energía, de uso directo, como en el proyecto de quema solamente. Esos precios de venta por reducción de emisiones se basan en una adaptación conservadora de las tendencias recientes en los mercados de reducción de emisiones. Los resultados del análisis demostraron que la viabilidad económica de un proyecto de uso directo y/o de quema parece ser lo suficientemente favorable desde el punto de vista económico como para atraer probables desarrolladores/inversores, en particular, si los ingresos de los certificados por reducción de emisiones GEI continúan hasta el Un proyecto de energía parece ser económicamente viable para la tarifa del mercado mayorista de USD0,043 por kwh, siempre que (1) los ingresos de los certificados por reducción de emisiones GEI se incluyan y continúen hasta 2018, (2) el 75 por ciento de los costos de capital del proyecto se financien, y (3) el precio de los certificados de GEI sea USD10 por tonelada. Sin embargo, en realidad el proyecto de energía se sostiene a partir de los ingresos por los certificados de reducción de emisiones de GEI, y es muy desfavorable sin esta corriente de ingreso. A continuación, en la Tabla ES-1, se presenta un resumen de los resultados de la evaluación económica de las tres opciones de los proyectos (generación de energía, uso directo de biogás, y quema), en valores brutos, antes de deducir impuestos. En los tres casos, se muestra el Escenario 2 (supone que la reducción de las emisiones de GEI se venden entre los años 2009 y 2018). TABLA RE-1: RESUMEN DE LA EVALUACIÓN ECONÓMICA Planta de Energía Uso Directo Período del Proyecto Precio por reducción de emisiones ($/tonelada) Inversión Patrimonial (%) Valor Presente 14% (x1,000 $) Tasa interna de retorno (%) ($1.411) 6,4% ($485) 11,5% ($324) 9,3% $602 22,2% $2,501 36,9% $3,424 43,3% RE-3

9 $ ,4% Combustión Solamente $ % $679 26,8% $ ,7% $779 44,9% $ ,6% RE-4

10 1.0 INTRODUCCIÓN El Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios (Landfill Methane Outreach Program, LMOP) de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency, US EPA) se complace en presentar el presente Informe sobre el Estudio Preliminar de Factibilidad para la implementación de un proyecto de extracción, control y utilización de biogás en el Relleno Sanitario Loma de los Cocos en Cartagena, Colombia. Este estudio de prefactibilidad fue preparado por la empresa SCS Engineers (SCS) y el Programa de Extensión para Metano Proveniente de Rellenos Sanitarios LMOP (Equipo de Trabajo) en el marco del Asociación Metano a los Mercados de la US EPA, una iniciativa internacional destinada a ayudar a los países asociados en la reducción de las emisiones de metano en todo el mundo. Se identificó al relleno sanitario Loma de Los Cocos como candidato para un proyecto de captura y utilización de biogás debido a una serie de razones, entre las que se incluyen: El tamaño del relleno (volumen), la profundidad del material de relleno, la antigüedad y la capacidad futura. Se estima que la continua disposición y la capacidad restante del sitio podría dar como resultado un aumento del suministro de biogás en el futuro. Además, la recuperación de biogás para su utilización como combustible para un proyecto de energía en el relleno sanitario producirá una reducción neta de las emisiones de carbono que provienen directamente de la combustión del metano y también indirectamente, del desplazamiento de otros combustibles de carbono. 1.1 OBJETIVOS Y ENFOQUE Los objetivos de esta evaluación son los siguientes: Evaluar la viabilidad técnica y económica del desarrollo de un proyecto de control y utilización de biogás en el relleno sanitario Cuantificar la reducción potencial de las emisiones de los gases de efecto invernadero (GEI) a partir de la implementación de un proyecto. Proporcionar a la Ciudad de Cartagena una herramienta para ayudar a los desarrolladores potenciales del proyecto en la toma de decisiones informadas sobre investigaciones adicionales o sobre cómo avanzar con un proyecto en el relleno. El enfoque tomado para el presente estudio es el siguiente: Revisión de las condiciones del sitio y los antecedentes disponibles, incluso la cantidad de residuos y su composición, el tipo y la configuración del relleno, así como los datos meteorológicos. Realización de visitas al sitio con el fin de observar las características del relleno y las operaciones que se llevan a cabo y reunirse con el propietario y el operador del relleno 1-1

11 sanitario. Representantes de LMOP y de la empresa SCS visitaron el relleno sanitario el 3 de febrero de 2007, se reunieron con representantes de la Municipalidad y con el operador del sitio, la empresa Caribe Verde, y obtuvieron datos adicionales del proyecto. Estimación del potencial de recuperación de biogás del relleno mediante el uso de un modelo informático elaborado a partir de la información disponible y la experiencia en ingeniería en rellenos sanitarios similares. Cuantificación del potencial para la generación de electricidad en el sitio con biogás como combustible o para la venta del biogás a los establecimientos industriales que se encuentran fuera del sitio. Estimación de los elementos necesarios para el sistema de extracción y utilización de gas (cantidad y profundidad de los pozos, tamaño y longitud de las tuberías, capacidades de la antorcha, etc.) con el fin de evaluar los costos de capital y de operación necesarios para la implementación de la extracción del gas y la combustión en el relleno sanitario. Estimación de los costos de capital y de operación que representa la implementación de un proyecto de recuperación de energía. Evaluar el proyecto desde el punto de vista económico mediante la cuantificación de los costos de capital y de operación, así como las fuentes de ingresos, y calcular el valor presente neto actual y la tasa interna de retorno. 1.2 ANTECEDENTES SOBRE LA UTILIZACIÓN DEL GAS DE RELLENO SANITARIO Los rellenos sanitarios producen biogás a medida que los materiales orgánicos se descomponen bajo condiciones anaeróbicas (sin oxígeno). El biogás se compone de partes aproximadamente equivalentes de metano y dióxido de carbono, con rastros de concentraciones de compuestos orgánicos volátiles (COV), contaminantes aéreos peligrosos (Hazardous Air Pollutants, HAP) y otros componentes. Los dos componentes principales del biogás, el metano y el dióxido de carbono, se consideran gases de efecto invernadero (GEI) que contribuyen al calentamiento global, aunque el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (PICC) no considera que el dióxido de carbono que se encuentra específicamente presente en el biogás crudo sea un GEI (se lo considera biogénico y, por lo tanto, una parte natural del ciclo del carbono). Sin embargo, se considera que el metano presente en el biogás crudo es un GEI. De hecho, el metano es un GEI mucho más potente que el dióxido de carbono (CO 2 ), con un potencial de calentamiento global de aproximadamente 21 veces mayor al del CO 2. Por lo tanto, la captura y la combustión del metano (su transformación en dióxido de carbono y agua) por medio de una antorcha, de un motor generador o de algún otro mecanismo generan una reducción neta sustancial de emisiones de GEI. Entre otros beneficios adicionales más allá de la reducción de las emisiones de GEI, se incluyen el potencial para el mejoramiento de la calidad del aire local a través de la destrucción de los HAP y COV durante la combustión del biogás. 1-2

12 El biogás puede salir del relleno sanitario a través de dos vías naturales: la migración hacia un sector del subsuelo contiguo y el venteo a través del sistema de cobertura del relleno. En ambos casos, sin captura ni control el biogás (y el metano, eventualmente logrará salir a la atmósfera. El volumen y el índice de las emisiones de metano de un relleno es una función de la cantidad total de material orgánico enterrado en el sitio, de su antigüedad y contenido de humedad, de las técnicas de compactación, de la temperatura, así como del tipo de residuo y del tamaño de las partículas. Mientras que los índices de las emisiones de metano disminuirán una vez que se cierre el relleno (a medida que la fracción orgánica se agota), habitualmente un relleno sanitario continuará emitiendo metano por muchos años (20 o más) después de su clausura. Un método común utilizado para el control de las emisiones de biogás es la instalación de un sistema de extracción y control de biogás. Los sistemas de control de biogás normalmente están equipados con un dispositivo para combustión (o para otro tratamiento) diseñado con el fin de destruir el metano, los COV, y los HAP antes de su emisión a la atmósfera. El biogás de buena calidad (alto contenido de metano con niveles bajos de oxígeno y nitrógeno) puede utilizarse como combustible para sustituir el uso de combustibles convencionales o de otros tipos de combustible. Típicamente, el valor calorífico varía de 400 a 600 Btus (British thermal units, unidad térmica británica) por cada scf (Standard cubic foot, pie cúbico estándar), que es aproximadamente la mitad del valor calorífico del gas natural. En general, los usos existentes y potenciales del biogás corresponden a alguna de las siguientes categorías: generación de energía eléctrica, uso directo para calefacción/combustible para caldera (Btumedio), aumento a gas de Btu alto y otros usos como por ejemplo combustible para vehículos. El presente estudio se centra en la evaluación de un proyecto potencial de generación de energía eléctrica y un proyecto de uso directo. 1.3 LIMITACIONES DEL PROYECTO Durante la presente evaluación, el Equipo del Proyecto se basó en la información brindada y en varios supuestos con el objeto de completar la evaluación económica y el modelo de recuperación de biogás. Los juicios y análisis se realizaron a partir de la información mencionada y de la experiencia del Equipo del Proyecto en los sistemas de recuperación y utilización de biogás. Entre las limitaciones específicas, se incluyen: Las estimaciones de producción de biogás se basan en un análisis teórico y en las observaciones directas del relleno sanitario y sus operaciones. Dado que, en la actualidad, el relleno no posee un sistema de recuperación de biogás, el análisis económico se basó en los costos típicos de capital y de operación de sistemas similares más que en información específica del proyecto. Las proyecciones de recuperación de biogás se elaboraron conforme al cuidado y a la competencia que usualmente ejercen reconocidos profesionales especializados en este tema, bajo circunstancias similares, en esta o en localidades similares. No se ofrece ninguna otra garantía, expresa o implícita, en relación a las opiniones profesionales presentadas en este documento. Ciertos cambios vinculados al uso del predio del relleno sanitario y sus condiciones (por ejemplo, variaciones de las precipitaciones, 1-3

13 niveles de agua, operaciones del relleno, sistemas de cobertura final u otros factores) pueden afectar la recuperación futura de biogás. El programa LMOP no garantiza la cantidad ni la calidad de biogás disponible. En el presente estudio de prefactibilidad se elaboraron supuestos vinculados a la disponibilidad y la accesibilidad futuras de las zonas del relleno sanitario para la instalación de un sistema de extracción de gas, a partir de información que se encontraba disponible al momento de elaborar el presente estudio. Esos supuestos se formularon debido a la ausencia de información específica sobre las fechas en que muchas porciones del relleno estarán accesibles para el desarrollo de campos de pozos y sobre la antigüedad de los residuos en cada zona. Debido a que dichos supuestos se utilizaron con el fin de elaborar un cronograma tentativo para la construcción de un sistema de captura de gas y la colocación de cobertura de la masa de residuos que genere biogás, esos supuestos pueden provocar impactos de consideración sobre la recuperación futura de biogás proyectada y las estimaciones resultantes del proyecto de prefactibilidad. Este Estudio de Prefactibilidad se ha implementado exclusivamente para su uso por parte de la Ciudad de Cartagena y la empresa Caribe Verde ESP. Ninguna otra particular, conocida o desconocida para el programa LMOP ni para la empresa SCS Engineers, será beneficiaria del presente informe o de la información que éste contiene. Los terceros utilizarán el presente informe a su propio riesgo. El Equipo de Trabajo del programa LMOP y la empresa SCS Engineers no asumen responsabilidad alguna por la precisión de la información obtenida o suministrada por terceros. 1-4

14 2.0 INFORMACIÓN SOBRE LOS ANTECEDENTES DEL PROYECTO 2.1 ANTECEDENTES DEL RELLENO SANITARIO El Relleno Sanitario Loma de Los Cocos se encuentra en una zona rural cercana al pueblo de Pasacaballos, al sudeste del distrito turístico de Cartagena de Indias, y a 14 kilómetros (Km.) a las afueras de la zona urbana de la Ciudad de Cartagena, República de Colombia. La Municipalidad de Cartagena cuenta con una población de aproximadamente habitantes (según el Censo del año 2005). La Ciudad de Cartagena es la propietaria del relleno y la empresa Caribe Verde está a cargo de su operación, y cuenta con una licencia ambiental otorgada por la Corporación Autónoma Regional del Canal del Dique (CARDIQUE). CARDIQUE es la agencia ambiental de la región. Las operaciones de disposición comenzaron en el año 2006 y se espera que continúen hasta aproximadamente el año 2026, lo cual dependerá de las tarifas de disposición futuras. El clima de la región es cálido y moderadamente húmedo. La temperatura anual promedio es de 27,6ºC (81,7º Fahrenheit) y el promedio de precipitaciones es de milímetros (47 pulgadas) por año. El relleno sanitario se encuentra ubicado en las adyacencias de la Zona Industrial El Mamonal, un parque industrial de 12 Km. emplazado a lo largo de la Bahía de Cartagena, compuesto de casi 140 industrias distintas. Varias de esas industrias requieren de una cantidad considerable de energía y se encuentran ubicadas dentro de un perímetro de 10 Km. de distancia del relleno. Características Físicas del Relleno La propiedad del relleno existente incluye un total de 64 hectáreas (ha), de las cuales 43 fueron destinadas a la disposición de residuos comunes. La zona de disposición actualmente en uso es de 3,5 hectáreas. El área que rodea al relleno es montañosa, con una gran cantidad de árboles que sirven de barrera forestal. En la Figura 2-1 se presenta un mapa con la ubicación del relleno. El relleno está cubierto por un sistema de capas impermeables que consiste de una capa de arcilla compacta de 0,40m, un geotextil que es una geomembrana de 40 mil 1 -HDPE, y una capa de arena de 0,30m. El sistema de recolección de lixiviado consiste de filtros de recuperación elaborados con grava y tuberías perforadas, y esta rodeado por un geotextil no tejido. Las pendientes del relleno fueron construidas con una inclinación de 2H:1V y las terrazas cuentan con una amplitud de 10m de ancho por 6m de alto. La profundidad promedio de los residuos en el relleno es de 18 metros. 1 Una Mil (milipulgada) = 0,001 pulgadas 2-1

15 Figura 2-1. Ubicación del Relleno Loma de Los Cocos Fuente: Caribe Verde S.A. En el relleno se disponen un promedio de 730 toneladas de residuos por día. Los residuos se esparcen y se compactan con una topadora, conformando celdas, con capas de 30 cm de profundidad. Diariamente al residuo se le aplica una cobertura de tierra distribuida en pequeñas capas o en ocasiones una lona de material sintético. Se estima que la capacidad total del sitio es de aproximadamente 8,2 millones de toneladas. A la fecha, ninguna parte del relleno ha recibido la cobertura final. Según los planos del diseño y los manuales de operación, se instalará una capa de arcilla de 0,30 a 0,40m y, sobre esa, una capa orgánica de 0,15 a 0,30m (Manual de Diseño y Operación). 2-2

16 A continuación las Figuras 2-2 hasta 2-5 se muestran fotografías del relleno. Figura 2-2. Vista Panorámica del Relleno Figura 2-3. Nueva Celda en Preparación Figura 2-4. Área de Disposición Figura 2-5 Cobertura Diaria El control del agua pluvial se logra mediante la utilización de un sistema de recolección por canales, ubicado en los puntos de contacto entre los caminos provisorios y los residuos dispuestos. El lixiviado se recolecta y es dirigido hacia dos piletas de sedimentación y evaporación selladas con una geomembrana de alta densidad (ver Figura 2-6). Además, la recirculación del lixiviado se lleva a cabo mediante irrigación con manguera en la parte superior del relleno (ver Figura 2-7). 2-3

17 Figura 2-6. Piletas de Tratamiento de Lixiviado Figura 2-7. Recirculación del Lixiviado En el relleno no operan recolectores informales de residuos. El acceso al sitio lo controla una empresa de seguridad contratada por Caribe Verde. Los individuos no autorizados tienen prohibido el ingreso y existe vigilancia las 24 horas. La Figura 2-8 es una fotografía que muestra el acceso al sitio y la balanza para residuos. Figura 2-8. Acceso al Sitio y Balanza 2-4

18 2.2 ÍNDICES DE DISPOSICIÓN DE RESIDUOS La Tabla 2-1 a continuación muestra las estimaciones de disposición de residuos de Los Cocos. Información brindada por el Consorcio de Caribe Verde. TABLA 2-1: PROYECCIONES DE LA GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN EL RELLENO SANITARIO LOMA DE LOS COCOS, COLOMBIA Año Generación Total (Toneladas/Año) Año Generación Total (Toneladas/Año) Total Fuente: Caribe Verde S.A. ESP 2.3 COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS La composición de los residuos debe considerarse detenidamente cuando se evalúa un proyecto de recuperación de biogás. Particularmente, se debe considerar el contenido orgánico, el contenido de humedad y la degradabilidad de las diversas fracciones de los residuos. Por ejemplo, los rellenos que contienen grandes cantidades de residuos de alimentos, que son altamente degradables, tenderán a producir biogás con mayor rapidez, pero durante un período de tiempo más breve. El efecto que produce la composición de los residuos sobre la producción de biogás se analiza con mayor profundidad en la Sección 4. Los datos de la caracterización de los residuos de la Ciudad de Cartagena fueron brindados por los representantes de la Ciudad. La Tabla 2-2 describe un resumen de la composición de los residuos estimada del relleno. 2-5

19 TABLA 2-2: DATOS SOBRE LA COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS Componente Fracción de la Corriente de Residuos (%) Residuos de alimentos y de jardineria 77,6 Madera 1,0 Papel 5,7 Plásticos 7,7 Goma, Cuero, Textiles 2,5 Metales 1,0 Vidrio 4,2 Otros Inorgánicos 0,3 TOTAL 100,0 2.4 SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE GAS EXISTENTE No existe un sistema activo de extracción de biogás en el Relleno Sanitario Los Cocos. El relleno cuenta con un sistema de venteo pasivo que consiste de 36 pozos que se distribuyen cada 35 metros aproximadamente. Los pozos son del tipo gavión, fueron construidos con rocas de entre 2 y 6 pulgadas, la base es cuadrada de 0,6 a 0,7 metros de largo de cada lado y las tuberías de PVC perforadas semi-rígidas de seis pulgadas de diámetro. En la actualidad, el biogás se libera a la atmósfera a través de tubos de PVC. Mediciones de la Calidad del Gas en los Pozos de Venteo Existentes Durante la visita de SCS el 3 de febrero, mediciones de la calidad del gas se tomaron en dos de los pozos de venteo que se encontraban en condiciones adecuadas para muestreo (ver Figuras 2-8 y 2-9). La Tabla 2-3 muestra los datos obtenidos durante el muestreo de biogás. La porcentajes bajo de metano y alto de oxígeno en el Pozo B5 implica la infiltración de aire en el pozo de venteo. TABLA 2-3: PRUEBA DE LA CALIDAD DEL BIOGÁS Pozo CH 4 (%) CO 2 (%) O 2 (%) BAL (%) Temperatura (F) Antigüedad de los Residuo (años) Profundidad del Residuo (m) A2 52,9 46,0 0,8 0, B5 25,7 52,0 10,0 9,0 116 ~

20 Figura 2-9. Pozo de Venteo Figura Prueba de la Calidad del Biogás 2-7

21 3.0 PROYECCIONES DE LA RECUPERACIÓN DE BIOGÁS 3.1 MODELO MATEMÁTICO PARA EL GAS DE RELLENO SANITARIO El biogás de relleno sanitario se genera a partir de la descomposición anaeróbica de los residuos sólidos presentes en un relleno sanitario. Típicamente, su composición alcanza entre el 40 y el 60 por ciento de metano; el resto es, principalmente, dióxido de carbono. El ritmo al que el biogás se genera en gran medida es una función que depende del tipo de residuos enterrados, del contenido de humedad y de la antigüedad de esos residuos. Tal como está ampliamente aceptado en la industria, en general el índice de generación de biogás puede describirse por medio de una ecuación de descomposición de primer orden. A fin de calcular el índice de recuperación potencial de biogás, el Equipo del Proyecto utilizó el modelo internacional para biogás elaborado por LMOP y SCS, que emplea una ecuación de descomposición de primer orden idéntica al algoritmo del modelo para las emisiones de gas de relleno sanitario (Landfill Gas Emissions Model, LandGEM) de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA). A continuación, el modelo internacional para biogás se describe en detalle. Modelo Internacional para Biogás de LMOP-SCS El Equipo del Proyecto desarrolló un modelo de descomposición de primer orden a fin de calcular el potencial de recuperación de biogás de los rellenos sanitarios. El modelo, básicamente una versión modificada del LandGEM de la EPA, se desarrolló a partir de datos reales obtenidos sobre la extracción y la recuperación de biogás de más de 160 sitios de Estados Unidos. Al momento de calibrar el modelo, el Equipo del Proyecto identificó tendencias en los datos de la extracción de biogás que se utilizaron para el desarrollo del modelo. Específicamente, se hizo evidente que los distintos valores de la potencial recuperación final de metano [Lo] y la constante del índice de descomposición [k] se corresponden según la cantidad de precipitaciones que recibe un relleno sanitario. El Modelo Internacional para Biogás de LMOP-SCS también utiliza un enfoque alternativo al modelo convencional de biogás, que es calcular la recuperación directamente. Este enfoque requiere una evaluación o estimación de la cobertura actual y futura del sistema de extracción de biogás, que generalmente se define como aquella fracción del relleno que se encuentra en estado de extracción activa. Existen muchos factores que pueden afectar la cobertura del sistema, entre los que se incluyen: el espaciado y la profundidad de los pozos, la profundidad de las perforaciones de los pozos, la presencia de una cobertura de membrana flexible (Flexible Membrane Liner, FML) o un sistema de cobertura de baja permeabilidad, el tipo de relleno sanitario y su profundidad, el estado del sistema de extracción de biogás, y otras cuestiones relacionadas con el diseño y la operación. El Equipo del Proyecto usó el modelo con el fin de calcular los índices de recuperación de biogás proyectados para el relleno sanitario hasta el año 2035, a partir de los siguientes criterios y supuestos: 3-1

22 Tasas de Disposición de Residuos Las tasas históricas de disposición utilizadas en el modelo se encuentran en la Tabla 2-1. El relleno sanitario recibe residuos desde 2006, actualmente tiene depositadas alrededor de toneladas y se estima su clausura para el año 2026 después de recibir un total de 8,2 millones de toneladas. Contenido de Metano del Biogás Debido a que el contenido de metano del biogás varía con el tiempo, es una práctica estándar de la industria normalizar el contenido de metano a 50 por ciento con el objetivo de hacer la modelación de biogás. Constante del Índice de Metano [k] La constante del índice de descomposición es una función del contenido de humedad de los residuos, la disponibilidad de nutrientes, el ph y la temperatura. Para la evaluación de Los Cocos, se utilizaron tres valores k diferentes basados en la degradabilidad de los componentes de los residuos (ver análisis de los modelos de entrada más adelante). Potencial de Recuperación de Metano [Lo] El potencial de recuperación de metano es la cantidad total de metano que una unidad de masa de residuos producirá dado suficiente tiempo. Lo es una función del contenido orgánico de los residuos. Para el Relleno Sanitario de Los Cocos, el Equipo del Proyecto comenzó con un valor Lo predeterminado de 85 metros cúbicos por tonelada (2.723 pie 3 /tonelada) para la recuperación a partir de los valores recomendados por la AP-42 de 100 metros cúbicos por tonelada (3.204 pies3/tonelada) para el valor Lo cuando se elabora el modelo de generación de biogás y 85 por ciento para el máximo de eficiencia de extracción que puede obtenerse Ese valor después se ajustó de acuerdo con los ratio de contenido orgánico de los residuos de los Estados Unidos y los residuos del Relleno Sanitario Los Cocos (ver análisis de los modelos de entrada más adelante). Cobertura del sistema de biogás Varía. El modelo calcula tanto el biogás potencial recuperable de un relleno sanitario suponiendo que el sistema de extracción de biogás sea 100 por ciento integral, como el índice proyectado de recuperación de biogás mediante el cálculo de la cobertura del sistema de biogás. La cobertura del sistema es una medida de la fracción de la masa de residuos que se encuentra en estado de extracción activa. El factor de cobertura del sistema de biogás se basa en criterios de la ingeniería y toma en cuenta una infinidad de factores, entre los que se incluyen: si el relleno está cerrado o activo, el tipo de construcción del pozo y de construcción del sistema de biogás, el nivel de habilidad y esfuerzo aplicado al monitoreo de sistema, operaciones y mantenimiento, la probabilidad de que componentes del sistema como tuberías y pozos puedan dañarse debido a las operaciones y/o asentamiento del relleno, la velocidad con que es probable reparar las tuberías y los pozos dañados (y otros equipos, como bombas de succión, etc.), los niveles de líquido lixiviado de los pozos y otros factores. Este valor se encuentra dentro del rango que se extiende de 0 por ciento (para un sistema sin extracción de gas) a 100 por ciento (para un sistema de extracción integral sobre un relleno sanitario cerrado con una construcción y operación excelentes). 3-2

23 Modificaciones a la cobertura del sistema de biogás pueden realizarse con el fin de dar cuenta de los niveles de expansión del sistema de extracción esperados o si se anticipan otros cambios al sistema de biogás o al relleno sanitario (por ejemplo, el cierre del relleno o cobertura parcial, el aumento de flujos debido a la presencia de material de relleno adicional). En general, los rellenos sanitarios en operación o activos tienden a tener una cobertura del sistema menor que los rellenos sanitarios cerrados debido a las interferencias provocadas por las operaciones de relleno activas o por los recolectores informales de residuos (recicladores). Otra cuestión potencial que puede limitar la cobertura del sistema es el problema de seguridad de los equipos (pozos, tuberías, etc.), especialmente en los rellenos que permiten el acceso al público. Los Cocos es un sitio activo; sin embargo no existen recolectores informales de residuos en el relleno sanitario, además existe un cerco perimetral de seguridad adecuado con el fin de prevenir el acceso de personas no autorizadas Más adelante, se describen las reducciones de la cobertura del sistema destinadas a explicar el nivel esperado de pericia y esfuerzo empleados en la operación y el mantenimiento del sistema para maximizar la recuperación. De acuerdo con las consideraciones antes mencionadas, el Equipo del Proyecto ha utilizado tres escenarios de cobertura del sistema con el fin de desarrollar una progresión de los cálculos relativos a la recuperación prevista de biogás mediante el sistema de extracción sugerido. Los tres escenarios presuponen que se instalará un sistema integral de extracción de biogás en las zonas con profundidad suficiente de los residuos para el desarrollo en el 2009 y en los futuros módulos a medida que se rellenan y están disponibles para el desarrollo de campos de pozos. Los escenarios también presuponen que las actividades relacionadas con la gestión del lixiviado, incluyendo el bombeo del lixiviado acumulado en los pozos de extracción, se emplearán para limitar el impacto sobre los índices de extracción de biogás cuando se halle lixiviado. Los cálculos de la cobertura del sistema de extracción estiman que el sistema comenzará a funcionar el 1 de julio de 2009 y varían de acuerdo con cada uno de los tres escenarios. Los tres escenarios ofrecen proyecciones de recuperación baja, media y alta, y son los siguientes: 1. El escenario de recuperación baja supone que se emplea un nivel moderado de competencia y esfuerzo en la operación y el mantenimiento del sistema de extracción (por ejemplo, si se incluye el monitoreo y el ajuste del campo de pozos alrededor de una vez por mes). Se supone que la cobertura del sistema será del 45 por ciento después de dar inicio al sistema en el año 2009, y gradualmente aumentará con el correr del tiempo, alcanzando un 65 por ciento en 2027 luego de su cierre El Equipo del Proyecto considera que los cálculos de recuperación bajos son conservadores y que deben emplearse solamente si es necesario aplicar un amplio margen de seguridad. 3-3

24 2. El escenario de recuperación media supone que se emplea un nivel moderadamente alto de competencia y esfuerzo en la operación y el mantenimiento del sistema de extracción (por ejemplo, si se incluye el monitoreo y el ajuste del campo de pozos de 2 a 3 veces por mes). Se supone que la cobertura del sistema será del 60 por ciento después de dar inicio al sistema en el año 2009, y gradualmente aumentará con el correr del tiempo, alcanzando un 80 por ciento en 2027 luego de su cierre El Equipo del Proyecto considera que el escenario de recuperación media es su mejor cálculo de recuperación probable y recomienda su uso en la evaluación económica. 3. El escenario de recuperación alta supone que se emplea el nivel de competencia y esfuerzo más alto en la operación y el mantenimiento del sistema de extracción (por ejemplo, incluye el monitoreo y el ajuste del campo de pozos semanal o incluso más frecuente). Se supone que la cobertura del sistema será del 70 por ciento después de dar inicio al sistema en el año 2009, y gradualmente aumentará con el correr del tiempo, alcanzando un 90 por ciento en 2027 luego de su cierre El Equipo del Proyecto considera que los cálculos de recuperación alta son ambiciosos y factibles solamente si se estima que el mantenimiento de un sistema de recuperación de biogás óptimo es una prioridad absoluta. Obsérvese que, además de la variabilidad potencial de la cobertura del sistema y del nivel de operaciones y mantenimiento, el modelo matemático del biogás es intrínsecamente incierto. El Equipo del Proyecto consideró (e intentó fundamentar) esa incertidumbre del modelo mediante la selección de valores para los escenarios de recuperación alta y baja al momento de calcular el potencial de recuperación de biogás. Entradas del modelo Con el objeto de calcular los parámetros del modelo del índice de descomposición (k) y la capacidad de recuperación de metano (Lo) para el relleno sanitario, el Equipo del Proyecto tomó en cuenta la composición estimada de los residuos enterrados en el Relleno Sanitario de Los Cocos. El Equipo del Proyecto comparó los datos sobre la composición de los residuos del sitio del relleno con los datos sobre caracterización de residuos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) para evaluar como ajustar los parámetros predeterminados del modelo de los EEUU a valores apropiados para el Relleno Sanitario Los Cocos. En la Tabla 3-1, se presentan esos datos. 3-4

25 TABLA 3-1: COMPARACIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS (%) COMPONENTES RELLENO SANITARIO LOS COCOS TÍPICA DE LOS EE.UU. 1 CATEGORÍA DE DEGRADABILIDA D ÍNDICE DE DESCOMPOSICIÓN Alimentos 58,2 13,4 Rápida 0,20 Residuos Verdes 2 9,7 3,2 Rápida 0,20 Otros Orgánicos 0,0 0,9 Rápida 0,20 Residuos de de Poda 2 9,7 3,2 Media 0,040 Papel 5,7 23,8 Media 0,040 Textiles 1,6 4,4 Media 0,040 Madera 1,0 11,2 Lenta 0,010 Goma y cuero 0,9 3,2 Lenta 0,010 Plásticos, Metales, Vidrio 12,9 24,4 Inerte 0,0 Otros Inorgánicos 0,3 12,3 Inerte 0,0 Notas de la Tabla 3-1: 1. Los datos de EE.UU reflejan los datos de disposición de RSM de 2001 (fuente: USEPA, October, Municipal Solid Waste in the United States: 2001 Facts and Figures - Table 3), con el agregado de residuos provenientes de la construcción y la demolición (fuente: California Integrated Waste Management Board California Statewide Waste Disposal Characterization Study) 2. Residuos Verdes incluye desechos de poda y otros materiales de plantas no comestibles como troncos y tocones. Presupone que el 50 por ciento de los residuos de poda dispuestos son altamente degradables y que el 50 por ciento es moderadamente degradable. Una diferencia particularmente importante entre los dos grupos de datos es que el flujo de residuos del Relleno Sanitario Los Cocos contiene una proporción significativamente mayor de residuos de alimentos, altamente degradables, que los residuos típicos de los Estados Unidos. Debido a que los residuos de alimentos se degradan con tanta facilidad, producen biogás mucho más rápidamente aunque durante un período de tiempo más breve. Por ese motivo, un gráfico sobre la generación de biogás proveniente de residuos con una proporción alta de residuos de alimentos, residuos de poda y otros residuos similares de degradación rápida mostrará una curva más pronunciada del índice de generación de biogás (que alcanzará picos de flujo más rápidamente) pero, en el largo plazo, una producción sustentable menor que el índice de generación proveniente de residuos que contengan componentes de degradación más lentos. En el modelo, ese efecto se refleja en el parámetro k. Además, la corriente de residuos del Relleno Sanitario Los Cocos contiene una fracción mayor de residuos orgánicos (por peso seco) que los residuos de los Estados Unidos y un nivel de humedad más alto, esencialmente debido a los residuos de alimentos. Cuanto mayor sea el contenido de residuos orgánicos, mayor será la tendencia a aumentar el potencial de generación de metano por tonelada de residuos. Sin embargo, por el contrario, el aumento del contenido de humedad (que es inerte) provocará una tendencia a la disminución del potencial de generación de metano por tonelada de residuos. En el modelo, esos efectos se reflejan en el parámetro Lo. 3-5

26 A continuación, se discute el enfoque específico para desarrollar cada uno de los parámetros. Potencial de recuperación de metano El valor Lo utilizado se deriva de la modificación de un valor Lo estimado para los rellenos sanitarios de los Estados Unidos a partir de los ratios obtenidos de los porcentajes de residuos orgánicos de los Estados Unidos vs. los residuos del Relleno Sanitario Los Cocos. La Tabla 3-2 resume el cálculo del valor Lo. El valor para la capacidad potencial de generación de metano (Lo) del Relleno Sanitario Los Cocos se estimó en 71 metros cúbicos por tonelada (2.265 pies 3 /tonelada). TABLA 3-2: CÁLCULO DEL VALOR Lo RELLENOS SANITARIOS DE LOS EE.UU RELLENO SANITARIO DE LOS COCOS RATIO: LOS COCOS / EE.UU Orgánicos % 63,3% 86,8% 1,37 Peso Seco% 81,2% 49,2% 0,61 Valor Lo 85 m 3 /Mg 71,0 m 3 /Mg 0,84 Constante del índice de descomposición de metano El valor k refleja la fracción de residuos que se descompone en un año determinado y produce metano. Un enfoque alternativo para el cálculo de un solo valor k para todo el relleno sanitario es asignar valores k a las distintas porciones de la corriente de residuos, a partir de sus índices de descomposición relativos. Los estudios de laboratorio han sugerido que los residuos orgánicos de descomposición rápida, como los residuos de alimentos, habitualmente se descomponen a un ritmo 5 veces mayor que los materiales con un índice de descomposición medio, como el papel mojado y 20 veces más rápido que los componentes de descomposición lenta de la corriente de residuos, como los materiales textiles 2. Debido a que el contenido de humedad del relleno afecta los índices de descomposición, los valores de los índices de descomposición de las fracciones de residuos de descomposición rápida, media y lenta también variarán según los niveles de humedad. Sin embargo, se espera que los índices relativos de descomposición se mantengan constantes, a pesar de la variación de la humedad en el relleno sanitario. El beneficio principal de la evaluación de los índices de descomposición para los diferentes componentes de los residuos es que ofrece una herramienta para comparar los valores k promedio de los Estados Unidos a valores k en rellenos sanitarios específicos fuera de los EEUU, que pueden tener una composición de residuos significativamente distinta. El procedimiento presupone que los componentes de los residuos de descomposición rápida, media y baja tendrán valores k que mantienen una proporción constante, mientras que varían juntos de acuerdo a la precipitación anual promedio. La relación observada entre el valor promedio de k y la 2 Ehrig, Hans-Jürgen, Prediction of Gas Production from Laboratory-Scale Tests. Landfilling Waste: LFG Publicado por T.H. Christenson, R. Cossu and R. Stegmann, E & FN Spon, London: