Caso Práctico 2. El Biogás. Caso Práctico 2 1

Transcripción

1 Caso Práctico 2 El Biogás Caso Práctico 2 1

2 Caso Práctico 2 Biogás OBJETIVOS Objetivo Estimar la generación de biogás, metano, dióxido de carbono y compuestos orgánicos que no sean metano, o NMOC (Non-methane organic compounds), en un vertedero sanitario de residuos sólidos urbanos mediante la utilización del modelo matemático Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) Versión Esta aplicación es la más empleada en Estados Unidos y la región de América Latina y el Caribe para estimar las emisiones de los vertederos sanitarios. ENUNCIADO Se va a construir un vertedero controlado para tratar los residuos sólidos urbanos (RSU) que genera una ciudad con habitantes. El coeficiente de producción de esa ciudad es de 1 kg de RSU por habitante y día, y se estima un crecimiento en la generación de residuos de 0,4% anual. El vertedero sanitario empezará a operar en 2014 y estará en operación durante 25 años. Utilizando el modelo matemático Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) Versión 3.02 para determinar las emisiones del vertedero y usando los valores de k (constante de generación de biogás) y L 0 (potencial de generación de biogás) que por defecto da el modelo, se pide calcular: a) Residuos depositados cada año hasta el año de su clausura. b) Residuos acumulados en el vertedero a lo largo de los 25 años c) Generación de biogás, metano, dióxido de carbono y NMOC, en toneladas/año y metros cúbicos/año, cada año hasta el año de su clausura. d) Generación total de biogás, metano, dióxido de carbono y NMOC, en toneladas, hasta el año de su clausura. e) Gráficas de toneladas y metros cúbicos de biogás emitidos por año. Resuelva el caso y compárelo con la solución del caso práctico 2. NOTA: El modelo y el manual se puede descargar en la página web: en concreto en Software (Executables Manuals). No obstante, a continuación también se proporciona información del citado modelo. Caso Práctico 2 2

3 LANDFILL GAS EMISSIONS MODEL ( LandGEM). VERSIÓN 3.02 El Landfill Gas Emissions Model (LandGEM) es una herramienta de estimación automatizada, encuadrada en el programa de cálculo Microsoft Excel, utilizada para poder estimar las emisiones producidas en un vertedero de RSU, tanto de biogás, como de cada uno de los gases componentes del mismo como el metano, el dióxido de carbono, los componentes orgánicos que no sean metano y otros tipos de contaminantes atmosféricos que se podrían producir en el mismo, debido a la naturaleza heterogénea de los RSU vertidos. El modelo se basa en una ecuación de primer orden donde se estima la cantidad de metano al año que se produce en el vertedero y a partir de la misma, se estiman el resto de las cantidades de emisiones de los demás gases contaminantes. La ecuación cuenta con unos factores de emisión o parámetros esenciales en la misma, ya que proporcionan la información adecuada para poder estimar con más precisión la cantidad y tipo de emisiones que se forman en un vertedero de RSU, estos parámetros incluyen factores tan importantes en la producción de biogás como pueden ser la humedad, la temperatura, la cantidad de nutrientes disponibles para los microorganismos, el ph, la composición de los RSU, la presencia de residuos peligrosos ya que la formación de biogás se basa en reacciones biológicas anaerobias, en las que los factores ambientales externos influyen de una manera importante. El modelo utiliza dos tipos de factores de emisión por defecto para la k (constante de generación de biogás) y la L 0 (potencial de generación de biogás). La primera está influida por la temperatura, humedad, disponibilidad de nutrientes para los microorganismos y el ph y la segunda, por el tipo y la composición de los RSU. Los factores por defecto son los de la CAA (Clean Air ACT) basados en normativa de EEUU y los de inventario. Estos últimos son los que la EPA recomienda para estimar emisiones y realizar un inventario de las mismas, de un modo general, pudiéndose extrapolar a las condiciones normales que se dan en cualquier vertedero de RSU. También se da la opción de poder introducir estos factores de emisión estimados con los datos del vertedero sobre el que se quieran estimar sus emisiones. Esta opción sería la más acertada, ya que se tendrían en cuenta las características y factores ambientales del vertedero en concreto, que como se ha comentado anteriormente, son tan importantes tenerlas en cuenta para poder conocer de un modo más fidedigno la cantidad de biogás, y de los gases que lo componen, que se generan en un vertedero. En este modelo, por primera vez, se tienen en cuenta factores de emisión para vertederos en los que se da la recirculación de sus lixiviados, ya que las condiciones serían distintas al resto de vertederos convencionales, en particular, en lo referente a la humedad. Es decir, existen tres tipos de parámetros para el tipo de factores de emisión de inventario que son el convencional, el de zona árida y el de vertedero con recirculación de lixiviados. Los datos que requiere el landgem para estimar las emisiones que se van a producir en un vertedero de RSU, son básicamente el año de apertura, el de clausura y la cantidad anual de RSU depositados, así como los parámetros con los que desea estimar, L 0 y k por defecto o calculándolas con los datos característicos de cada instalación y los gases contaminantes que se desee estimar. Caso Práctico 2 3

4 Si se desconoce el año de clausura el landgem lo calcula, teniendo en cuenta la cantidad de RSU anual que se introduzca y la capacidad total calculada del vertedero, el modelo asume que la última cantidad de RSU que se ha introducido será la misma hasta el final de la vida del vertedero y así, sabiendo la capacidad del mismo puede calcular el año de clausura. El modelo limita a 80 años la vida del vertedero y estima el modelo de las emisiones que se producen en el mismo sólo en 80 años, es decir, para estimar las emisiones sólo tiene en cuenta los datos de entrada de RSU hasta los 80 años, considerado año de clausura, aunque la capacidad del mismo confirme que puede tener más vida. Si se puede seguir introduciendo RSU tras los 80 años, el landgem se encargará de hacer otro modelo para poder capturar el total de las emisiones con los datos de cantidad de RSU introducidos; la hoja de cálculo de METANO informa de la cantidad total de RSU que hay al final de los primeros 80 años y la capacidad que queda, estos valores son utilizados para la estimación de las emisiones en el segundo modelo. En la hoja de cálculo de RESULTADOS aparecen las emisiones de los dos modelos, las cuales se pueden sumar para así poder obtener el total de emisiones que se producen en el vertedero. GUIA DE CÓMO UTILIZAR EL MODELO El formato del modelo en Excel está formado por nueve hojas de cálculo: 1. Introducción 2. Entrada de datos 3. Contaminantes 4. Revisión de la entrada de datos 5. Metano 6. Resultados 7. Gráficos 8. Inventario 9. Relación de datos 1. INTRODUCCIÓN Contiene una visión general del modelo, así como notas importantes de cómo utilizar el modelo. 2. ENTRADA DE DATOS En esta hoja se introducen datos relacionados con las características del vertedero en cuestión, se eligen los factores de emisión deseados como también los gases a determinar. Caso Práctico 2 4

5 La primera entrada es la de identificación del vertedero, en la que se puede introducir información sobre qué tipo de vertedero es, es decir, como está diseñado, si tiene celdas cerradas, si recircula lixiviados. La segunda entrada es la de Suministro de características del vertedero y se introduce el año de apertura del vertedero y el año de clausura si se conoce, que puede ser el último año que ha recibido RSU el vertedero o el año en el que se espera que llegue a su capacidad. Si el año de clausura es desconocido, el modelo lo calcula, para ello hay que incorporar el dato de la capacidad total del vertedero. La tercera entrada es la de Determinación de los parámetros del modelo, en la que se eligen los valores de la k, la L0, la concentración de NMOC (compuestos orgánicos que no son metano) y el % de CH4 en el biogás, que pueden ser los que da el modelo por defecto (de la CAA y de inventario ) o datos propios, estimados con información del vertedero. La cuarta entrada es la de la Selección de contaminantes, donde se permite elegir el tipo de contaminante atmosférico componente del biogás que se quiere estimar. También se da la opción de poder modificar las concentraciones y el peso molecular que viene por defecto en algunos contaminantes, excepto en el caso del CH 4, CO 2 o NMOC, y añadir algún contaminante más a la lista. En esta entrada también se encuentra el apartado de Descripción y comentarios, donde se puede introducir información más detallada de las características del vertedero, con lo que se podrá completar la interpretación de los datos resultantes. La quinta entrada es la de Introducción de los datos de residuos aceptados, en la que existe una tabla en la que se introduce la cantidad de residuos aceptados anualmente en el vertedero. Sólo acepta datos para 80 años, que es lo que el modelo asume como límite de vida del vertedero. 3. CONTAMINATES En esta hoja se encuentra la lista de los contaminantes atmosféricos componentes del biogás que tiene en cuenta el modelo, así como su concentración y peso molecular. En esta lista se puede añadir algún contaminante que se desee estimar. 4. REVISIÓN DE LA ENTRADA DE DATOS Permite revisar los datos introducidos. 5. METANO Calcula la estimación de la cantidad de CH4 utilizando una ecuación de primer orden. QCH 4 =Σ n i=1 Σ 1 j=0.1 k L 0 Mi/10 (e kt ij) 6. RESULTADOS Muestra las estimaciones de las emisiones de los contaminantes seleccionados en varias unidades, observándose los datos en un formato tabular. Se puede modificar algún resultado para ajustar algún valor, para ello se debe copiar a otro archivo de Excel. Hay que tener en cuenta que aunque el Caso Práctico 2 5

6 CH 4 y el CO 2 tengan un 50% de volumen en el biogás, la cantidad o masa de cada uno difieren, ya que su peso molecular es distinto. 7. GRÁFICOS Muestra los gráficos de las concentraciones de gases contaminantes que se van formando a lo largo de la vida del vertedero. 8. INVENTARIO DE EMISIONES Permite observar todas las estimaciones de las emisiones de todos los gases contaminantes para un determinado año. Sólo se necesita meter el año en cuestión, desde el año de apertura hasta 140 años después. 9. RELACIÓN DE DATOS Es un resumen de todo el proceso del modelo, donde se puede observar con facilidad y de una forma integrada, lo que permite una mejor relación de los datos y parámetros y tener así una visión más clarificadora. Caso Práctico 2 6