Modelo para el diseño de sistemas de captación y aprovechamiento de biogás producido en rellenos sanitarios

Abstract

Un relleno sanitario es una instalación para la eliminación de residuos sólidos domiciliarios. Dentro de éste ocurren reacciones que tiene como producto el biogás, un gas de gran valor energético. Además de este producto, también se producen residuos líquidos denominados lixiviados.

En Chile no hay incentivos que favorezcan el desarrollo de proyectos de biogás y la experiencia en instalaciones de aprovechamiento energético es escasa, por lo que la motivación de este trabajo es contribuir, mediante una guía básica de diseño, a la evaluación de alternativas de valorización energética de biogás; como una nueva oportunidad de negocio con valor social, privado y comercial. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de un modelo de estudio de ingeniería de perfil para evaluar proyectos de extracción y aprovechamiento de biogás, el cual incluya una metodología para cuantificar el potencial energético de un relleno sanitario y para efectuar el diseño básico de una instalación, en particular, para cuatro alternativas tecnológicas de aprovechamiento energético. Para el desarrollo de este trabajo se emplea la siguiente metodología: i) Recopilación de antecedentes generales, ii) Estudio de modelos de estimación de la producción de biogás, iii) Revisión del estado del arte de sistemas de biogás, iv) Caracterización de los rellenos sanitarios chilenos, v) Selección de tecnologías de aprovechamiento energético técnicamente factibles, vi) Definición de casos particulares de estudio, vii) Desarrollo de un modelo para el diseño y viii) Aplicación del modelo para el análisis de los siguientes proyectos: a) Generación eléctrica con motores de combustión interna y b) Evaporación de lixiviados para el relleno sanitario de El Molle; c) Cogeneración con microturbinas y d) Generación de vapor y agua caliente con calderas para uso directo y calefacción en red distrital para el relleno sanitario de Osorno. Para los proyectos contemplados en el relleno sanitario El Molle, la instalación de motores resulta rentable económicamente, la instalación de unidades de evaporación de lixiviado es rentable cuando no se considera el costo de inversión del sistema de extracción. Para el caso de los proyectos en el relleno sanitario de Osorno, se evalúa la factibilidad privada y social. La instalación de microturbinas no es factible ni privada ni socialmente, mientras que el proyecto de generación de agua caliente y vapor no resulta factible privadamente, sin embargo, si es factible desde la perspectiva social, debido a los beneficios asociados a la sustitución de la leña húmeda. Los resultados obtenidos sugieren que las mejores oportunidades de negocio para los proyectos de valoración energética se concentran en la zona central del país y corresponden a la instalación de sistemas de generación eléctrica con motores a combustión interna para inyección a la red. La factibilidad privada de otro tipo de proyectos de biogás depende en gran parte de las características de su entorno y de las tarifas de comercialización de productos energéticos (energía eléctrica y térmica). Es clave analizar exhaustivamente la selección de la tecnología adecuada y establecer un modelo de negocios apropiado a las condiciones y restricciones de la zona de emplazamiento del relleno sanitario. Se identifica, como oportunidad con valor social, el uso de biogás para sustitución de leña húmeda en zonas saturadas; este tipo de proyectos podría optar por un subsidio que genere incentivos a invertir a un agente privado.