Captación y aprovechamiento de biogás

Los residuos orgánicos eliminados en un vertedero sufren una degradación biológica durante la cual se genera gas de vertedero, el cual se compone fundamentalmente de metano (50-70 %), dióxido de carbono (20-50 %), nitrógeno (4-20 %), vapor de agua, ácido sulfhídrico y compuestos orgánicos halogenados y organosulfurados. El metano tiene un poder calorífico inferior (PCI) de 8.900 kcal/Nm³.

La generación y emisión incontrolada del gas de vertedero presenta una serie de problemas, tales como:

• Incendio y explosión: el metano mezclado con el aire en proporciones del 7-15% forma mezclas explosivas similares al grisú de las minas, provocando una situación de riesgo en puntos distantes del vertedero dada la facilidad que tiene el gas para la migración subterránea.
• Inestabilidad del vertedero: bolsas de gas
• Toxicidad: asfixia por metano y CO₂, toxicidad por sus componentes minoritarios
• Malos olores
• Daños en la vegetación: clorosis, defoliación y pérdida de ramaje, crecimiento enano, desarrollo superficial de raíces, asfixia por desplazamiento, alteración pH por CO₂)
• Daños en la fauna: lombrices, hormigas, topos…
• Efecto invernadero: se considera que el metano produce un efecto invernadero 25 veces superior al CO₂

El biogás es un gas combustible que se obtiene como consecuencia de la desgasificación del vertedero, y presenta un contenido en metano más pobre que el gas de vertedero al aspirar aire ambiente. Su composición típica es: CH₄ (40-60 %), CO₂ (40-60 %), N₂ (3-5 %), CO (0, 001-0,002 %), SH₂ (150-200 mg/Nm3), NH₃ (25-30 mg/Nm³), H₂O (11 mg/L), O₂ < 10 %. Se calcula que 1 tonelada de residuos urbanos en vertedero genera 100 m³ de biogás a lo largo de 10 años.

El biogás de COGERSA, con un 45% de metano, tiene un PCI de aproximadamente 3.816 kcal/Nm³.

El impacto ambiental y la naturaleza combustible del gas de vertedero recomiendan su captación y posterior aprovechamiento energético del biogás, obteniendo además un beneficio económico. En 1989 COGERSA puso en marcha un sistema para la captación y aprovechamiento energético del biogás producido en el vertedero de residuos no peligrosos.

La gestión del gas de vertedero en COGERSA consta de 4 etapas:

Captación: mediante un sistema de captación vertical. Cubriendo toda la superficie del vertedero se disponen una serie de pozos verticales (unos 331) a los cuales se conectan las tuberías que conducen el biogás a los diversos puntos de regulación y consumo. Los pozos verticales están formados por tubos de PVC tipo teja (315 mm d.e.) taladrados aproximadamente en la mitad de su longitud para permitir la entrada del gas. La parte superior de cada tubo está dotada de un labio que permite la conexión de un tapón metálico que hace de cierre y permite al mismo tiempo el montaje de la tubería y accesorios destinados a la conducción del gas. Para evitar fugas o entradas de aire al sistema, se sella toda la superficie alrededor del mismo con plástico térmico y arena. Cuando, por necesidades de la explotación del vertedero, los tubos de captación no pueden ser conectados a la red, se sustituye el tapón convencional por un tapón al que se le adapta una pequeña antorcha para quemar el gas evitando la emisión de metano a la atmósfera.

Conducción: de cada pozo de captación parte una línea de conducción de biogás formada por una tubería de polietileno de alta densidad de 90 mm d.e. En múltiples ocasiones una línea de conducción se conecta a 1 o 2 pozos. Raramente se conectan más de dos pozos a la misma línea porque esta circunstancia dificulta la regulación. Las líneas de conducción unen los pozos de captación (más de 54 km soportados en postes) con los colectores generales de aspiración que están situados en cada una de las casetas de regulación. Estas líneas se agrupan de 12 en 12, de forma que cada docena de líneas cubre un área determinada del vertedero y finaliza en una estación de regulación. El sistema de conducción empleado en COGERSA es aéreo. Las líneas se fijan mediante soportes a postes metálicos dispuestos por toda la superficie del vertedero. En los puntos de captación el biogás se encuentra a una temperatura media de 35º C y saturado en vapor de agua. Por tanto, en el punto más bajo de las catenarias formadas por las tuberías de conducción fijadas a los postes es necesario disponer purgadores para evacuar los condensados. Si la evacuación de los condensados no es correcta, la depresión en la aspiración no será estable y el rendimiento de la captación disminuye considerablemente.

• Regulación e impulsión: El sistema de regulación de biogás utilizado en COGERSA se compone principalmente de:
  • Sistema central de análisis formado por un analizador de metano, un analizador de oxígeno y un autómata central. La finalidad del sistema de control es mantener constante el porcentaje de metano en el biogás que se envía a los diferentes puntos de consumo y controlar los niveles de oxígeno presentes en el biogás para evitar mezclas explosivas.
  • Estaciones de regulación y medida. Cada estación cubre una determinada zona del vertedero y a cada una de ellas llegan 12 o 16  líneas de conducción.
    
    A la llegada de cada línea a la estación de regulación, se intercala una válvula manual de seccionamiento y una válvula de membrana para regulación. Así mismo, en cada una de las líneas que llegan a la estación de regulación se dispone una toma de muestra de gas para análisis y una toma de presión.
    
    Las distintas líneas se agrupan en un colector general sobre el que se dispone una válvula de seccionamiento manual, una válvula de regulación de membrana para ajustar la depresión en la estación y un calderín para la separación de condensados. De este calderín parte el conducto general de aspiración de la estación.
  • Central de extracción: Los distintos colectores de aspiración que parten de cada una de las estaciones confluyen en un colector general de aspiración. De este colector aspiran el biogás un conjunto de turboaspiradores dispuestos en paralelo. Estos equipos suministran la depresión necesaria en la aspiración así como la presión necesaria en la impulsión para alimentar los diferentes consumidores.
• Consumo: las casetas de extracción y regulación suministran biogás para su aprovechamiento y posterior generación de energía eléctrica a los motores de producción de energía eléctrica. Los centros de aprovechamiento de biogás en COGERSA son:
  • Planta con 9 motores de producción de electricidad que se vende a la red eléctrica. Cuenta con 6 grupos motor-alternador con una potencia instalada de 740 kWe/unidad, 2 grupos de 910 kWe/unidad y 1 grupo de 220 kWe/unidad.
    
    
    Como equipos auxiliares a la planta de motores de producción de energía eléctrica, se tienen los siguientes:
    • Circuito de refrigeración mediante torres de refrigeración de tiro forzado y relleno de goteo.
    • Circuito de precámaras que comprime el biogás de la red (120 mbar) hasta una presión de 3 bar para la alimentación de las precámaras de los motores. Una vez comprimido el biogás pasa a través de un secador frigorífico que elimina hasta un 70% de la humedad.
  • Motor de autoconsumo: capaz de generar una potencia máxima de 450 kW. La energía generada por este motor se consume íntegramente en el área de residuos peligrosos y tratamiento de lixiviados.
     
  • Hornos de incineración. El biogás evita el empleo de combustibles fósiles en la planta de tratamiento térmico. Además, en el caso del horno rotativo, se cuenta con un turbogrupo a vapor con una potencia máxima de 1,2 MW para la exportación de electricidad a la red.
  • Antorchas: la red cuenta con 2 antorchas que se encargan de eliminar el exceso de biogás que se puede producir puntualmente.
    
    En 2012, COGERSA dio un importante avance en el control de la captación del biogás mediante el desarrollo de BioGaps, un software que permite georreferenciar la información del sistema de supervisión y mostrarla  de manera visual y sencilla para facilitar al usuario la interpretación de todos los datos del sistema y la toma de decisiones. Es decir, incorpora la "información de campo" a los sistemas de monitorización tradicionales.