Código Científico Revista de Investigación/ V.5/ N. E3/ www.revistacodigocientifico.itslosandes.net
ISSN: 2806-5697
Vol. 5 – Núm. E3 / 2024
pág. 29
Transformación Sostenible de Residuos Urbanos en Energía: Una
Evaluación de la Producción de Metano en Puyo, Pastaza
Sustainable Transformation of Urban Waste to Energy: An Assessment of
Methane Production in Puyo, Pastaza
Transformação sustentável de resíduos urbanos em energia: uma avaliação
da produção de metano em Puyo, Pastaza
Cazares-Carrión, Karem Yael
Universidad Estatal Amazónica
kcazares@uea.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-8415-7723
Peñafiel-Arcos, Pedro
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH)
pedro.penafiela@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-8723-1041
Herrera-Feijoo, Robinson J.
Universidad Técnica Estatal de Quevedo
rherreraf2@uteq.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3205-2350
Reyes-Villacrés, Janeth
Secretaría Técnica de la Circunscripción Territorial Especial Amazónica
alejareyes0407@gmail.com
https://orcid.org/0009-0009-6832-3854
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v5/nE3/301
Como citar:
Cazares-Carrión, K. Y., Peñafiel-Arcos, P., Herrera-Feijoo, R. J., & Reyes-Villacrés, J. (2024).
Transformación Sostenible de Residuos Urbanos en Energía: Una Evaluación de la Producción
de Metano en Puyo, Pastaza. Código Científico Revista De Investigación, 5(E3), 29–48.
Recibido: 10/02/2024 Aceptado: 15/03/2024 Publicado: 30/04/2024
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Volumen 5, Número Especial 3, 2024
Resumen
La descomposición anaeróbica de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU)
en rellenos sanitarios genera biogás con alto contenido en metano (CH4), un subproducto con
gran potencial energético. La valorización de este biogás mediante combustión o purificación
en biometano reduce emisiones de gases invernadero y genera electricidad y calor renovables.
Esta investigación cuantificó la generación de RSU y su potencial de aprovechamiento
energético mediante la evaluación de la formación de metano en el relleno sanitario de Puyo,
ubicado en la Amazonía ecuatoriana, aplicando el modelo LandGEM desarrollado por la
Agencia Medioambiental de los Estados Unidos. Se determinó una producción per cápita
promedio en la localidad de 0.644 kg/hab/día y una acumulación total de 361.152,9 toneladas
de RSU en el relleno sanitario, en el periodo 2022-2041, el cual se consideró como el intervalo
de análisis. El modelo LandGEM estimó una generación acumulada de 33 millones de m
3
de
metano, permitiendo una producción eléctrica máxima de 3687 MWh/año, suficiente para
abastecer a 1653 hogares. Los resultados resaltan el alto potencial de los RSU como fuente de
energía renovable, en países en vías de desarrollo o bajo condiciones de escasez de generación.
Se requiere mayor investigación para refinar las predicciones a largo plazo e integrar
tecnologías avanzadas de valorización. Esta valorización de residuos mejoraría la
sostenibilidad de ciudades amazónicas al reducir emisiones y generar beneficios
socioeconómicos.
Palabras clave: Biogás, Rellenos sanitarios, LandGEM, Valorización energética,
Sostenibilidad ambiental
Abstract
Anaerobic decomposition of the organic fraction of municipal solid waste (MSW) in landfills
generates biogas with a high methane (CH4) content, a by-product with great energy potential.
The valorisation of this biogas by combustion or purification into biomethane reduces
greenhouse gas emissions and generates renewable electricity and heat. This research
quantified MSW generation and its energy potential by assessing methane formation in the
Puyo landfill, located in the Ecuadorian Amazon, using the LandGEM model developed by the
US Environmental Agency. An average local per capita production of 0.644 kg/inhab/day and
a total accumulation of 361,152.9 tonnes of MSW in the landfill was determined for the period
2022-2041, which was considered as the analysis interval. The LandGEM model estimated a
cumulative generation of 33 million m
3
of methane, allowing a maximum electricity production
of 3687 MWh/year, enough to supply 1653 households. The results highlight the high potential
of MSW as a renewable energy source, in developing countries or under conditions of
generation shortages. Further research is needed to refine long-term predictions and integrate
advanced valorisation technologies. Such waste valorisation would improve the sustainability
of Amazonian cities by reducing emissions and generating socio-economic benefits.
Keywords: Biogas, Landfill, LandGEM, Energy recovery, Environmental sustainability
Resumo
A decomposição anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em aterros
sanitários gera biogás com um elevado teor de metano (CH4), um subproduto com grande
potencial energético. A valorização deste biogás por combustão ou purificação em biometano
reduz as emissões de gases com efeito de estufa e gera eletricidade e calor renováveis. Esta
investigação quantificou a produção de RSU e o seu potencial energético, avaliando a formação
de metano no aterro sanitário de Puyo, localizado na Amazónia equatoriana, utilizando o
modelo LandGEM desenvolvido pela Agência Ambiental dos EUA. Foi determinada uma
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produção média per capita na localidade de 0,644 kg/hab/dia e uma acumulação total de
361.152,9 toneladas de RSU no aterro para o período 2022-2041, que foi considerado como o
intervalo de análise. O modelo LandGEM estimou uma produção cumulativa de 33 milhões de
m3 de metano, permitindo uma produção máxima de eletricidade de 3687 MWh/ano, suficiente
para abastecer 1653 agregados familiares. Os resultados sublinham o elevado potencial dos
RSU como fonte de energia renovável nos países em desenvolvimento ou em condições de
escassez de produção. É necessária mais investigação para aperfeiçoar as previsões a longo
prazo e integrar tecnologias avançadas de valorização. Esta valorização dos resíduos
melhoraria a sustentabilidade das cidades amazónicas, reduzindo as emissões e gerando
benefícios socioeconómicos.
Palavras-chave: Biogás, Aterro sanitário, LandGEM, Recuperação de energía,
Sustentabilidade ambiental
Introducción
El biogás generado en los rellenos sanitarios a partir de la descomposición anaerobia de
la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, es una fuente de energía renovable con un
alto potencial que ha comenzado a usarse en los últimos lustros (Callegari et al., 2020; Chrispim
et al., 2021). La composición típica de este biogás es de un 40-60% de metano, 30-50% de
dióxido de carbono y trazas de otros gases (Patinvoh & Taherzadeh, 2019; Tsui & Wong,
2019), por lo cual el poder calorífico del metano le confiere un importante valor energético.
Además, el aprovechamiento del biogás previene su liberación directa a la atmósfera,
reduciendo así su efecto como gas de efecto invernadero (Abanades et al., 2021; Patel et al.,
2021). Existen diversas tecnologías para el aprovechamiento energético eficiente del biogás,
desde la combustión directa para obtener calor y energía eléctrica, hasta el procesamiento para
enriquecerlo en metano y utilizarlo como sustituto del gas natural (Dabe et al., 2019; Parashar
et al., 2020). Todas estas condiciones han generado la necesidad de profundizar el estudio de
la producción de biogás a partir de la degradación de residuos sólidos urbanos.
Dentro de este contexto, los modelos matemáticos se han convertido en una herramienta
indispensable para estimar la generación de biogás y el potencial energético de los rellenos
sanitarios. Estos modelos intentan representar la compleja dinámica bioquímica de la
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descomposición de los residuos bajo condiciones anaeróbicas dentro de los rellenos sanitarios
(Gollapalli & Kota, 2018; Hosseini et al., 2018). Entre los modelos más ampliamente utilizados
destaca el LandGEM desarrollado por la EPA de Estados Unidos, que modela la generación de
metano a partir de datos históricos de disposición de residuos y utilizando constantes cinéticas
empíricas (Fallahizadeh et al., 2019a). Otro modelo relevante es el IPCC, que utiliza factores
por defecto según el nivel de actividad y tipo de residuo (Moghadam et al., 2021). Estudios
comparativos entre modelos han revelado diferencias significativas en sus estimaciones,
impulsando así la continua refinación y validación de estos enfoques mediante la confrontación
con datos empíricos. Además, la integración de la modelación matemática con técnicas
avanzadas como la simulación numérica y el análisis de sensibilidad ha permitido una
evaluación más robusta y detallada de los potenciales energéticos del biogás (Alam et al.,
2022). Sin embargo, aún existen desafíos, como la necesidad de mejorar la comprensión de la
cinética de descomposición de residuos a largo plazo y el efecto de prácticas de manejo sobre
la generación de biogás. La comunidad científica continúa trabajando en la estandarización de
metodologías y en el desarrollo de modelos más flexibles y adaptativos que puedan responder
a las dinámicas cambiantes de los rellenos sanitarios y a las políticas ambientales globales.
(Heiker et al., 2021; Rodrigo-Ilarri & Rodrigo-Clavero, 2020).
En Ecuador, la aplicación de modelos matemáticos para estimar el potencial de
generación de biogás y recuperación de energía en rellenos sanitarios es aún incipiente. Solo
unos pocos estudios reportan el uso de estas herramientas. Por ejemplo, (Ambuludi-Paredes et
al., 2022a) utilizaron el modelo LandGEM para estimar la generación de metano del relleno
sanitario de los cantones Pelileo y Patate en la provincia de Tungurahua, en donde se expone
que la electricidad total estimada de 2011 a 2032 oscila entre 17693 MWh y 53385 MWh, lo
cual podría suministrar los requerimientos propios del relleno sanitario y otras prestaciones.
Otro estudio de (Poma et al., 2021) también aplica LandGEM para evaluar la producción
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histórica y futura de biogás de los rellenos sanitarios de Cuenca y Guayaquil, en donde se
manifiesta que la generación eléctrica a partir del biogás producido podría suplir las demandas
energéticas de hasta 5083 y 45825 domicilios, respectivamente. Si bien estos trabajos
constituyen esfuerzos aislados, demuestran el potencial de los modelos matemáticos para
caracterizar el desempeño bioquímico de rellenos sanitarios ecuatorianos (Barragán-Escandón
et al., 2020; Corozo, 2021). Se evidencia la necesidad de más investigación para validar y
calibrar estos modelos con datos locales, a fin de obtener estimaciones confiables del recurso
energético derivado de residuos sólidos urbanos en el país (Hernández et al., 2018; Pontón et
al., 2019).
En este sentido, el objetivo de esta investigación fue evaluar el potencial de producción
de biogás del relleno sanitario de la ciudad de Puyo, ubicado en la Amazonía ecuatoriana,
mediante la aplicación de modelo LandGEM con el fin de estimar la capacidad de generación
eléctrica, dentro de un contexto de sostenibilidad. Además, los resultados pueden servir de
apoyo para evaluar las políticas de reducción de GEI en los futuros esfuerzos del país e informar
a los gobiernos municipales sobre la importancia de la gestión de residuos y desechos sólidos
urbanos (RSU) y la construcción de sistemas de aprovechamiento de biogás.
Metodología
Localización
La investigación se llevó a cabo en el relleno sanitario de la ciudad de Puyo, la cabecera
cantonal del cantón Pastaza y la capital de la Provincia de Pastaza. Esta localidad, situada a
930 metros sobre el nivel del mar, presenta un clima lluvioso tropical con una temperatura
promedio de 21.1 °C. Su economía principal se sustenta en el comercio, el turismo y la
agricultura, lo que incide significativamente en la generación creciente de residuos sólidos
urbanos. El relleno sanitario ha estado operativo durante 18 años, funcionando como un
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botadero controlado. A lo largo de este período, ha expandido su área de influencia hasta
alcanzar una extensión total de 2.5 hectáreas, incluyendo zonas destinadas a construcción. Este
complejo está situado al Este de la ciudad de Puyo, abarcando un lote de aproximadamente 46
hectáreas bajo la responsabilidad del Municipio de Pastaza.
Modelo LandGEM
Para evaluar el contenido de metano en el biogás generado en el relleno sanitario de
Puyo, se aplicó el modelo matemático LandGEM. Este modelo trabaja en función de diversos
factores, como condiciones climáticas, niveles de precipitación, humedad, volumen de
residuos, producción per cápita (PPC) y la proporción de residuos orgánicos e inorgánicos
(Ghosh et al., 2019a).
Para calcularlo, se requieren diversas variables esenciales, como el área y la capacidad
del relleno sanitario, la cantidad anual de residuos recibidos, la constante de tasa de generación
de metano (k), el potencial de generación de metano (Lo) y el número total de años de operación
del relleno sanitario. Asimismo, se tomó en cuenta un 55% como contenido de metano en el
biogás de acuerdo a (Ambuludi-Paredes et al., 2022b).
LandGEM se basa en una ecuación de descomposición con cinética de primer orden
para estimar la generación de biogás, se estima en función del contenido de metano del biogás,
con el tiempo, expresada así:
(1)
Donde:
•
: es la generación anual de
en el año del cálculo, [m³/año]
• : es el incremento de tiempo de 1 año,
• : es el incremento de tiempo de 0.1 años,
• : es el (año de cálculo) (año inicial de aceptación de residuos),
• : es la constante general de
(año 1),
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•
: es la capacidad potencial de generación de
[m³/t],
•
: es la cantidad de residuos recibidos en el año i [t],
•
: es la edad de la sección j de cantidad de residuos Mi aceptado en el año i.
Para la determinación de k y Lo, existen valores determinados para rellenos sanitarios
convencionales, en este caso el modelo LandGEM se adaptó a las condiciones climáticas de la
zona en estudio variando los valores de k y Lo (AGUILAR-VIRGEN et al., 2012).
Para la estimación del potencial de generación de metano (Lo) se basó en la siguiente
ecuación:
(2)
Donde:
•
: potencial de generación de metano [m³/ton],
• : factor de corrección de metano,
• : factor de ajuste de la composición de los residuos,
•
: factor de proporción de carbono disponible convertida en biogás,
• : fracción de metano contenido en biogás, se asume típicamente 0.5,
• El factor
corresponde a la constante estequiométrica.
Para estimar el índice de generación de metano (k), se llevó a cabo una caracterización
de los RSU mediante el método de cuarteo (Cantanhede et al., 2005). Esta metodología implicó
la recolección aleatoria y limitada de residuos durante 7 días, además de un día de operación
de purga de caracterización. Se seleccionaron distintos tipos de desechos, clasificándolos en
categorías como residuos de degradación lenta, moderada y rápida, así como residuos a granel.
El proceso de cuarteo consistió en homogeneizar y dividir la muestra recolectada en
cuatro partes iguales (A, B, C, D), eliminando las partes opuestas para garantizar una muestra
representativa. Luego, se separaron los distintos tipos de residuos según la categoría deseada.
Posteriormente, se determinó el porcentaje de cada tipo de residuo obtenido. Se adquirieron
valores referenciales de "k" según el tipo de residuo y el clima de la zona de estudio. Estos
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valores se multiplicaron por los porcentajes de residuos correspondientes, y la suma total
proporcionó un valor final de "k"(Tabla 1). Este valor se incorporó al modelo LandGEM para
la estimación de emisiones de metano (Castro, 2020).
Tabla 1.
Valores de tasa de generación de metano por defecto recomendados (k) bajo el nivel
Fuente: 2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas
Inventories
La Tabla 2 muestra tanto el índice de generación de metano (k) como el índice de
potencial del metano (Lo), centrándose en las características climáticas específicas del
vertedero sanitario de Puyo, como la precipitación.
Tabla 2.
Valores de k y Lo para el relleno sanitario de Puyo utilizados en el modelo LandGEM
Precipitación (mm/año)
k
Lo
>1000
0.7
96
En el caso del vertedero sanitario de Puyo, la precipitación anual promedio es de 2.500
mm. Según la tabla, esto corresponde a un índice de generación de metano (k) de 0,7 y un
Tipo de residuo
Zona climática
Frío y templado
(mat ≤20°c)
Tropical
(mat ≥20°c)
Seco
(map/pet <1)
Húmedo
(map/pet >1)
Seco
(map <1000 mm)
Húmedo y mojado
(map ≥1000 mm)
Defecto
Rango
Defecto
Rango
Defecto
Rango
Defecto
Rango
Residuos de
degradación lenta
Residuos de
papel/ textiles
0.04
0.03-0.05
0.06
0.05-0.07
0.045
0.04-0.06
0.07
0.06-0.085
Residuos de
madera/paja
0.02
0.01-0.03
0.03
0.02-0.04
0.025
0.02-0.04
0.035
0.03-0.05
Residuos de
degradación
moderada
Otros residuos
orgánicos
putrescibles
(no
alimentarios) /
de jardines y
parques
0.05
0.04-0.06
0.1
0.06-0.1
0.065
0.05-0.08
0.17
0.15-0.2
Residuos de
degradación
rápida
Residuos de
alimentos/lodos
de aguas
residuales
0.06
0.05-0.08
0.185
0.1-0.2
0.085
0.07-0.1
0.4
0.17-0.7
Residuos a granel
0.05
0.04-0.06
0.09
0.08-0.1
0.065
0.05-0.08
0.17
0.15-0.2
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índice de potencial del metano (Lo) de 96. Esto significa que, en el vertedero sanitario de Puyo,
se espera que se generen 0,7 metros cúbicos de metano por cada metro cúbico de residuos
sólidos depositados. Además, se espera que el metano generado tenga un contenido de metano
del 96%.
Condiciones climáticas
En relación con las variables climáticas, la precipitación y la humedad se obtuvieron a
partir de información suministrada por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología
(INAMHI), con datos extraídos en colaboración con la estación Hidrológica ubicada en la
parroquia Veracruz - Pastaza. Además, se consideraron aspectos adicionales como las
características topográficas y el tipo de vegetación para determinar el piso climático
correspondiente (INAMHI, Recolección de datos hidrológicos y meteorológicos, 2023). La
información sobre aspectos como el área del relleno sanitario, el número de celdas existentes
y otros datos relevantes para el desarrollo del estudio fue proporcionada por el Gobierno
Autónomo Descentralizado Municipal de Pastaza, en colaboración con su Plan de Desarrollo
y Ordenamiento Territorial (PDyOT), proveniente de la administración anterior (GADMP,
2020). Esta colaboración facilitó datos esenciales que respaldaron la ejecución del estudio.
Producción per cápita
Para calcular la producción per cápita (PPC) de residuos, se puede obtener usando la
siguiente ecuación:
(3)
Donde:
• PPC: Producción per cápita de residuos sólidos, [kg/hab.día]
• W: Peso generado de residuos sólidos en un día, [kg]
• P: Población que generó esos residuos sólidos en un día, [hab]
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Para proyectar la población futura del cantón de Pastaza, se toma en cuenta la tasa de
crecimiento poblacional y la población actual inicial recopilada por el INEC. Además, se
emplea la siguiente ecuación:
(4)
Donde:
• Pf: Población futura
• Pi: Población inicial
• r: tasa de crecimiento
• t: tiempo en años a los que se va a proyectar
Se llevó a cabo una proyección de los residuos sólidos urbanos generados en el relleno
sanitario de la ciudad de Puyo, en el periodo 2022-2041. Se tomó como dato inicial el año
2022, ya que a partir de ese periodo entró en funcionamiento la última celda de acumulación
de residuos sólidos del relleno sanitario de la ciudad, proyectando una vida útil de la locación
de 20 años.
Determinación del potencial de generación de electricidad
La capacidad de generar electricidad se puede determinar mediante la contabilización
de la producción de metano, cuyo alto contenido energético lo convierte en una fuente
aprovechable de energía renovable, especialmente proveniente de cantidades significativas de
residuos.
La ecuación a continuación ilustra cómo calcular el potencial de generación de
electricidad en sistemas de captación de biogás en rellenos sanitarios:
(5)
Donde:
• EAG: electricidad anual generada [MWh],
•
: metano generado [m³/año],
• .2 (MJ/m³): valor de calentamiento más bajo de metano,
• : eficiencia de generación de electricidad del dispositivo de conversión, según
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varios autores se puede considerar de 35%,
• : eficiencia de recolección de metano, se consideró de 75%,
• .9: factor de oxidación del relleno sanitario,
• : factor de capacidad, y se considera como 85%,
• factor de conversión de MJ a MWh.
Resultados
PPC estimada de la ciudad de Puyo
La cuantificación de los RSU generados en la ciudad de Puyo para los años 2020 –
2022, y posteriormente destinados al relleno sanitario, se expone de manera detallada en la
Tabla 3. Este registro abarca una variedad de residuos, incluyendo aquellos provenientes de
domicilios, instituciones, y actividades comerciales, proporcionando así un panorama integral
de la magnitud y composición de la problemática de gestión de residuos en la localidad. La
información contenida en la tabla refleja la cantidad y tipología de RSU que requieren ser
gestionados de manera efectiva para abordar los desafíos ambientales y sanitarios asociados
con la disposición final de estos materiales.
Tabla 3.
Gestión de RSU de la ciudad de Puyo
Años
2020
2021
2022
Población atendida (hab)
64633
66830
67024
Generación per cápita (kg/hab.día)
0,654
0,634
0,643
Ton/día
Gestión diaria de desechos
42,31
42,39
43,09
Desechos orgánicos recuperados
0,15
1,9
1,4
Desechos inorgánicos recuperados para reciclaje
0,55
0,52
0,56
Confinado en celda
41,61
39,97
41,13
Fuente: Autores (2024)
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La PPC de RSU de la ciudad de Puyo se ha mantenido prácticamente constante entre
los años 2020, 2021 y 2022. Este parámetro depende de una serie de factores que varían según
la demografía, la cultura, el nivel de desarrollo económico y otros elementos específicos de la
comunidad (del Consuelo Hernández-Berriel et al., 2016). El valor promedio de PPC de la
localidad es de 0,644 kg/hab/día, un valor mayor al promedio nacional (0,57 kg/hab/día)
(Ministerio del Ambiente, 2023).
Por otro lado, la Tabla 2 muestra que la recuperación de residuos orgánicos en Puyo ha
aumentado ligeramente en los últimos tres años. En 2020, la recuperación de residuos orgánicos
fue de 0,15 toneladas por día, lo que equivale a un 3,5% de los residuos sólidos generados. En
2021, la recuperación de residuos orgánicos aumentó a 1,9 toneladas por día, lo que equivale a
un 7,2% de los residuos sólidos generados. En 2022, la recuperación de residuos orgánicos
aumentó a 1,4 toneladas por día, lo que equivale a un 5,4% de los residuos sólidos generados.
Este aumento en la recuperación de residuos orgánicos es positivo, ya que indica que la ciudad
de Puyo está avanzando en la gestión de sus residuos sólidos. Sin embargo, todavía hay margen
de mejora. La recuperación de residuos orgánicos en Puyo sigue siendo baja en comparación
con otras ciudades del país. Por ejemplo, en la ciudad de Quito la recuperación es de 15,2%.
(Ministerio del Ambiente, 2023).
Proyección de los residuos sólidos
La Tabla 4 presenta la proyección de los RSU acumulados en el relleno sanitario de la
ciudad del Puyo hasta el año 2041. Se tomó como dato inicial el año 2022, ya que a partir de
ese periodo entró en funcionamiento la última celda del relleno sanitario de la ciudad,
proyectando una vida útil de la locación de 20 años. Esta proyección resulta en una
acumulación total de RSU estimada en 361.152,9 toneladas.
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Tabla 4.
Proyección de residuos sólidos acumulados en el relleno sanitario de Puyo
Año
Proyección
poblacional
RSU
acumulados
diarios
(kg/día)
RSU
acumulados
diarios
(ton/día)
RSU
acumulados
anuales
(ton/año)
2022
67024
41130,0
41,1
15012,5
2023
69310
41911,5
41,9
15297,7
2024
71673
42707,8
42,7
15588,3
2025
74117
43519,2
43,5
15884,5
2026
76644
44346,1
44,3
16186,3
2027
79258
45188,7
45,2
16493,9
2028
81961
46047,3
46,0
16807,3
2029
84756
46922,2
46,9
17126,6
2030
87646
47813,7
47,8
17452,0
2031
90634
48722,1
48,7
17783,6
2032
93725
49647,9
49,6
18121,5
2033
96921
50591,2
50,6
18465,8
2034
100226
51552,4
51,6
18816,6
2035
103644
52531,9
52,5
19174,1
2036
107178
53530,0
53,5
19538,5
2037
110833
54547,1
54,5
19909,7
2038
114612
55583,5
55,6
20288,0
2039
118521
56639,6
56,6
20673,4
2040
122562
57715,7
57,7
21066,2
2041
126741
58812,3
58,8
21466,5
TOTAL
361152,9
Fuente: Autores (2024)
Producción de metano mediante el método LandGEM
La generación de biogás en vertederos se lleva a cabo a través de un proceso conocido
como digestión anaeróbica. La composición típica del biogás comprende aproximadamente
entre un 55% y un 70% de metano (CH4) en volumen, un 30% a 45% de dióxido de carbono
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(CO2), alrededor de 80 a 100 partes por millón en volumen (ppmV) de amoníaco (NH3), entre
1000 y 3000 ppmV de sulfuro de hidrógeno (H2S), y otros hidrocarburos en cantidades
menores a 100 ppmV (Leonzio, 2016).
Cuando se introducen los residuos sólidos urbanos (RSU) en un vertedero, los
componentes orgánicos inician una serie de reacciones químicas. En las capas superficiales del
vertedero, en presencia de aire atmosférico, los componentes orgánicos naturales experimentan
una oxidación aeróbica, dando como resultado la producción de dióxido de carbono (CO2) y
agua (H2O). No obstante, la reacción predominante en los vertederos es la anaeróbica, que
conduce a la generación de metano (CH4) (Santos et al., 2020).
En base a ello, se procedió a estimar la producción de metano (CH4) en el relleno
sanitario de la ciudad de Puyo mediante la metodología LandGEM, resultando en un volumen
total de 33,248,656.2 m3 en el periodo analizado. Esto se puede apreciar en la Figura 3 del
presente artículo.
Figura 1.
Producción de CH4 anual del relleno sanitario de la ciudad de Puyo, en el periodo 2022-2041
(m³/año)
Se observa que la producción máxima de metano ocurre en el último año de
operaciones, y es altamente probable que este índice siga aumentando durante al menos dos
años después de su cierre. Este patrón es bastante similar al identificado en el estudio realizado
por (Ambuludi-Paredes et al., 2022b), donde la producción alcanzó su punto máximo un año
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
Generación de CH4 (m3/año)
Años proyectados
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después del cierre técnico. Sin embargo, de manera consistente, la producción de biogás
disminuye significativamente en los años posteriores (Wang et al., 2023).
Asimismo, según German et al. (2023), la producción anual de metano en el relleno
sanitario más grande de Montería, Colombia, registró un promedio de 2997923 m3/año.
De manera similar a los hallazgos de la presente investigación, se observa un
incremento en la producción anual de metano. Este aumento se relaciona directamente con el
crecimiento de la población, y, consecuentemente, con el aumento en la generación de residuos
sólidos, lo que contribuye al aumento de la emisión de gases (Fallahizadeh et al., 2019b). La
producción de CH4 está vinculada a la velocidad con la que la población microbiana
biodegrada o descompone los sustratos (Sil et al., 2014). La cantidad total de metano emitido
desde un vertedero al aire libre está condicionada por la totalidad de residuos depositados en
el lugar y sus propiedades (Chandra & Ganguly, 2023).
Determinación del potencial de generación de electricidad del biogás
Finalmente, se calculó el potencial de generación de electricidad del biogás (Tabla 5),
obteniendo un total de 53,628.5 MWh durante el periodo de análisis. Sorprendentemente, este
resultado nos indica que al segundo año podríamos abastecer de energía a 279 hogares con un
consumo máximo de 2007.84 kWh/año, considerando un perfil de hogares de bajo consumo.
En el estudio llevado a cabo por German et al. (2023), se observa una tendencia similar a los
resultados presentados en este estudio, donde se evidencia que a medida que aumenta el
contenido de metano, la generación de biogás y, por ende, la producción de energía eléctrica,
también se incrementa (Ghosh et al., 2019b). Este incremento anual también se puede
visualizar en la Figura 4. La evaluación previa señala que, al utilizar la energía proveniente de
los vertederos, se logra no solo disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero a la
atmósfera, sino que también sirve como una fuente alternativa de energía para los hogares
ubicados en las proximidades del vertedero (Ramprasad et al., 2022).
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Tabla 5.
Proyección de la generación de energía eléctrica a partir del biogás producido
Year
Biogás
(m3/year)
Energía
eléctrica
(MWh/año)
No. De casas
suministradas
al año
2022
0
0
0
2023
295269,065
623
279
2024
530834,956
1120
502
2025
720010,56
1519
681
2026
873165,991
1843
826
2027
998379,564
2107
944
2028
1101944,78
2325
1042
2029
1188765,16
2509
1124
2030
1262661,77
2665
1194
2031
1326612,67
2800
1255
2032
1382939,44
2918
1308
2033
1433452,45
3025
1356
2034
1479563,96
3122
1400
2035
1522376,26
3213
1440
2036
1562750,23
3298
1478
2037
1601358,84
3379
1515
2038
1638728,72
3458
1550
2039
1675272,61
3535
1585
2040
1711314,58
3611
1619
2041
1747109,7
3687
1653
2042
1360650,4
2871
1287
Fuente: Autores (2024)
Figura 2.
Generación eléctrica a partir de biogás obtenido del relleno sanitario de la ciudad de Puyo,
desde el año 2022-2041
Fuente: Autores (2024)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042
Energía eléctrica
…
Años proyectados
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Conclusiones
En el estudio realizado se determinó que la PPC promedio diaria en la ciudad de Puyo
es de 0,644 kg/hab/día. Con este resultado se proyecta una acumulación total de residuos en el
relleno sanitario de 378.286 toneladas, en el periodo 2022-2041. A su vez, esto determina una
generación total estimada de 33,248,656.2 m
3
de CH4.
Por otro lado, la capacidad de generación eléctrica estimada llega a su valor pico de
3687 MW/año, en el 2041, año de cierre proyectado del relleno sanitario. De igual manera, la
generación total eléctrica calculada fue de 53628 MWh en el periodo analizado. Esta
generación permitiría abastecer de energía eléctrica a un máximo de 1653 viviendas.
Este tipo de investigaciones permiten visibilizar la importancia de la valoración
energética de los residuos sólidos urbanos, dentro de un contexto de sostenibilidad y lucha
contra el cambio climático, ofreciendo una oportunidad valiosa a las municipalidades de la
región y el país para demostrar que están en la línea de la Agenda 2030 y de la conservación
ambiental
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