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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Biogás de vertederos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía En las últimas décadas, la cantidad de residuos sólidos municipales (RSU) ha aumentado significativamente. Cada año, aproximadamente 400 millones de toneladas de desechos sólidos ingresan a la biosfera, y esta cantidad aumenta anualmente entre un 3% y un 6%, lo que excede la tasa de aumento de la población del planeta. Una cantidad importante de residuos sólidos se compone de restos de comida, papel, cartón y madera. La proporción de fracciones orgánicas de los RSU oscila entre el 56% en los países desarrollados y el 62% en los países en desarrollo. En la práctica mundial, existen tres formas principales de eliminar los desechos sólidos:
En algunos países desarrollados, especialmente aquellos con una alta densidad de población (Suiza, Japón, etc.), se queman predominantemente residuos sólidos e incluso lodos de depuradora. La combustión de residuos sólidos requiere el uso de tecnologías complejas y costosas para limpiar los productos de combustión de metales pesados y gases nocivos. El problema de la limpieza de dioxinas de los gases de combustión aún no se ha resuelto en ningún país. Lo más probable es que el compostaje no se utilice durante mucho tiempo, ya que no se ha resuelto el problema de purificar el compost de las sales de metales pesados, cuya migración al suelo fértil es inaceptable. Actualmente, en muchos países del mundo, la eliminación de residuos sólidos en vertederos especiales se considera la forma más económica de eliminarlos. La cantidad de residuos sólidos que se transportan a vertederos o vertederos es del 45-55% en los Países Bajos, del 62-85% en los EE. UU., del 93-96% en Canadá y del 97% en Rusia. Extracción y aprovechamiento de biogás de vertederos de residuos sólidos en diferentes países El biogás se forma en residuos sólidos sin acceso a oxígeno. Bajo la influencia de bacterias, parte de la sustancia orgánica se descompone formando metano (50-70%) y dióxido de carbono (30-50%), cuya mezcla forma biogás; además, contiene nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. en pequeñas cantidades. El biogás es inflamable y tiene un alto poder calorífico de más de 18 MJ/m3. El más justificado económicamente es la recogida y aprovechamiento de biogás en los grandes vertederos y vertederos de residuos sólidos, donde se ubican más de 1 millón de toneladas de residuos, cuya capa supera los 10 m, es deseable que la mayoría de los residuos sean "envejecidos". no más de 10 años. La zona del vertedero debe recuperarse: cubrirse con una capa de tierra de al menos 30-40 cm. El rendimiento medio de biogás de un vertedero de este tipo será de al menos 5 m3 por tonelada de residuos sólidos durante 1 años. La parte de la materia orgánica es de gran importancia (los residuos de la construcción no generan biogás). El potencial total de biogás en la UE alcanza los 9 mil millones de m3/año, en los EE.UU. hasta 13 mil millones de m3/año. Si se recicla metano de todos los vertederos de Estados Unidos, su cantidad será del 5% del consumo total de gas natural en el país. En 1992, había 481 sistemas de recolección de biogás en funcionamiento en todo el mundo (175 en países de la UE, 264 en América, 4 en Asia y Australia, y 2 en África). Pero cabe señalar que aproximadamente entre el 25 y el 50% del biogás se utilizó con fines comerciales y el resto se quemó en antorchas. El biogás es uno de los principales gases de efecto invernadero En cuanto al grado de daño al medio ambiente, el metano se considera el segundo gas nocivo después del dióxido de carbono. La concentración de metano en la atmósfera crece aproximadamente un 0,6% anualmente y se ha duplicado en los últimos dos siglos (la concentración de dióxido de carbono crece un 0,4% anualmente). El metano tiene una vida útil más corta en la atmósfera (11 años), mientras que el dióxido de carbono tiene una vida útil de 120 años. Por lo tanto, estabilizar o reducir las emisiones de metano a la atmósfera conducirá a un rápido cambio climático positivo. Las emisiones globales de metano a la atmósfera son un factor importante en el cambio climático. En Estados Unidos se ha promulgado una ley que obliga a todos los vertederos de residuos sólidos, sin excepción, a estar equipados con sistemas de producción y aprovechamiento de biogás. En 1987, se determinó que la emisión total de metano de los vertederos de la Tierra es de 30 a 70 millones de toneladas por año, o del 6 al 18% de su emisión total a la atmósfera. El grupo de expertos de la Comisión Intergubernamental sobre Cambio Climático incluyó el metano de los vertederos en la lista de los principales gases de efecto invernadero del planeta. La propagación del biogás en el medio ambiente provoca una cadena de fenómenos negativos. Su acumulación puede crear condiciones peligrosas de explosión e incendio en casas y edificios ubicados cerca de vertederos de desechos sólidos. La acumulación de biogás en un espacio confinado también es peligrosa desde el punto de vista toxicológico. Se han registrado muchos casos de intoxicación durante el mantenimiento de líneas profundas de servicios públicos. El biogás también tiene un efecto perjudicial sobre la capa vegetal (el sistema de raíces se “asfixia”). Todo ello indica la necesidad de combatir sus emisiones a la atmósfera. El principal método para lograr esto es la recolección y utilización de biogás. Tecnologías para la recogida/producción de biogás en vertederos El sistema de recogida de biogás más común consiste en una red de pozos verticales conectados entre sí mediante tuberías horizontales. En el medio de un pozo vertical con un diámetro de 0,6-1,2 m se instala una tubería de plástico con un diámetro de 12-25 cm, perforada con orificios con un diámetro de 3-6 mm. La profundidad del pozo es de al menos 7 my corresponde al 50-90% del espesor de la capa de desechos sólidos. El volumen del pozo alrededor del tubo de plástico perforado se rellena con grava o guijarros. La parte superior del pozo (aproximadamente a 0,5 m del borde superior) se compacta con hormigón o arcilla para evitar la liberación de biogás a la atmósfera. El radio de funcionamiento de un pozo es en promedio de 30 a 35 m y el número medio de pozos es de 2,5 por hectárea de vertedero. La construcción de un sistema de drenaje de gas se puede llevar a cabo tanto en todo el territorio del vertedero una vez finalizada su operación, como en áreas individuales a medida que se llena. La figura muestra un diagrama esquemático de la extracción, recolección y utilización de biogás. Tecnologías de aprovechamiento/uso del biogás Hay dos formas principales de utilizar el biogás: utilizarlo para generar calor en el lugar de extracción y generar electricidad y venderlo a la red. El uso directo de biogás en un radio de 3 km desde el vertedero es, por regla general, la forma más rentable de utilizarlo. El gas se puede utilizar como combustible para calderas de calefacción centralizada y diversos consumidores industriales (cemento, producción de vidrio, secado de ladrillos). Si los consumidores se encuentran a más de 3 km, la rentabilidad cae. Estudio de viabilidad y perspectivas para el desarrollo de tecnologías para la producción y uso de biogás en Ucrania. Sólo las ciudades ucranianas generan alrededor de 40 millones de m3/año de residuos sólidos. Más del 90% de esta cantidad se recoge y transporta a 655 vertederos situados entre 10 y 20 km de las ciudades. Más de 500 vertederos en Ucrania carecen de medios básicos de protección contra la contaminación de las aguas subterráneas y del aire atmosférico. Alrededor de 140 vertederos son vertederos de residuos sólidos que pueden considerarse aptos para la extracción y utilización de biogás. De los 140 vertederos, 90 son muy grandes y contienen el 30% de todos los residuos sólidos de Ucrania. Son estos sitios los más rentables para la producción de gas. La introducción de un sistema de recogida y reciclaje de biogás en estos 90 vertederos supondrá una reducción de las emisiones de dióxido de carbono de 3,26 millones de toneladas al año. Con tarifas eléctricas bastante bajas en el mercado interno de Ucrania, lo más rentable es utilizar biogás para las necesidades de las empresas industriales ubicadas cerca de los vertederos. Si esto no es posible, entonces es racional generar electricidad en la red. En este caso, se pueden utilizar centrales eléctricas basadas en motores de combustión interna de producción ucraniana con una capacidad de 1 y 1,6 MW (planta GP que lleva el nombre de Malyshev, Jarkov) o una capacidad de 0,40,8 MW (JSC Pervomaiskdizelmash, Pervomaisk). La tabla muestra un estudio de viabilidad de un proyecto de extracción y uso de biogás para la producción de electricidad en el vertedero de residuos sólidos de Lugansk, donde se encuentran 1,6 millones de toneladas de residuos sólidos. Se consideran dos opciones de equipamiento para una minicentral eléctrica de 2 MW que funciona con biogás, con motores de la empresa Pervomaiskdieselmash y con motores de la empresa estadounidense Caterpillar. En los cálculos se utilizaron parámetros como el rendimiento anual de biogás de 5 m3/t de residuos y la vida útil de la instalación: 20 años.
El coste de la electricidad en ambos casos es inferior al coste mayorista de la electricidad en Ucrania (0,021 dólares por 1 kWh). Los cálculos económicos anteriores no tienen en cuenta el potencial de "vender" las emisiones de dióxido de carbono reducidas por este proyecto. La cantidad de emisiones reducidas de gases de efecto invernadero se “comprará” a un precio de entre 4,5 y 9 euros por tonelada, lo que permitirá mejorar significativamente los indicadores económicos de los proyectos de bioenergía. El primer paso para difundir tecnologías para la extracción y uso de biogás en Ucrania es la implementación de al menos un proyecto de demostración, cuyo objetivo es demostrar las capacidades técnicas y la viabilidad económica y tecnológica del uso de dichas tecnologías. Conclusiones: 1. Actualmente, la eliminación de residuos sólidos en vertederos y vertederos sigue siendo el principal método de eliminación en la mayoría de los países del mundo. 2. Se estima que las emisiones de metano de los vertederos representan entre el 6% y el 18% del total de emisiones a la atmósfera. La forma más eficaz de reducir las emisiones de metano es capturarlo y utilizarlo. 3. El potencial energético del biogás en la mayoría de los países es aproximadamente el 1% del consumo de energía. 4. En la mayoría de los países, la producción y el uso de biogás está aumentando. 5. Los proyectos de extracción y uso de biogás son bastante rentables, especialmente si hay cerca un vertedero de un consumidor de gas industrial. 6. La introducción de tecnologías para la extracción y utilización de biogás es muy prometedora en Ucrania, tanto desde el punto de vista medioambiental como económico. 7. Tiene sentido financiar al menos un proyecto de demostración para la producción y uso de biogás en Ucrania con cargo al presupuesto estatal o al presupuesto del Ministerio de Medio Ambiente. Autores: G. Geletukha, K. Kopeikin, Instituto de Termofísica Técnica de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, Centro Científico y Técnico "Biomasa"
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