Objetivo general de este webinario: Describir detalladamente un caso práctico de control medioambiental y energético (realizado por el CIEMAT) de los gases generados en un vertedero (relleno sanitario) controlado de RSU en España. Objetivos específicos Para contextualizar lo anterior y dado que los trabajos descritos nacen de una obligación legal, se comentará la legislación medioambiental más importante de aplicación en los vertederos y el papel teórico y real de estas instalaciones de gestión de residuos en España y la Unión Europea. También se realizará una aproximación al proceso biológico de digestión anaerobia: las fases de las que consta y los productos que genera, prestando especial atención al metano. Así mismo se enumerarán los distintos orígenes del biogás y sus distintas aplicaciones energéticas.

1. Gases generados en rellenos sanitarios
Estudio medioambiental y energético
Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
José Manuel Peña Castellot – CIEMAT
Madrid, 23 de marzo de 2015

2. CONTENIDO
Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
• Introducción
• Legislación asociada a vertederos
• Residuos Sólidos Urbanos en España
• La digestión anaerobia
• Aprovechamiento y usos del biogás
• Caso práctico

3. • Centro de Investigaciones energéticas, medioambientales y tecnológicas
• Organismo Público de Investigación adscrito al Ministerio de Economía y
Competitividad
Caso prácticoAprovechamientoR
Introducción
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• Valorización de residuos biodegradables
o Investigación básica en digestión anaerobia
o Asesoramiento y colaboración en proyectos
técnicos
o Control medioambiental
o Formación

4. Vertedero / Relleno sanitario
Lugar donde se depositan residuos de manera permanente
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Caso prácticoAprovechamientoR
Introducción

5. Impactos medioambientales de los vertederos
• Contaminación de aguas superficiales y subterráneas
– Elevada DQO, nitrógeno, fósforo, aceites, metales pesados, microorganismos,
etc.
• Impacto paisajístico
• Afección a los ecosistemas
– Acumulación de sustancias tóxicas en la cadena trófica
• Contaminación atmosférica
– Emisiones de gases de efecto invernadero (CO2 y CH4)
– Olores
– Combustiones espontaneas (el metano puede explotar o sufrir ignición a
concentración superior al 5%)
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Caso prácticoAprovechamientoR
Introducción

6. Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados
(transposición de la Directiva 2008/98/CE)
• Principio de jerarquía en la producción y gestión de residuos
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Legislación

7. Real Decreto 1481/2001 por el que se regula la eliminación de
residuos mediante depósito en vertedero (transposición de la
Directiva 1999/31/CE)
• Vertedero: Instalación de eliminación de residuos mediante su depósito
subterráneo o en la superficie por un periodo superior a 1 o 2 años.
• Distinción de tres tipos de vertederos: de residuos peligrosos, de residuos
no peligrosos y de residuos inertes (requisitos técnicos y residuos admitidos)
• En vertedero de residuos no peligrosos se admiten los generados en los
hogares, comercios y oficinas y de los servicios municipales (limpieza de vías
públicas, zonas verdes, áreas recreativas, etc.
• Reducción de vertido de residuos biodegradables
– 16 de julio de 2006: <75% en peso respecto de 1995
– 16 de julio de 2009: <50% en peso respecto de 1995
– 16 de julio de 2016: <35% en peso respecto de 1995
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Legislación

8. Real Decreto 1481/2001
• Tras su clausura definitiva la entidad explotadora será responsable del
mantenimiento, vigilancia, análisis y control de lixiviados, de los gases
generados y régimen de aguas subterráneas durante un plazo no
inferior a los 30 años
• En todos los vertederos que reciban residuos biodegradables se
recogerán los gases de vertedero, se tratarán y se aprovecharán. Si el
gas recogido no puede aprovecharse para producir energía, se deberá
quemar.
• La recogida, tratamiento y aprovechamiento de gases de vertedero se
llevará a cabo de forma tal que se reduzca al mínimo el daño o deterioro
del medio ambiente y el riesgo para la salud humana.
• Gases de vertedero: todos los gases que se generen a partir de los
residuos vertidos
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Legislación

9. Ley 16/2002 de prevención y control integrados de la
contaminación (transposición de la Directiva 96/61/CE)
• Establece un condicionado ambiental para la explotación de las
actividades e instalaciones contempladas en el Anexo I. Este condicionado
se materializa en la AAI
• Autorización ambiental integrada (AAI): es la resolución del órgano
competente en la zona donde se ubique la instalación, por la que se
permite, a los solos efectos de la protección del medio ambiente y de la
salud de las personas, explotar la totalidad o parte de una instalación, bajo
determinadas condiciones
• Todos los vertederos que reciban más de diez toneladas diarias o que
tengan una capacidad de más de veinticinco mil toneladas, con exclusión
de los vertederos de residuos inertes necesitan AAI
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Legislación

10. Residuos urbanos recogidos según modalidad (Año 2012)
Fuente: MAGRAMA. Información proporcionada por las Comunidades Autónomas
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RSU en España

11. Cantidad de residuos urbanos tratados según tipo de instalación
(Año 2012)
Instalaciones de tratamiento y eliminación Nº centros Entradas (ton/año)
Clasificación de envases 94 641.266
Triaje y compostaje 68 8.217.223
Compostaje de F.orgánica recogida selectivamente 44 660.273
Triaje, biometanización y compostaje 23 3.056.503
Incineración 10 2.087.878
Vertederos 134 13.459.129
En las cantidades que entran a incineración y vertedero se incluyen los rechazos de las plantas de tratamiento
Fuente: MAGRAMA. Información proporcionada por las Comunidades Autónomas
63,6%71 vertederos con captación de biogás
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RSU en España

12. Composición de la bolsa tipo de R.S.U. (% en peso)
42,70%
14%
18,70%
6,90%
17,60%
Fracción orgánica
Envases ligeros
Papel y cartón
Vidrio
Resto
Fuente: MAGRAMA (Año 2011)
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RSU en España

13. La digestión anaerobia
H2S + CO2
MO - compuestos orgánicos complejos
(carbohidratos, proteínas, lípidos)
H2 + CO2 ácido acético
CH4 + H2O
compuestos orgánicos simples
(azúcares, aminoácidos…) (ácidos grasos, alcoholes…)
productos intermedios
(ácidos propiónico, butírico, valérico, etc)
CH4 + CO2
Hidrólisis
Acidogénesis
Acetogénesis
Metanogénesis
Biogás
Sulfurogénesis
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Digestión
anaerobia
+ Digerido

14. Composición del biogás
Componente Porcentaje
Metano (CH4) 45-80
Dióxido de carbono (CO2) 20-60
Hidrógeno (H2) 0-5
Oxígeno (O2) 0-1
Nitrógeno (N2) 0-5
Monóxido de carbono (CO) 0-1
Sulfuro de hidrógeno (H2S) 0-1
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Componentes mayoritarios Componentes traza
Componente
Cloruros y fluoruros
Hidrocarburos aromáticos
Hidrocarburos alifáticos
Hidrocarburos halogenados
Terpenos
Mercaptanos
Siloxanos
Digestión
anaerobia

15. Orígenes del biogás
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Digestión
anaerobia

16. Proceso de formación de gases en un vertedero
• Fase I aeróbica: Inmediata al vertido. Predomina el N2, va aumentando el CO2. Duración 15 días.
• Fase II. Anaeróbica: (ausencia de CH4) Formación de ácidos. Aumento de CO2 y aparición de H2.
Duración 2 meses.
• Fase III anaeróbica: (aumento de CH4)
Aparece el metano y van desapareciendo
otros gases (N2 y H2). Duración 2 años
• Fase IV. Anaeróbica: (estabilización de CH4)
Se caracteriza por mantener las
concentraciones de CH4 y CO2 en torno a
60-40% respectivamente. Duración entre 10
y 20 años
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Digestión
anaerobia

17. • ¿Qué conseguimos extrayendo y aprovechando el biogás de
vertedero?
– Disminuir el efecto invernadero al quemar el metano
• Este gas es 23 veces más efectivo que el CO2 en retener calor
– Evitar riesgos de explosiones e incendios
– Eliminar daños a la vegetación de la zona
• El biogás desplaza al aire del suelo
– Evitar malos olores
– Obtener energía
• 1 m3 de biogás (70% metano)
equivale a 0,8 L de gasolina
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Aprovechamiento
biogás

18. Infraestructura de extracción y aprovechamiento del biogás
• Pozos de captación. Normalmente verticales. Tubo perforado con un cabezal
en la superficie.
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Fuente: Hera
Aprovechamiento
biogás

19. Infraestructura de extracción y aprovechamiento del biogás
• Líneas de conducciones. Conectan los pozos a la estación de regulación y
medida
• Estación de regulación y medida. Control de la cantidad y calidad del
biogás extraído
• Antorcha
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• Sistemas de eliminación de agua y compuestos corrosivos
• Sistema de aprovechamiento del biogás (si hay generación suficiente)
Aprovechamiento
biogás

20. • AAI concedida para la actividad de sellado, mantenimiento y
control post-clausura del vertedero
• “El sellado final del vertedero estará compuesto por: capa de suelo
vegetal, suelo de cobertura, geotextil … capa de drenaje de gases
diseñada para evacuar el caudal de gases generados sin que lleguen
a formarse presiones en el interior del vertedero que faciliten su
escape a la atmósfera o generen problemas de estabilidad mecánica
de la masa de residuos o en el sellado del vertedero.”
• “El diseño de las chimeneas de gases y su unión con el vertedero …”
• “El trazado de la red de tuberías para la conducción del gas de
vertedero extraído de los pozos hasta la planta de valorización …”
Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Caso práctico

21. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Caso práctico

22. Programa de vigilancia ambiental - AAI
• Se procederá a la medida del gas del vertedero en el interior de las
chimeneas. Los parámetros a medir como mínimo serán los siguientes:
CO, CO2, O2, H2S y CH4, presión atmosférica y temperatura del aire.
• Emisiones de metano en la salida de lixiviados, salida de aguas
subsuperficiales así como en la superficie del vertedero y en el perímetro
del área de explotación
• Estudio de la composición del gas que se lleva a combustión a motores
con las siguientes determinaciones analíticas:
– Componentes principales: CH4, CO2, O2 y N2
– Componentes traza: cloruros, fluoruros, H2S, NH3, siloxanos, COVs
(hidrocarburos halogenados, aromáticos y alifáticos, terpenos y mercaptanos)
– Otros parámetros: Humedad relativa, temperatura, partículas y condensados
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Caso práctico

23. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Caracterización del gas de
pozos de captación
Método
• Análisis “in situ” de los gases
mayoritarios utilizando un
analizador por infrarrojos +
sondas de temperatura y
humedad
Resultados
• Ficha con los parámetros
medidos y la localización
geográfica del pozo
4.1.28. Pozo 29
 Coordenadas UTM: X=999999, Y=9999999
 Situación en el vertedero e imagen del pozo en el momento del muestreo.
Imagen 1. Situación del pozo 29 en el vertedero Imagen 2. Vista del pozo 29
Tabla I. Resultados de los parámetros determinados en el pozo 29
Parámetro Pozo 29
Fecha 23-07-2013
Hora 17:24 h
Temperatura 23,0 ºC
Presión barométrica 1.007 mb
Humedad 93,4%
Caudal 0,3 l/h
Metano (CH4) 50,7 %
Dióxido de Carbono (CO2) 48,9 %
Oxígeno (O2) 0,4 %
Nitrógeno (N2) 0 %
Ácido sulfhídrico (H2S) 8 ppm
Monóxido de carbono (CO) 0 ppm
Hidrógeno (H2) < 1%
Caso práctico

24. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Caracterización del gas de pozos de captación
• Resultados
Caso práctico

25. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Medir las emisiones de
metano en la superficie del
vertedero
Método
• Análisis “in situ” del metano
utilizando un analizador de
diodo laser
Resultado
• Red de puntos referenciados
geográficamente con el valor
de metano medido
Caso práctico

26. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Emisiones de metano en la superficie del vertedero
• Resultados
Caso práctico

27. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Medir las emisiones de metano en el perímetro del vertedero
Método y resultados
• Ídem anterior
Caso práctico

28. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Medir las emisiones de metano en salida de lixiviados y de aguas
subsuperficiales
Método y resultados
• Ídem anterior
Caso práctico

29. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Caracterización del gas que se
lleva a combustión en motores
Método
• Análisis “in situ” de los gases
mayoritarios
• Toma de muestras utilizando
tubos adsorbentes, filtros, bolsas
Tedlar y soluciones atrapadoras
• Análisis “in situ” de condensados
Caso práctico

30. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Objetivo
• Caracterización del gas que se lleva a combustión en
motores
Caso práctico

31. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Caracterización del gas que se lleva a combustión en motores
• Resultados Compuestos orgánicos volátiles
Benceno p-cimeno
Tricloroeteno 1,2-diclorobenceno
Tolueno Butilbenceno
Tetracloroeteno Naftaleno
Etilbenceno a-pineno
M+p-xilenos ß-pineno
Estireno Limoneno
o-xileno Etanotiol
Isopropilbenceno Metanotiol
n-propilbenceno Tetrahidrotiofeno
1,2,4-TMB Tiofeno
Tercbutilbenceno 1-butanotiol
1,3,5-TMB 1-propanotiol
Secbutilbenceno 2-propanotiol
1,3.diclorobenceno Hidrocarburos alifáticos 1-9 C (excepto 6)
1,4-diclorobenceno Hexano
Siloxanos
D3: Hexametilciclotrisiloxano D5: Decametilciclopentasiloxano
D4: Octametilciclotetrasiloxano L3: Octametiltrisiloxano
Otros
Cloruros Amonio
Fluoruros Partículas
Caso práctico

32. Programa Redes de Expertos – Fundación CEDDET
Muchas gracias por su atención
josemanuel.pena@ciemat.es