Potencial de generació de biogàs dels residus municipals acumulats en abocador controlat, a Catalunya. Tractament i contribució a l'efecte hivernacle

Resum E.T.S.E.I.B. 1 RESUM La política europea sobre tractament de residus municipals, en període d’implantació a Catalunya des de l’entrada en vigor de la Llei bàsica de residus 6/1993, prioritza la gestió d’aquests residus mitjançant la recollida selectiva de les diverses fraccions (vidre, paper i cartró, plàstic, orgànica, etc.), la seva valorització i, com a última opció, l’abocament del rebuig o fracció no valoritzable. A Catalunya, l’any 2001 es van generar prop de 3.700.000 tones de residus municipals, de les que, aproximadament, el 60% en pes s’abocaren en 30 dipòsits controlats de residus no especials en actiu al territori. Tot i el descens en els últims anys del percentatge de matèries destinades a abocador, continua augmentant la quantitat abocada degut al creixement en la generació de residus. Per efectes de la descomposició anaeròbia de la matèria fermentable continguda en el rebuig abocat, es produeix un gas anomenat gas o biogàs d’abocador, compost en gran part per una barreja de metà i diòxid de carboni, en proporcions variables pròximes al 50%. Com a tractament mínim, segons l’establert a la més recent normativa (Directiva 1999/31/CE, relativa a l’abocament de residus), s’estableix la seva combustió per a minimitzar la contribució en el conegut com a efecte hivernacle, entre d’altres. L’alt contingut en metà, amb un poder calorífic elevat, el fan susceptible de ser utilitzat com a recurs energètic. Des de l’any 1974 i fins al 2001, últimes dades disponibles fins al moment, s’han acumulat més de 30 Milions de tones de residus municipals en els 43 dipòsits controlats d’aquest tipus que han funcionat a Catalunya. En càlculs estimatius, amb software de l’Agència Medi Ambiental dels Estats Units (EPA), es pot establir la generació d’un volum de més de 5000 Milions de metres cúbics de biogàs procedents d’aquesta matèria. En aplicació de la legislació, amb la implantació de mesures de tractament en els dipòsits catalans per part de la Junta de Residus, s’aconseguirà disminuir l’emissió de gasos d’efecte hivernacle (GEH) del biogàs generat en prop del 34%. Es comptabilitza l’emissió de més de 25 Milions de tones equivalents de diòxid de carboni. A més, en els abocadors on s’ha realitzat l’aprofitament energètic del biogàs, es podrien obtenir al voltant de 3000 GWh elèctrics de la matèria deposada fins a l’últim any considerat. En els últims deu anys, hi ha hagut una reducció en l’emissió de GEH de manera general per tona de residu municipal tractada, com a resultat de la nova política de gestió. En canvi, degut a l’augment del nombre de deixalles generades i deposades, no es pot parlar d’un descens en l’emissió total de GEH. Sumari E.T.S.E.I.B. 3 SUMARI 1. INTRODUCCIÓ .............................................................................................................. 7 1.1. ABAST ................................................................................................................................... 7 1.2. OBJECTIUS........................................................................................................................... 8 2. RESIDUS MUNICIPALS ................................................................................................ 9 2.1. LEGISLACIÓ GENERAL SOBRE LA GESTIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS................... 9 2.1.1. La política comunitària en matèria de residus municipals .............................................................. 10 2.1.2. Legislació Catalana........................................................................................................................ 12 2.2. COMPOSICIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS................................................................... 13 2.2.1. Classificació dels components ....................................................................................................... 13 2.2.2. Factors d’influència en la composició dels residus municipals....................................................... 14 2.2.3. Composició dels residus municipals a Catalunya .......................................................................... 15 2.3. GENERACIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS ......................................................................... 16 2.3.1. Factors d’influència en la producció de residus .............................................................................16 2.3.2. Generació de residus municipals a Catalunya ............................................................................... 17 2.4. GESTIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS A CATALUNYA................................................... 19 3. LA DEPOSICIÓ CONTROLADA A CATALUNYA....................................................... 25 3.1. LEGISLACIÓ SOBRE LA DEPOSICIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS............................. 25 3.1.1. Definició de dipòsit controlat .......................................................................................................... 25 3.1.2. Normativa vigent a Catalunya ........................................................................................................ 26 3.1.3. Classificació legal dels dipòsits...................................................................................................... 27 3.2. PROBLEMÀTIQUES AMBIENTALS ASSOCIADES ........................................................... 28 3.2.1. Lixiviats .......................................................................................................................................... 29 3.2.2. Biogàs o gas d’abocador................................................................................................................ 30 3.3. REQUERIMENTS TÈCNICS DELS DIPÒSITS CONTROLATS......................................... 30 3.4. DIPÒSITS CONTROLATS................................................................................................... 33 4. GAS D’ABOCADOR .................................................................................................... 37 4.1. CARACTERÍSTIQUES GENERALS DEL GAS D’ABOCADOR.......................................... 37 4.1.1. Composició i característiques del gas............................................................................................ 37 4.1.2. Generació del biogàs ..................................................................................................................... 38 4.1.3. Factors influents en la generació de gas........................................................................................41 4.1.4. Volum de gas produït..................................................................................................................... 41 4.1.5. Variació de la producció de gas en relació al temps. ..................................................................... 42 4.1.6. Moviment del biogàs a l’interior de l’abocador ............................................................................... 44 4.2. LANDFILL GAS EMISSION MODEL (LandGEM) ............................................................... 46 4.2.1. Producció de biogàs....................................................................................................................... 46 4.2.2. Informació necessària.................................................................................................................... 47 4.2.3. Valors disponibles.......................................................................................................................... 48 4.2.4. Resultats ........................................................................................................................................ 49 4.3. ESTIMACIÓ DEL GAS D’ABOCADOR GENERAT A CATALUNYA................................... 50 4.3.1. Objecte d’estudi ............................................................................................................................. 50 4.3.2. Residus municipals abocats........................................................................................................... 50 4.3.3. Paràmetres i criteris ....................................................................................................................... 51 4.3.4. Estimació de la generació total ...................................................................................................... 52 4 Sumari E.T.S.E.I.B. 5. TECNOLOGIES DE TRACTAMENT DEL BIOGÀS.....................................................57 5.1. ALTERNATIVES DE TRACTAMENT................................................................................... 57 5.2. APROFITAMENT ENERGÈTIC........................................................................................... 58 5.2.1. Comparació entre les diferents aplicacions energètiques ..............................................................58 5.3. TECNOLOGIES D’APROFITAMENT ELÈCTRIC................................................................ 60 5.3.1. Sistema d’aprofitament...................................................................................................................61 5.3.2. Legislació Espanyola sobre l’aprofitament elèctric.........................................................................64 5.4. INSTAL·LACIONS DE TRACTAMENT DE BIOGÀS A CATALUNYA................................. 65 5.5. GENERACIÓ ELÈCTRICA A CATALUNYA ........................................................................ 67 5.5.1. Objecte d’estudi..............................................................................................................................67 5.5.2. Metodologia....................................................................................................................................67 5.5.3. Resultat ..........................................................................................................................................68 6. CONTRIBUCIÓ A L’ EFECTE HIVERNACLE .............................................................71 6.1. CANVI CLIMÀTIC I EFECTE HIVERNACLE....................................................................... 71 6.1.1. Gasos d’efecte hivernacle (GEH)...................................................................................................72 6.1.2. Potencials d’Escalfament de la Terra (GWP).................................................................................75 6.2. CONTRIBUCIÓ A L’EFECTE HIVERNACLE DELS DIPÒSITS CONTROLATS ................ 77 6.2.1. Objecte d’estudi..............................................................................................................................77 6.2.2. Metodologia....................................................................................................................................77 6.2.3. Criteris............................................................................................................................................78 6.2.4. Resultat ..........................................................................................................................................80 6.3. INFLUÈNCIA DE LA GESTIÓ EN L’EMISSIÓ DE GEH...................................................... 84 6.3.1. Objecte d’estudi..............................................................................................................................84 6.3.2. Metodologia....................................................................................................................................84 6.3.3. Abast i limitacions de l’estudi..........................................................................................................87 6.3.4. Valors i criteris adoptats .................................................................................................................88 6.3.5. Resultats ........................................................................................................................................90 CONCLUSIONS...............................................................................................................93 PRESSUPOST................................................................................................................. 95 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 97 Annexes E.T.S.E.I.B. 5 ANNEXES A. Factors de conversió B. Residus municipals a Espanya C. Residus municipals acumulats a Catalunya, 1974-2001 Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 7 1. INTRODUCCIÓ El creixement de la població, l’augment de les zones urbanitzades i, en general, el desenvolupament econòmic han anat acompanyats d’un increment en la generació dels diferents tipus de residus (municipals, industrials, agrícoles, sanitaris, etc.). El concepte de residu pot entendres, d’una manera general, com tot allò del qual un vol desprendre-se’n arribat un cert punt, perquè ja no li és útil o bé en té l’obligació. Els problemes de l’evacuació i gestió de residus van aparèixer en els temps en que els éssers humans començaren a congregar-se en ciutats, i l‘acumulació de residus arribà a ser una conseqüència de la vida urbana. La manera de plantejar la problemàtica creada pels residus ha evolucionat des d’un sistema de tractament simple, basat en l’aplicació de mesures correctores, a un tractament complexa, fomentat en la prevenció. Pel seu origen, referent al tipus d’activitat del que procedeixen, els principals tipus de residus classificats són: industrials i municipals. És necessari mencionar explícitament els enderrocs, els residus sanitaris i els residus nuclears, per les seves característiques i la consideració específica en la legislació vigent. Als països industrialitzats, i en referència als que formen la Unió Europea, entre ells Espanya, s’han concebut i adoptat sistemes de gestió que responen al model integral cíclic (minimització en la generació, i la recirculació dintre del cicle de consum dels diferents materials, que poden arribar a esdevindre més tard residus). La implantació del model és creixent, però encara és incompleta. 1.1. ABAST En el cas particular que representen els residus municipals, la recollida selectiva va afectar només el 17% dels residus d’aquest tipus a Catalunya el 2001, mentre que la major part d’aquests (aproximadament el 63%) es van portar a dipòsit controlat el mateix any. Els impactes ambientals que pot arribar a produir un abocador sense una correcta construcció i gestió són, entre d’altres: la contaminació de sòls i aqüífers superficials i subterranis per l’acció de les aigües residuals o lixiviats; l’emissió no controlada a l’atmosfera del biogàs (o gas d’abocador), generat en la fermentació anaeròbia de certs components orgànics del rebuig deposat. Emissió de metà i diòxid de carboni, components majoritaris del gas generat, classificats com a gasos d’efecte hivernacle, per la contribució a l’escalfament global del planeta. La Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 8 normativa existent a Europa, juntament amb la desenvolupada i adoptada a Espanya i Catalunya, sobre la gestió i els requeriments tècnics dels dipòsits controlats, estableix que s’ha de mirar de reduir la producció d’aquest gas i, en qualsevol cas, el seu control amb la captació i posterior combustió. La recuperació d’aquest gas es farà necessària, per una part, per a reduir l’efecte negatiu dels seus components sobre l’atmosfera i, per altra, per a realitzar un possible ús energètic del mateix pel seu poder calorífic, degut a la presència de metà. 1.2. OBJECTIUS Els objectius a assolir en el present estudi es basen en la generació del biogàs associat als residus d’origen urbà acumulats en dipòsit controlat des de 1974 fins l’any 2001, a Catalunya. S’introdueix al lector en la gestió realitzada a Catalunya d’aquest tipus de residu en els últims anys, per a la posterior realització de diverses estimacions:  Càlcul estimatiu del volum de generació de biogàs, i dels principals components.  Estimació del potencial d’aprofitament energètic en els abocadors catalans.  Contribució del gas d'abocador generat en l'anomenat efecte hivernacle.  Influència de la implantació del nou model de gestió en la reducció d’emissions de gasos d’efecte hivernacle. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 9 2. RESIDUS MUNICIPALS La llei bàsica de residus catalana, Llei 6/1993, defineix els residus municipals (també coneguts com a Residus Sòlids Urbans, RSU) com els “residus generats als domicilis particulars, els comerços, les oficines i els serveis, i també els que no tenen la consideració de residus especials i que per llur naturalesa o composició es poden assimilar als que es produeixen en els dits llocs o activitats”. Tenen també la consideració de residus municipals “els residus procedents de la neteja de vies públiques, zones verdes, àrees recreatives i platges; els animals domèstics morts; els mobles, els estris i els vehicles abandonats; els residus i els enderrocs procedents d’obres menors i reparació domiciliària”. Es diferencien, en la modificació de la Llei (2003), circuits independents de recollida per als residus comercials, per representar prop del 15% del total dels residus municipals. A Catalunya es produeixen cada any més de 30 Milions de tones de residus de diferents tipus, relacionats amb les diferents activitats que s’hi desenvolupen: l’explotació forestal i agrícola, les indústries, la construcció, la depuració d’aigües, els serveis, etc. A la Taula 2.1 s’indiquen les quantitats de residus que es generaren en aquests sectors l’any 1996, on un 10% pertanyen a la classificació de residus municipals. Taula 2.1 Producció de residus a Catalunya, 1996. Tipus de residu Producció (t) (%) Fangs de depuradora 2.181.476 7 Residus Construcció 2.000.000 6 Residus Industrials 4.089.190 13 Residus Municipals 2.919.723 10 Fems i Purins 19.475.617 64 TOTAL 30.666.007 100 Font: Junta de Residus. 2.1. LEGISLACIÓ GENERAL SOBRE LA GESTIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS La Llei 6/1993, de 15 de juliol, defineix, a l’igual que la legislació estatal, la gestió dels residus com “la recollida, el transport, l’emmagatzematge, la valorització, la disposició del rebuig i la comercialització dels residus, inclosa la vigilància d’aquestes operacions i la vigilància dels llocs de descàrrega després de llur clausura o tancament. No es considera gestió de residus l’operació de reciclatge en l’origen dels residus que es reincorporen al procés productiu que els ha generat”. En el capítol IV de l’esmentada Llei, s’especifica el fonament i les directrius de la gestió de residus municipals. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 16 importància de les fraccions orgànica, paper-cartró i plàstics. La proporció de matèria orgànica s’ha vist reduïda respecte l’estimació de 1995, principalment, per l’important augment del plàstic, associat a l’ús d’envasos i embalatges. Cal considerar que aquesta és una composició mitja per tota Catalunya, i que cada àmbit territorial tindrà variacions respecte aquesta mitjana. En un estudi realitzat a l’Àrea Metropolitana de Barcelona l’any 1999, es va trobar que la composició dels residus municipals era: matèria orgànica 35,8%, paper-cartró 24%, vidre 6,4% i envasos lleugers 12,1%. D’igual manera, la fracció de matèria orgànica s’estableix per sota de la mitja nacional espanyola del mateix any, situada prop del 49 per cent, representant el descens del grup paper-cartró i el plàstic a un 18 i 11,5%, respectivament. Figura 2.3 Composició mitja dels residus municipals a Catalunya, 1999. Fracció Orgànica 38% Vidre 8% Paper-cartró 21% Plàstic 16% Metalls 5% Diversos 12% 2.3. GENERACIÓ DE RESIDUS MUNICIPALS La quantitat anual de residus municipals generada s’estima a partir de les dades obtingudes sobre la recollida ordinària i la recollida selectiva als municipis. La producció per càpita, quilograms per habitant i any (kg/hab/any), permet comparar el nivell de producció de residus de dos països o dues comunitats. La producció per càpita està lligada a la renda per càpita, però hi ha altres factors que hi influeixen com ara el model de gestió aplicat o el mode de vida de cada societat. 2.3.1. Factors d’influència en la producció de residus La producció de residus depèn, en general, d’una sèrie de factors, com són: a) El nivell de vida de la població (la producció de residus és proporcional al nivell de vida). b) L’època de l’any. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 17 c) El mode de vida de la població (varia amb la migració diària entre el centre de les ciutats i la perifèria). d) El moviment de la població durant els períodes vacacionals. e) El clima. f) Els nous mètodes d’utilització d’envasos i embalatges. g) El model de gestió. Es pot afirmar que a major grau de desenvolupament d’un país, major és la seva producció de residus municipals amb l’excepció d’aquells països que, com Alemanya, han implantat polítiques de reducció de residus. Aquest país, amb una renda per càpita el doble de l’espanyola, l’any 1996 tenia una producció de residus igual, i menys de la meitat que la dels Estats Units. Les variacions en la proporció respecte l’època, s’estableixen de diferent manera segons la fracció dels residus que es tingui en compte. Les restes de menjar solen patir un augment en la temporada d’estiu, mentre el percentatge dels components associats típicament a la generació de residus d’embalatges (vidre, plàstics, etc.) és major en l’època d’hivern. 2.3.2. Generació de residus municipals a Catalunya Les quantitats que representen la generació de residus municipals a Catalunya durant els últims deu anys queden resumides a la Taula 2.3. A la Figura 2.4, es pot observar gràficament l’evolució en la generació i producció de residus municipals a Catalunya en els últims anys. La metodologia emprada per a l’obtenció de les tones generades de residus municipals s’ha basat en la informació facilitada pels ens locals competents (ajuntaments, mancomunitats, consells comarcals i l’Entitat Metropolitana de Serveis Hidràulics i Tractament de Residus), sobre les quantitats de residus recollits. A Catalunya, a l’igual que a Espanya (Annex B), al llarg dels últims anys s’ha produït un augment en les tones de residus municipals generades, establint un últim valor anual de 595 kg/habitant. Les últimes dades de les que es disposa situen la generació d’aquest tipus de residu al voltant de 3.600.000 tones, amb un major increment en els últims anys. La prevenció en la generació, com a fonament, encara no s’ha aconseguit implantar ja que la quantitat de residus municipals generats no para de créixer. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 18 La generació de residus municipals a Catalunya representa prop del 20% dels residus d’aquest tipus que es generen en la totalitat de l’Estat Espanyol. L’any 1999 es van generar 193 Milions de tones de residus urbans en el conjunt de la Unió Europea, amb l’establiment d’una taxa de producció europea de 1,41 kg per habitant. Taula 2.3 Generació de residus municipals a Catalunya, 1991-2001. Any Generació (t) Cens(1) (habitants) Producció (kg/hab/dia) 1991 2.700.488 1,21 1992 2.814.893 1,27 1993 2.792.545 1,26 1994 2.824.428 1,27 1995 2.816.662 6.059.494 1,27 1996 2.919.723 1,31 1997 2.946.450 6.090.040 1,33 1998 2.996.987 6.148.000 1,35 1999 3.317.929 6.209.000 1,49 2000 3.479.123 6.262.000 1,57 2001 3.624.648 6.361.000 1,63 Dades: Junta de Residus. (1)Institut d’Estadística de Catalunya. Figura 2.4 Evolució de la generació i producció de residus municipals a Catalunya. 0 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 3.500.000 4.000.000 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Any Generació (t) 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 Producció (kg./hab./dia) Generació de RM Producció (kg/hab/dia) Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 19 L’any 1999 es van produir a Catalunya més de 3.300.000 tones de residus municipals, cosa que suposava un increment d'un 10,7% en la quantitat de residus urbans respecte l'any 1998. Aquest augment no afecta d’igual manera a les diferents regions i poblacions del territori: a l’Àrea Metropolitana de Barcelona, l'augment dels residus municipals en els mateixos anys va ser del 4,86% i les possibles causes, publicades per la Junta de Residus, varen ser de tres tipus: un creixement econòmic del 4,1% l'any 1999, l'impacte del turisme i les residències estacionals. Per províncies, l’any 2001, a Barcelona es produïren un 70% de les tones totals i amb una producció mitja diària de 1,45 quilograms per habitant. En canvi, a la província de Girona aquesta producció va ser de 2,28 kg/hab, amb menys del 10% de la població censada i un 13% del total generat. Aquestes produccions han anat augmentant al llarg dels anys, passant dels 1,51 kg/hab/dia de l’any 1998 a Tarragona als 1,85 kg/hab/dia del 2001. 2.4. GESTIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS A CATALUNYA Els residus municipals, pel seu origen, per les seves característiques i per les disposicions legals vigents, tenen uns procediments de gestió molt diferents dels aplicats als residus industrials. De totes maneres, els principis que han de governar la gestió d’aquests residus són els mateixos: reducció, reutilització i reciclatge, tot en unes condicions sanitàriament i ambientalment correctes. Les entitats locals, amb competències sobre la gestió dels residus municipals, són les encarregades de desenvolupar i d’adaptar el model de gestió a les característiques pròpies de cada municipi o agrupació municipal. El paper de la Junta de Residus, és vetllar perquè aquesta gestió es dugui a terme de la manera més eficaç possible, com a entitat responsable de l’assoliment dels objectius establerts en matèria de gestió de residus. Es coopera amb els ajuntaments mitjançant activitats com la creació d’instal·lacions, el seu control i el manteniment de diferents serveis de recollida i tractament de residus específics. Les quantitats finalment recuperades de les diferents fraccions o components del total de residus municipals generats, des de 1991 a 2001, es presenten a la Taula 2.4. Actualment la fracció més important dels residus d’origen urbà encara és el rebuig que, en molts casos, no se’l dóna cap processament sinó que es compacta i s’envia a incinerar o a dipòsit controlat. La recollida i separació de fraccions valoritzables (vidre, paper-cartró, metalls, envasos lleugers, matèria orgànica, etc.) ha anat associada a un augment. Cal destacar que les diferents recollides selectives s’han desenvolupat ja començada la dècada dels noranta. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 20 Taula 2.4 Generació i recuperació de residus municipals a Catalunya, 1991-2001. Any Generació Total (t) Vidre (t) Paper i cartró (t) Envasos Lleugers (t) Piles (t) Matèria Orgànica (t) Medicaments (t) Envasos Voluminosos (t) Deixalleries(1) (t) Poda i Jardineria (t) Rebuig (t) 1991 2.700.488 - - - - - - - - - 2.700.488 1992 2.814.893 18.810,0 - - 20,7 - - - - - 2.796.062 1993 2.792.545 39.455,0 11.631,0 - 174,3 - - - - - 2.741.285 1994 2.824.428 48.328,0 26.227,0 - 249,5 - 16,0 - - - 2.749.607 1995 2.816.662 54.736,0 25.860,0 - 346,1 - 117,0 - - - 2.735.603 1996 2.919.723 62.358,0 64.587,0 6.501,0 395,1 - 106,0 - - - 2.785.776 1997 2.946.450 64.182,0 70.769,0 9.576,0 407,0 3.282,0 146,0 - - - 2.798.088 1998 2.996.987 69.941,3 95.942,6 10.206,8 440,2 9.245,4 155,7 - - - 2.811.055 1999 3.317.929 74.826,0 122.131,2 11.230,0 443,7 13.724,5 288,5 69.895,4 41.688,4 20.371,4 2.963.330 2000 3.479.123 76.137,8 155.369,7 20.395,4 448,5 32.303,0 287,5 104.743,2 70.557,0 28.745,3 2.990.135 2001 3.624.648 79.331,1 230.346,9 29.673,1 469,6 60.766,1 264,3 96.952,5 91.730,0 26.974,9 3.008.140 (1) Excepte vidre, paper-cartró, envasos, voluminosos, poda-jardineria i piles, comptabilitzats en la columna corresponent. Dades: Junta de Residus. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 21 L’activitat en els anomenats Punts Verds o Deixalleries ha crescut des de la seva posta en marxa. El nombre d’aquests, a l’igual que la resta d’instal·lacions per a la recollida selectiva dels residus sòlids urbans, com per exemple els iglús de les voreres dels carrers per a vidre, cartró, envasos, etc., han anat en augment a les poblacions de Catalunya (Taula 2.5) millorant, en part, el rendiment de la recuperació de matèries per a la valorització. Taula 2.5 Nombre d’unitats de contenidors per a diverses fraccions. Any Contenidors vidre Contenidors paper i cartró Contenidors envasos lleugers Contenidors matèria orgànica Deixalleries 1991 - - - - - 1992 - - - - - 1993 5.630 2.208 - - - 1994 8.453 5.083 - - - 1995 11.273 8.734 - - - 1996 11.929 9.999 2.643 - - 1997 13.359 10.484 3.691 - 25 1998 14.099 12.782 4.858 - 70 1999 15.629 14.960 10.625 - 123 2000 17.405 16.579 14.181 4.902 154 2001 18.327 17.913 16.585 9.557 173 Dades: Junta de Residus. Es pot definir l’eficiència de la recollida de les fraccions com la quantitat de material recuperat (en pes) respecte al total generat en un any concret. Aquest valor pot donar idea del grau d’aplicació del model de gestió europeu. Per a fer un càlcul aproximat del total generat de cada tipus de component, es pot calcular la part corresponent del total a partir de la composició mitja establerta per els diferents organismes (1995, Junta de Residus; 1999 Ministerio de Medio Ambiente). Taula 2.6 Eficiència de la recollida selectiva a Catalunya, 1998-2001. Any Generació (t) Matèria orgànica Recollida Eficiència(1) (t) (%) Vidre Recollida Eficiència(1) (t) (%) Paper i cartró Recollida Eficiència(1) (t) (%) 1998 2.996.987 9.245,4 0,8 69.941,3 29,2 95.942,6 15,2 1999 3.317.929 13.724,5 1,1 74.826,0 28,2 122.131,2 17,5 2000 3.479.123 32.303,0 2,4 76.137,8 27,4 155.369,7 21,3 2001 3.624.648 60.766,1 4,4 79.331,1 27,4 230.746,9 30,3 (1)Per al càlcul de l’eficiència s’han utilitzat les dades més recents sobre la composició mitja, realitzades per el Ministeri de Medi Ambient a Catalunya l’any 1999 (Veure apartat 2.2.3.) A la Taula 2.6 s’ha calculat l’eficiència de la recollida separada de matèria orgànica, vidre i paper-cartró en els últims anys a Catalunya. Si s’estima que la quantitat total de vidre Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 22 generat l’any 1999 a Catalunya va ser de 265.434 tones i la quantitat recuperada 74.826 tones, aleshores, l’eficiència de recuperació és del 28,2%. La proporció de recuperació d’aquest en els últims anys ha disminuït, tot i que en molt poca quantitat. L’eficiència de recollida de matèria orgànica és notablement inferior a la de les altres dues fraccions, degut, en part, a la posta en marxa posterior d’aquest tipus de recollida. A més, representa un tant per cent en pes més elevat de la brossa generada (38% en front el 8 i 21 del vidre i paper, respectivament). De forma general i estimativa, encara queden lluny dels alts objectius d’eficiència del model de gestió europea per als residus. La Taula 2.7, mostra les quantitats de residus municipals que s’han tractat a Catalunya els últims anys, diferenciant: la deposició controlada, la recollida selectiva, la incineració i en altres la deposició incontrolada i compostatge, principalment. A la Figura 2.5 es veu representada l’evolució, en tant per cent, de les diferents opcions des de l’any 93 fins el 2001, excepte per a l’any 1994 per al que s’ha realitzat una estimació al no disposar dels valors corresponents. Taula 2.7 Tractament final dels residus municipals a Catalunya, 1991-2001. Any Deposició controlada (t) (%) Incineració (t) (%) Recollida selectiva (t) (%) Altres (t) (%) TOTAL (t) (%) 1991 - - - - 0 0,0 - - 2.700.488 - 1992 - - - - 18.830 0,6 - - 2.814.893 - 1993 1.694.835 60,7 558.149 20,0 51.260 1,8 467.149 17,5 2.792.545 100 1994 1.667.532 59,0 560.815 19,9 74.820 2,6 521.261 18,5 2.824.428 100 1995 1.911.855 67,9 658.763 23,0 80.595 2,9 165.449 6,3 2.816.662 100 1996 2.009.856 68,8 675.620 23,1 135.987 4,7 98.261 3,4 2.919.723 100 1997 2.035.022 69,1 670.228 22,7 148.362 5,0 92.838 3,2 2.946.450 100 1998 2.127.000 71,0 658.187 22,0 185.932 6,2 25.868 0,9 2.996.987 100 1999 2.275.626 68,6 687.704 20,7 354.599 10,7 0 0,0 3.317.929 100 2000 2.275.524 65,4 712.609 20,5 488.988 14,1 2.002 0,1 3.479.123 100 2001 2.311.428 63,8 694.813 19,2 616.508 17,0 1.898 0,1 3.624.648 100 (-) Valors no disponibles. Dades: Junta de Residus. L´any 2001 es van recollir selectivament a Catalunya 616.508 tones de residus, un 73% més que el 1999. Aquesta xifra suposa el 17% del total de residus, representant deu vegades la proporció que representava aquesta opció de tractament l’any 1993. En els primers anys posteriors a 1993, en que s’aprova la Llei bàsica de residus, no s’aconsegueix imposar d’una manera significativa la nova cultura sobre la reutilització i el reciclatge de les matèries. Per falta dels recursos i infrastructures necessàries (instal·lacions Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 23 de tractament, aparell logístic, etc.) i la conscienciació de la població, no és fins a finals dels anys noranta que es poden observar canvis significatius en la gestió dels residus municipals. L’opció principal de tractament sempre ha estat i continua sent l’abocament, sigui d’una manera controlada o incontrolada. La pràctica il·legal, amb un 18% de les tones abocades l’any 1993, ha deixat pas a un abocament controlat pràcticament del 100%. Figura 2.5 Tractament final dels residus municipals a Catalunya, 1993-2001. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Any % Deposició controlada Incineració Recollida selectiva Altres Deposició En els últims anys la tendència ha estat disminuir la proporció de matèria destinada tant a la deposició en control com a la incineració, del 93% de 1998 al 83% del 2001, degut a que les recollides de fraccions valoritzables (recollida selectiva) han sofert un augment destacat. La crema de residus s’ha mantingut pràcticament estable, al voltant de les 700.000 tones anuals degut a la capacitat d’aquest tipus de tractament a Catalunya. Existeixen sis plantes incineradores (Mataró, Tarragona, Girona, Sant Adrià de Besós, Vall d’Aran i Montcada i Reixac), amb una capacitat nominal de tractament de 660.000 tones l’any. Una correcta gestió, encaminada a la valorització de fraccions recuperades, pot arribar a disminuir els impactes ambientals. A la Taula 2.8 queden resumits breument els beneficis ambientals associats a la recollida selectiva d’alguns dels components del residus. Hi ha envasos de vidre que després d’un procés de rentat poden ser tornats a utilitzar per a la mateixa finalitat prop d’una quinzena de vegades. Els envasos de plàstic es poden reciclar Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 24 per a la fabricació, entre d’altres, de bosses de plàstic, mobiliari urbà, senyalització, etc. o bé per a l’obtenció de nous envasos d’ús no alimentari (lleixius, detergents, etc.). Taula 2.8 Principals beneficis ambientals associats a la recollida selectiva. Component dels residus municipals recuperat Beneficis ambientals associats Matèria orgànica 1. Reducció de les emissions dels gasos responsables de l’efecte hivernacle i de la disminució de la capa d’ozó. 2. Obtenció de compost. 3. Reducció del volum de residus municipals que caldrà dipositar en un abocador o incinerar. Paper i cartró 1. Disminució del consum d’aigua en un 85%. 2. Conservació dels boscos en minvar la necessitat de fibres vegetals verges. 3. Estalvi d’un 65% en el consum d’energia. 4. Reducció del volum de residus municipals que caldrà dipositar en un abocador o incinerar. Vidre 1. Disminució del consum d’energia en un 27%. 2. Disminució de la contaminació atmosfèrica i de l’aigua. 3. Disminuir el consum de matèries primeres. 4. Reducció del volum de residus municipals que caldrà dipositar en un abocador o incinerar. Envasos lleugers 1. Disminució del consum d’aigua. 2. Disminució del consum d’energia. 3. Reducció del volum de residus municipals que caldrà dipositar en un abocador o incinerar. Dades: Junta de Residus. Segons dades estimatives de la Junta de Residus, l’any 2.000, amb la recuperació de 76.137 tones de vidre es va aconseguir estalviar 91.200 tones de matèries primeres i el consum de 2.284 tones de petroli. Entre d’altres, amb l’energia estalviada per a la fabricació de les 155.370 tones de paper i cartró introduïdes un altre cop en el cicle productiu, uns 750GWhe, es podria donar electricitat a unes 53.000 famílies durant un any. De les 32.303 tones de matèria fermentable separades, es van obtenir 9.000 tones de compost de qualitat. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 25 3. LA DEPOSICIÓ CONTROLADA A CATALUNYA Històricament, els abocadors han estat la principal alternativa com a tractament finalista dels diferents tipus de residus generats. Aquests han sofert una llarga i notòria evolució en el seu disseny i construcció, de tal manera que minimitzin la possibilitat de produir problemes en l’entorn. Fins la concepció actual del dipòsit d’acumulació, els residus s’apilaven, en molts casos es cobrien amb terres, en emplaçaments destinats a aquest fi a les afores de les poblacions sense cap mena de control. 3.1. LEGISLACIÓ SOBRE LA DEPOSICIÓ DELS RESIDUS MUNICIPALS Fins l’entrada en vigor de la nova legislació europea relativa a l’abocament de residus, Directiva 1999/31/CE, no existia a Espanya una normativa específica que obligués els promotors d’un abocador a realitzar la seva construcció d’acord amb uns estàndards prefixats. Només existia una legislació genèrica per a activitats classificades i el requisit de l’Estudi d’Impacte Ambiental per a l’obtenció de la corresponent Llicència Ambiental (Llei 3/1998 d’Intervenció Integral de l’Administració Ambiental, I.I.A.A.). En canvi, algunes poques comunitats autònomes sí que van desenvolupar una normativa al respecte, entre elles Catalunya (Decret 1/1997). L’objectiu de la Directiva 1999/31, de 26 d’abril, relativa a l’abocament de residus, segons s’indica en els articles 3 i 4, és establir “rigorosos requisits tècnics i operatius sobre residus i abocaments, mesures, procediments i orientacions per impedir o reduir, en la mesura possible, els efectes negatius en el medi ambient de l’abocament de residus, en particular la contaminació de les aigües superficials, les aigües subterrànies, el sòl i l’aire, i del medi ambient mundial, inclòs l’efecte hivernacle, així com qualsevol risc derivat per a la salut humana, durant el cicle de vida de l’abocador”. Planteja noves concepcions en termes administratius, així com la imposició de preus d’abocament competitius i equiparables a d’altres sistemes de tractament finalistes. 3.1.1. Definició de dipòsit controlat El concepte de dipòsit controlat es defineix a l’article 3 del Decret de la Generalitat de Catalunya 1/1997, de 7 de gener, sobre la disposició del rebuig dels residus en dipòsits controlats, com a: “tota instal·lació de disposició controlada del rebuig en superfície, de qualsevol tipus de residus, de procedència pròpia o de tercers, inclòs en l’apartat D1 o D5 de l’annex II.A de la Decisió de la Comissió 96/350/CEE”. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 32 3. En la clausura definitiva de tota la superfície de l’abocador es procedirà cronològicament amb una capa d’assentament final d’un gruix mínim de 50 cm; nivell drenant per a evacuació de gasos; una capa d’impermeabilització mineral natural (argiles) de 90 cm de gruix mínim i amb un coeficient de permeabilitat inferior o igual a 10-9 m/s; nivell drenant d’aigües pluvials d’un gruix mínim de 50 cm (0,3 m en el Decret 1/1997 i reclamats 0,5 m en la Directiva 1999/31) constituït per graves amb una permeabilitat superior o igual a 10-3 m/s, protegit en la seva part superior per una làmina artificial filtrant o per un a capa de material granular; finalment, una capa mínima de 50 cm de terra capaç de suportar lavegetació i una última capa de 30 cm de terra vegetal adobada. 4. A mesura que s’assoleixen les cotes finals de rebliment de residus, es procedeix a la clausura i segellat. La revegetació final de la superfície de segellat possibilitarà la integració harmònica del conjunt en l’entorn natural. Figura 3.2 Clausura, segellat i regeneració en dipòsits de residus no especials (Classe II).        Revegetació         Terra vegetal (0,3 m)          Terra suport de vegetació (0,5 m) Làmina artificial filtrant Graves per al drenatge d’aigües pluvials (10-3 m/s; 0,3 m) Barrera d’argiles (10-9 m/s; 0,9 m) Capa de drenatge del biogàs          Residus compactats 5. Impedir que les aigües superficials o subterrànies penetrin en els residus abocats mitjançant, per exemple, l’establiment d’una rasa perimetral. 6. Assegurar l’estabilitat dels residus col·locats, en particular per a evitar esllavissades. Establint, en fortes pendents, terrasses que mantinguin retingut el material en cas de fortes pluges. 7. L’abocador ha de disposar de mesures de seguretat que impedeixin el lliure accés a les instal·lacions. Referents al control i la generació del gas d’abocador, existeixen diversos punts interessants i a tenir en compte en la transposició de la Directiva 1999/31 al reglament espanyol: 8. Es defineixen els següents objectius en la reducció de la matèria biodegradable a dipositar en els abocadors: Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 33 • Com a molt el 16 de juliol de 2006, la quantitat (en pes) de residus municipals biodegradables destinats a l’abocament no superarà el 75% de la quantitat total de residus municipals biodegradables generats el 1995. • Com a molt el 16 de juliol de 2009, la quantitat (en pes) de residus municipals biodegradables destinats a l’abocament no superarà el 50% de la quantitat total de residus municipals biodegradables generats el 1995. • Com a molt el 16 de juliol de 2016, la quantitat (en pes) de residus municipals biodegradables destinats a l’abocament no superarà el 35% de la quantitat total de residus municipals biodegradables generats el 1995. L’estratègia suposa que només s’aboquin els residus que hagin estat tractats prèviament. La matèria orgànica present en els residus municipals haurà de ser compostada, biogasificada o valoritzada en la major part. 9. Per a que la protecció del medi ambient sigui completa, i es minimitzi el possible impacte, s’estableix que “en tots els abocadors que rebin residus biodegradables es recullin els gasos d’abocador, es tractin i s’utilitzin. Si el gas recollit no pot utilitzar-se per a produir energia, s’haurà de cremar com a mínim”. Una xarxa de canonades permet que els gasos que es generen dins del dipòsit com a resultat de la fermentació dels residus orgànics siguin evacuats i fins i tot, es puguin aprofitar. 10. Dintre de les mesures establertes al RD 1481/2001 en el manteniment post-clausura, mínim als trenta anys següents a la clausura, s’estableix el control i seguiment d’extracció del biogàs. 3.4. DIPÒSITS CONTROLATS. L’evolució dels dipòsits de residus municipals a Catalunya, i a la resta de l’Estat en general, ha seguit una tendència a la reducció d’aquest nombre i a l’adequació de les instal·lacions respecte als requeriments tècnics. Fins que a principis dels anys noranta es van reduir significativament el nombre d’abocadors, cada població, de manera individual o en mancomunitat amb altres poblacions del voltant, tenia un dipòsit a les afores per a l’abocament de tot tipus de residus on, en molts casos, es cremaven. S’ha passat a clausurar aquests antics abocadors municipals de manera progressiva, per a donar pas a emplaçaments adequats, adaptant-se a les noves exigències. Segons dades de Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 34 la Junta de Residus de 2001, es van dipositar residus sòlids urbans a Catalunya en una trentena d’abocadors, repartits de manera que donen servei a tot el territori (Figura 3.3). Figura 3.3 Dipòsits controlats a Catalunya, 2001. Dipòsit Controlat Comarca Dipòsit Controlat Comarca 1. Balaguer La Noguera 16. Lloret De Mar La Selva 2. Banyoles (Puigpalter) El Pla de l’Estany 17. Manresa (I) El Bages 3. Bellver de Cerdanya La Cerdanya 18. Mas de Barberans El Montsià 4. Berga El Berguedà 19. Montferrer i Castellbò L’Alt Urgell 5. Beuda La Garrotxa 20. Montoliu de Lleida El Segrià 6. Borges Blanques Les Garrigues 21. Oliana L’Alt Urgell 7. Castellnou de Seana El Pla d’Urgell 22. Orís Osona 8. Cervera La Segarra 23. Pedret i Marzà L’Alt Empordà 9. Clariana de Cardener El Solsonès 24. Santa Coloma de Farners La Selva 10. Vall d’en Joan (Garraf) Barcelonès 25. Santa Maria de Palautordera Vallès Oriental 11. Hostalets de Pierola L’Anoia 26. Sort Pallars Sobirà 12. L' Aldea Baix Ebre 27. Tàrrega L’Urgell 13. La Granadella Les Garrigues 28. Tivissa Ribera d’Ebre 14. Les Llosses El Ripollès 29. Tremp (I) Pallars Jussà 15. Llagostera (Solius) El Gironès 30. Vacarisses Vallès Occidental Dades: Junta de Residus. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 35 Gràcies a l’adopció de les mesures tècniques establertes amb l’Ordre 17.10.1984 i el Decret 1/1997, basat en els esborranys de la Directiva de 1999, Catalunya parteix d’una posició avantatjosa en la seva aplicació, ja que cal adaptar pocs aspectes del Decret a la versió de la Directiva finalment aprovada. Per províncies, el major nombre de dipòsits controlats (en actiu o controlats) es troba a Lleida. En canvi, per capacitat de deposició, Barcelona compte amb el major volum, establert en més de 45 Milions de metres cúbics. Des de 1974 i fins a 2001, a Catalunya han existit més de quaranta dipòsits catalogats com a controlats, iniciant-se l’activitat amb el de la Vall d’en Joan a l’any 1974 (Figura 3.4). Figura 3.4 Nombre de dipòsits controlats en actiu a Catalunya (1974-2001). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Any Dipòsits controlats (actius) Les capacitats estimades per la Junta de Residus dels abocadors en actiu són variables: van des de 20 Milions de tones al de la Vall d’en Joan (també com conegut com del Garraf), a les prop de 39.000 d’Oliana. Existeixen casos en que hi ha una sobreexplotació de l’abocador, el més destacat el del Garraf, degut a que encara no s’han habilitat nous espais per a la deposició del rebuig. L’abocador del Garraf és el més gran d’Espanya, estant prevista la seva clausura per a l’any 2006 amb una quantitat acumulada pròxima a 25 Milions de tones. A més, inaugurat l’any 1974, aquest abocador es troba dintre del perímetre del Parc Natural del Garraf, establert l’any 1987. Aquest fet suposa l’especial adopció de mesures medi ambientals que minimitzin l’impacte de totes les instal·lacions establertes. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 37 4. GAS D’ABOCADOR Legalment, segons la definició extreta de l’article 2 de la Directiva 1999/31/CE, s’entén per gas d’abocador “tots els gasos que es generen a partir dels residus continguts en els abocadors”. D’ara en endavant s’expressarà el conjunt d’aquests gasos com a gas d’abocador o biogàs. Per tal de fer un càlcul estimatiu de les emissions dels components majoritaris del gas d’abocador, produïdes en els abocadors administrativament controlats de Catalunya, s’ha utilitzat el software informàtic Landfill Gas Emissions Model - version 2.01 (LandGEM), desenvolupat per el Control Technology Center, que pertany a l’Agència Medi Ambiental dels Estats Units d’Amèrica (Environmental Polution Agency , EPA). 4.1. CARACTERÍSTIQUES GENERALS DEL GAS D’ABOCADOR El gas d’abocador es genera per diferents fases de biodegradació de la major part de la matèria orgànica present en els residus municipals abocats, degut a les condicions majoritàriament anaeròbies que es donen per la cobertura diària amb terra i materials inerts. 4.1.1. Composició i característiques del gas Els gasos que es troben en els abocadors inclouen amoníac (NH3), diòxid de carboni (CO2), monòxid de carboni (CO), hidrogen (H2), sulfur d’hidrogen (H2S), metà (CH4), nitrogen (N2) i oxigen (O2) i clorofuorocarbons (CFC’s) i altres, com ara benzè, toluè, clorur de vinil, compostos organosulfurats, hidrocarburs clorats, etc. (tots ells englobats en la denominació de Compostos Orgànics Volàtils, COV’s). En la Taula 4.1 es presenta una estimació de les proporcions de cada component en un biogàs típic, afegint també les característiques d’humitat, temperatura i poder calorífic. El metà i el diòxid de carbó son els principals gasos procedents de la descomposició anaeròbia dels components biodegradables dels residus orgànics. A més de petites proporcions de nitrogen, oxigen, monòxid de carboni i hidrogen, conté traces de COV’s i d’altres contaminants orgànics i inorgànics (per exemple, àcid sulfídric). L’existència de nitrogen i oxigen entre els gasos, associada a l’entrada d’aire, pot ser deguda a una dolenta cobertura dels residus, la baixa generació de gas o una extracció forçada massa enèrgica. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 38 Taula 4.1 Constituents típics trobats en el gas d’abocador. Component Percentatge (base volum sec) CH4 45-60 CO2 40-60 N2 2-5 H2S 0-1,0 O2 0,1-1,0 NH3 0,1-1,0 H2 0-0,2 CO 0-0,2 Constituents en quantitats traça 0,01-0,6 Característiques Temperatura 35-67ºC Contingut en humitat Saturat Poder calorífic inferior (kcal/m3) 4.290 Font: [TCHOBANOGLOUS, 1995]. Els constituents en quantitat traça del biogàs poden tenir dos orígens: poden arribar a l’abocament amb els residus entrants (per exemple els CFC’s de parts de neveres i altres electrodomèstics) o poden produir-se mitjançant reaccions biòtiques i abiòtiques que tenen lloc dintre d’aquest. El clorur de vinil és un subproducte de la degradació del dii tri-cloroetè. Per la naturalesa orgànica d’aquests gasos, poden ser absorbits pels constituents dels residus en l’abocament. Un metre cúbic de biogàs, amb un 50% de metà, pot arribar a tenir un Poder Calorífic Inferior (PCI) al voltant de 4.290 kcal en condicions normals (0ºC i 1 atmosfera), el que ens proporciona una idea del seu potencial energètic (aproximadament 2,5 Nm3 de biogàs equivalen energèticament a 1 Nm3 de gas natural). 4.1.2. Generació del biogàs Els microorganismes d’aquesta sèrie de transformacions formen un ecosistema complex, on els residus de l’acció d’uns són aprofitats com aliment per altres. La font principal d’organismes, responsables de la descomposició dels residus és el material del sòl que s’utilitza com cobriment diari i final. Altres fonts d’organismes són els fangs digerits de plantes de tractament d’aigües residuals, evacuats en molts abocaments de residus no especials i, en cas de que existeixi el sistema d’aportació necessari, el lixiviat recirculat. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 39 Es pot considerar que la generació dels principals gasos d’abocador es produeix en cinc fases seqüencials. A continuació es descriuen aquestes fases, per a una capa de residus deposat, podent observar l’evolució dels principals components en la Figura 4.1. • Fase I - Ajustament inicial: es produeix descomposició biològica baix condicions aeròbiques, degut a certa quantitat d’aire atrapat dintre de l’abocament. La composició del gas generat serà propera al 100% de diòxid de carboni. El pH inicial del rebuig és, aproximadament, neutre. La fase de fermentació aeròbica és molt exotèrmica, podent-se arribar a temperatures de l’ordre de 70 ºC. En etapes anaeròbies la temperatura disminueix, situant-se entre els 25 i 40 ºC. • Fase II - Fase de transició: descendeix la quantitat d’oxigen i nitrogen, ja que comencen a desenvolupar-se condicions anaeròbies. Els membres de la comunitat microbiana responsables de la conversió del material orgànic dels residus en metà i diòxid de carbó comencen un procés de tres etapes amb la conversió de material orgànic complex en àcids orgànics i altres productes intermedis. El pH del lixiviat, si es que aquest es forma, comença a caure degut a la presència d’àcids orgànics i a l’efecte del CO2 dintre de l’abocament. • Fase III - Fase àcida: s’accelera l’activitat microbiana iniciada en la fase II amb la producció de quantitats significatives d’àcids orgànics, diòxid de carboni i petites quantitats de gas hidrogen. Implica la transformació (hidròlisi) de compostos amb alt pes molecular (per exemple: lípids, polisacàrids, proteïnes i àcids nucleics) en compostos aptes per se utilitzats pels microorganismes, dissolts en aigua, com fonts d’energia i nutrients. El segon pas en el procés (acetogènesi) implica la conversió microbiana dels compostos resultants del primer pas en compostos intermedis de baix pes molecular, com son l’àcid acètic (CH3COOH) i altres àcids més complexes. S’identifica aquests microorganismes com acidogènics (formadors d’àcids). El pH del lixiviat, si es forma, freqüentment caurà fins un valor de 5 o menys per la presència dels àcids orgànics i per la presència de CO2 dintre de l’abocador. Degut als baixos valors de pH en el lixiviat, molts nutrients essencials així com constituents inorgànics, incloent-hi sals i metalls pesats, es dissolen en el lixiviat. La Demanda de Bioquímica d’Oxigen (DBO), la Demanda Química d’Oxigen (DQO) i la conductivitat del lixiviat s’incrementarà significativament durant la fase III degut a la dissolució d’aquests àcids. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 40 Figura 4.1 Composició del gas en les fases de fermentació. Font: EPA. • Fase IV - Fase de fermentació del metà: un segon grup de microorganismes, coneguts com metanogènics (formadors de metà), converteixen l’àcid acètic, gas d’hidrogen i part de diòxid de carboni de la Fase àcida en CH4. S’estima que l’àcid acètic és la font més important de metà. En aquesta etapa el CO2 i el H2 disminueixen en proporció relativa; la proporció de CH4 en el gas oscil·la, generalment, entre el 50 i 60%. El pH dintre de l’abocador pujarà a valors més neutres, en el rang de 6,8 a 8. Per tant, menys constituents inorgànics queden en la dissolució i, com a resultat, la concentració de metalls pesats presents en el lixiviat també es reduirà. Per aquesta raó, la Demanda de Bioquímica d’Oxigen (DBO), la Demanda Química d’Oxigen (DQO) i la conductivitat del lixiviat disminuiran. • Fase V - Fase de maduració: es produeix l’estabilització de la metanogènesi. La velocitat de generació del gas de l’abocament disminueix significativament, per falta de nutrients, humitat i els substrats que queden en l’abocament són de més lenta degradació. En conseqüència, es difon aire cap a les capes més superficials dels residus, pel gradient de pressió. Segons aquesta descripció, és difícil parlar d’una composició del gas sense fer referència a la fase del procés de degradació i al tipus de matèria abocada. Però, al produir-se l’ascensió dels gasos de capes superposades, el biogàs sortint o extret presenta una barreja dels diferents gasos produïts per residus de diferent antiguitat. En aquesta barreja tenen una major proporció els gasos de les etapes metagèniques, ja que és durant aquestes etapes quan es produeixen majors quantitats de gasos durant més temps. La duració de les etapes de producció del gas de l’abocament variarà segons: la distribució dels components orgànics en l’abocament, la disponibilitat de nutrients, el contingut Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 41 d’humitat dels residus i el grau de compactació. Així, incrementant la densitat del material col·locat en l’abocament, descendirà la possibilitat de que la humitat arribi a totes parts dels residus i, per tant, reduirà la possibilitat que es produeixi la conversió i la producció de gas. 4.1.3. Factors influents en la generació de gas Existeixen múltiples factors que controlen la quantitat i la proporció dels diversos components en la generació del gas en l’interior de l’abocador: a) Composició de la matèria orgànica (el potencial de fermentació i generació és controlat per l’entrada en el dipòsit de matèria orgànica rica, principalment, en cel·lulosa proteïnes i lípids). b) Disponibilitat de nutrients (l’ecosistema anaerobi necessita, entre la matèria orgànica, d’altres nutrients, entre els que destaquen nitrogen i fòsfor). c) Tamany del rebuig (les partícules del rebuig, segons les seves dimensions, facilitaran el transport de nutrients i el control d’humitat). d) Compactació en el vas del dipòsit (juntament amb el tamany de les partícules, el moviment d’aigua i nutrients es veurà afectat pel grau de compactació). e) Intrusió d’oxigen (aquest fet no permet que les bactèries anaeròbies actuïn correctament; pot ser degut a l’existència en el dipòsit del sistema de captació de gasos o a un mal cobriment). f) Humitat (necessari un alt contingut d’aigua, entre el 50 i 60%, per a l’activitat microbiana). g) pH (el pH depèn de la etapa o fase del procés de descomposició). h) Temperatura (segons la fase del procés, associada a un tipus de bactèria, la temperatura haurà de ser més o menys elevada) Tots aquests factors s’influencien i es relacionen els uns amb els altres per a donar unes condicions en les capes de residus que determinen el potencial de generació del gas. Les condicions d’humitat i temperatura, condicions meteorològiques, dependran de la zona on es situï l’abocador. 4.1.4. Volum de gas produït. Si els constituents orgànics individuals trobats en els residus municipals es representen d’una forma generalitzada amb la fórmula CaHbOcNd, , llavors es pot estimar la major part de Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 48  Concentració de compostos orgànics diferents del metà (NonMethane Organic Compounds, NMOC).  Deposició o no de matèries perilloses (Codisposal o No-Codisposal, respectivament). S’empra aquesta informació en els càlculs, tenint en compte els següents punts: - Les constants k i Lo, juntament amb la quantitat de residus abocats anualment, s’empren en el càlcul de la formació de metà. - La capacitat de deposició, en cas que l’any de tancament de l’abocador correspongui amb l’actual, no té influència en el resultat. El programa utilitza la resta de capacitat per a afegir, en parts iguals, la deposició final en els anys restants. - El conjunt de NMOC’s inclouen cert nombre de contaminats, com ara benzè, toluè, etilbenzè i altres compostos orgànics volàtils. Queden dividits, segons normativa americana, en contaminants perillosos (Hardazous Air Pollutants,HAP) i COV’s. Es poden consultar les estimacions per a un total de 47 contaminants presents en les mostres preses als abocadors nord-americans (HAP’s i COV’s). - Al ser un programa desenvolupat als EEUU, s’ha de tenir en compte que els residus perillosos considerats no són exactament els establerts en els catàlegs ni en la Directiva 91/689/CE, de 12 de desembre de 1991, relativa als residus perillosos. La determinació de la deposició o no de matèries perilloses així com la concentració de NMOC’s, controlen la possible generació de COV’s i altres oligoelements. - LandGEM calcula la producció dels components durant els següents 200 anys (sense possibilitat de la seva modificació) a la data de clausura de l’abocador. Tots els valors que es fan servir en aquesta versió del programa estan expressats en unitats mètriques, tot i que no ho fa en el Sistema Internacional. 4.2.3. Valors disponibles El programa LandGEM pot funcionar utilitzant dades específiques i conegudes de l’abocador o, en cas que no es disposi d’alguna de les dades necessàries, facilita dos conjunts de valors en funció de les intencions de càlcul. Es recullen resumits a la Taula 4.4. El primer d’ells, basat en les regulacions del Clean Air Act (CAA) per a les emissions dels abocadors existents i nous de residus municipals dels Estats Units, estableix un càlcul per als valors màxims esperats de generació dels components que es formen. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 49 Taula 4.4 Dades estimatives per a k, Lo i NMOC. k (anys-1) Lo (m3 CH4/Mg) NMOC (ppmv) CAA 0,05 170 4000 2420 AP-42 0,04 100 595 CAA (zones seques) 0,02 170 4000 2420 AP-42(zones seques) 0,02 100 595 El següent està basat en els factors d’emissió establerts per l’EPA en el Compilation of Air Pollutant Emission Factors, AP-42 , l’any 1997. Aquests valors fan una estimació dels valors típics de generació. Les recomanacions d’ús, en cas que sigui necessari, per a les dades AP-42 són per a inventaris que vulguin reflectir les generacions típiques procedents d’aquest tipus d’instal·lacions. En canvi, per a cercar un nombre màxim esperat d’emissions, és millor establir les dades del CAA. Considerant que les zones seques (precipitació anual inferior als 635 milímetres) no aconseguiran tant bones condicions per a la descomposició, per falta de l’humitat necessària, es redueix el factor per a la quantitat de generació de metà (k), en ambdós casos a 0,02 anys-1. Les dades per a les concentracions de NMOC utilitzades en el cas del sistema AP-42 són diferents per a abocadors on s’accepten o es deposen involuntàriament residus perillosos i en els que està assegurada la seva absència. La concentració més elevada en aquests casos, de 2420 ppmv, correspon als abocadors amb residus perillosos. Per al càlcul de la producció dels 47 components minoritaris, en concentracions traça, estableixen ambdós criteris concentracions de referència. 4.2.4. Resultats Un cop s’han definit les condicions d’operació i els paràmetres necessaris, és fa el càlcul de la quantitat estimada de generació per als diferents gasos. Els resultats poden ser presentats en forma de text i de forma gràfica per als components desitjats. En el format text s’inclouen els paràmetres designats i els valors de generació per al contaminant establert en els diversos anys, en volum i massa produïda. Les condicions dels Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 50 volums no estan normalitzades (0ºC i 1 atmosfera), s’estableixen en condicions típiques dels abocadors dels EEUU, pel que s’ha de tenir en compte la massa per a establir la seva normalització. Gràficament, s’obté la representació de la producció total anual del component seleccionat, en Mg/any. A l’igual que en el format text, les dades corresponents a cada any representen la suma de la generació per a les diferents entrades de residus a l’abocador. 4.3. ESTIMACIÓ DEL GAS D’ABOCADOR GENERAT A CATALUNYA Es realitza una estimació, amb el Landfill Gas Emission Model -version 2.01, de la generació dels principals components del gas d’abocador (CH4 i CO2) en els abocadors controlats per a residus no especials, a partir de la matèria dipositada procedent dels residus municipals a Catalunya des de l’any 1974 i fins al 2001 (Annex C). 4.3.1. Objecte d’estudi El gas d’abocador, com ja s’ha vist anteriorment, està format per una gran i variada quantitat de gasos. El LandGEM té en compte a la gran majoria d’ells, però en aquest apartat només es faran càlculs estimatius sobre els principals components, metà i el diòxid de carboni. La raó per la qual s’estudiaran únicament els valors per a aquests gasos en els diferents abocadors, és la seva implicació i contribució en l’anomenat efecte hivernacle, així com la possible aplicació energètica del metà (motiu d’estudi més endavant). Hi ha altres possibles components del biogàs, com ara l’òxid nitrós (N2O) i els clorofluorocarbons (CFC’s), que també contribueixen a l’escalfament global del planeta. No s’han tingut en compte aquests, per ser generats en molt inferior quantitat i la qualitat de les dades no ho permet. 4.3.2. Residus municipals abocats Les dades sobre les tones de residus municipals destinades a dipòsit controlat a Catalunya, en els últims anys (1974-2001) es presenten a la primera columna de la Taula 4.6. Es troben repartides en els diferents abocadors: públics o privats, en actiu o clausurats. En els últims trenta anys han acceptat residus municipals a Catalunya una quarantena d’abocadors dels que, alguns en segones fases (com el de Tremp o Manresa), queden una trentena en servei. Existeixen notòries diferències entre ells; mentre el de Garraf ha esdevingut en quasi un milió de tones anualment acceptades, n’hi ha, com el de Josa i Tuixén, que no han passat de les 200 tones. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 51 Aquest fet va en proporció a la capacitat d’acumulació dels abocadors i per les produccions de residus de les zones a les que donen servei. L’abocador del Garraf acumula més del 50% del total de matèria abocada, relacionant aquest fet amb l’elevada generació de residus a l’Àrea Metropolitana de Barcelona. La província de Barcelona acumula prop del 80% del total de residus municipals abocats, fet relacionat amb la major quantitat de població respecte les altres províncies. 4.3.3. Paràmetres i criteris Les condicions sota les que es desenvolupa l’estimació de metà i diòxid de carboni generat en abocadors on es deposen residus municipals a Catalunya queden definits a continuació:  Les quantitats anuals de residus utilitzades per a fer les estimacions dels abocadors, són les establertes a l’Annex C.  Els càlculs de CO2 i CH4 estan restringits a les generacions produïdes per les tones de residus abocades fins a l’any 2001 (un total aproximat de 30 Milions de tones). Així, s’estableix el mateix horitzó per a tots els abocadors, l’any 2201, per a la suma d’emissions des de la seva posta en marxa.  Tot i no influir en els resultats per al metà i el diòxid de carboni, s’estableix el valor per al NMOC de 2420 ppm, que correspon al possible abocament de substàncies perilloses.  Es considera la producció de CH4 i CO2 en la mateixa proporció (un 50 %), tal com estableix per defecte al programa. Estudis en abocadors catalans, donen com a resultat una concentració mitja propera al 50% de metà.  Segons les recomanacions establertes pels tècnics del programa, quedant clarament expressat en el seu manual, i per la inexistència de reculls a Catalunya, es prenen els paràmetres típics relacionats amb la generació de metà per a estimacions d’inventaris (AP-42): k = 0,04 anys-1; Lo=100 m3/Mg; Tot i que en pocs llocs del territori català les precipitacions són superiors als 635 mm [METEOCAT, 2003], les característiques de la matèria orgànica a Catalunya (Taula 4.5) mostren un alt contingut d’humitat afavorint la fermentació. Per tant, no s’ha optat pels valors de zones seques. Per la diversa biodegradabilitat de la matèria orgànica als residus catalans, no s’ha pres en consideració una taxa de generació de metà major a l’establerta (100 m3 per tona de residu). Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 52 Taula 4.5 Propietats de la fracció orgànica en els residus municipals a Catalunya, 1996. Paràmetre Valor Mitjà Observacions Humitat 80 % Molt elevada. Tendeix a incrementar-se a l’estiu amb un major consum de fruites i verdures, i amb condicions de temperatura ambiental més elevada. Densitat 0,6 t/m3 Amb l’increment d’humitat, la densitat pot assolir valors de 0,8 t/m3. Nitrogen 2,5% Biodegradabilitat Moderada a Alta La biodegradabilitat és un factor important a tots els nivells, com ho demostra les reduccions dràstiques de volum al llarg del procés de compostatge (reducció d’un 50% de volum en 6 o menys setmanes). Font: [GIRÓ, 2001]. 4.3.4. Estimació de la generació total Per a cadascun dels abocadors s’han calculat les emissions en massa de metà i diòxid de carboni (Taula 4.6), tal i com s’ha establert en el punt anterior. Corresponen a una estimació de les quantitats generades i que es generaran fins l’any 2201 en aquests abocadors controlats, on s’han dipositat residus d’origen urbà fins l’any 2001. El volum de gas d’abocador estimat a Catalunya per als residus abocats fins l’any 2001 està al voltant dels 5.700 Milions de metres cúbics, expressats en condicions normals. Els majors productors potencials de gas són els abocadors del Garraf, Vacarisses i Hostalets de Pierola; en igual proporció que les quantitats de residus dipositats fins l’any 2001 (prop del 80%). Mantenint el mateix factor per a la quantitat de generació de metà (k) en 0,04 anys-1, es pot obtenir fàcilment la quantitat màxima estimada de gas d’abocador generat, utilitzant la constant de generació del criteri CAA. Establint la capacitat de generació de metà en 170m3/Mg, segons l‘Equació 4.4., es produeix un increment del 70% sobre el valor calculat anteriorment; arribant als 9.684 Milions Nm3. Els valors obtinguts per a les 30.001.821 tones de residus acumulades, estableixen una producció al llarg de la vida en abocador d’entre 190 i 320 Nm3/t de biogàs. Aquests valors esta pròxims a la producció de gas referit a l’acumulació de 30 Milions de tones, amb una producció propera als 200 - 300 Nm3/t [PALMISANO, 1996]. Amb els càlculs realitzats per a cada abocador (Figura 4.3), es pot aconseguir la representació de l’evolució anual total de les tones de CO2 i CH4 generades (Figura 4.4). Segueixen una evolució triangular, ja que la modelització que es realitza estableix el cim de la generació l’últim any de deposició, obtenint la màxima generació al 2002. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 53 Taula 4.6 Estimacions de gas d’abocador i components principals generats a Catalunya. Dipòsit Controlat Residus Muni. (1974-2001) (t) Volum biogàs TOTAL (Nm3) (%) CH4 (Mg) CO2 (Mg) 1. Berga 84.364 16.016.891 0,28 5.740 15.749 2. Vall d’en Joan (Garraf) 15.660.621 2.973.550.247 52,20 1.065.572 2.923.738 3. Hostalets de Pierola 2.414.367 458.411.117 8,05 164.272 450.738 4. Manresa (I) i (II) 950.403 180.455.407 3,17 64.666 177.424 5. Orís 291.359 55.317.961 0,97 19.823 54.391 6. Pineda de Mar (Maresme) 0 - - - - 7. Rubí 318.511 60.477.014 1,06 21.672 59.463 8. Sta. Maria de Palautordera 496.369 94.245.773 1,65 33.773 92.661 9. Vacarisses (Coll Cardús) 4.175.302 792.750.880 13,92 284.082 779.483 10. Banyoles (Puigpalper) 160.085 30.394.716 0,53 10.891 29.886 11. Beuda 200.603 38.088.097 0,67 13.649 37.448 12. Les Lloses 190.529 36.175.507 0,64 12.964 35.568 13. Llagostera (Solius) 1.024.235 194.472.160 3,41 69.689 191.210 14. Lloret de Mar 621.558 118.017.915 2,07 42.291 116.039 15. Meranges (Cerdanya) 20 3.797 0,00 1 4 16. Pedret i Marzà 980.908 186.240.715 3,27 66.739 183.124 17. Planoles 23.205 4.406.153 0,08 1.579 4.332 18. Santa Coloma de Farners 311.995 59.238.434 1,04 21.228 58.244 19. Balaguer 110.944 21.064.289 0,37 7.548 20.711 20. Bellver de Cerdanya 26.397 5.011.668 0,09 1.796 4.927 21. Borges Blanques 60.586 11.502.598 0,20 4.122 11.310 22. Castellnou de Seana 72.293 13.725.693 0,24 4.918 13.495 23. Cervera 74.670 14.177.281 0,25 5.080 13.940 24. Clariana de Cardener 97.115 18.439.481 0,32 6.608 18.130 25. Josa i Tuixen 1.185 225.002 0,00 81 221 26. La Granadella 7.841 1.488.731 0,03 533 1.464 27. La Vansa i Fornols 284 53.920 0,00 19 53 28. Lleida (Serra Llarga) 582.689 110.633.980 1,94 39.646 108.780 29. Montferrer i Castellbò 80.274 15.241.395 0,27 5.462 14.986 30. Montoliu de Lleida 137.333 26.073.480 0,46 9.343 25.636 31. Oliana 18.207 3.456.999 0,06 1.239 3.399 32. Organyà 16.821 3.193.841 0,06 1.144 3.140 33. Pont de Suert 39.091 7.422.428 0,13 2.660 7.298 34. Sort 46.588 8.845.567 0,16 3.170 8.697 35. Tàrrega 91.794 17.428.121 0,31 6.245 17.136 36. Tremp (I) 48.667 9.240.462 0,16 3.311 9.085 37. Tremp (II) 24.189 4.592.484 0,08 1.646 4.516 38. Vielha 0 - - - - 39. Flix 18.205 3.456.661 0,06 1.239 3.399 40. L'Aldea 226.793 43.060.287 0,76 15.431 42.337 41. Mas de Barberans 188.528 35.795.326 0,63 12.827 35.194 42. Reus (Mas Calbó) 7.366 1.398.500 0,02 501 1.375 43. Tivissa 119.527 22.693.691 0,40 8.132 22.313 TOTAL 30.001.821 5.696.484.678 100,00 2.041.335 5.601.046 Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 54 Figura 4.3 Simulació amb LandGEM de la generació de metà. Dipòsit controlat de la Vall d’en Joan (Garraf). Projected Methane Emissions Year Emissions (Mg) 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140 2160 2180 2200 2220 0.00E+00 2.00E+03 4.00E+03 6.00E+03 8.00E+03 1.00E+04 1.20E+04 1.40E+04 1.60E+04 1.80E+04 2.00E+04 2.20E+04 2.40E+04 2.60E+04 2.80E+04 3.00E+04 Figura 4.4 Generació anual de metà i diòxid de carboni en abocadors controlats, 1974-2201. 0,0E+00 2,0E+04 4,0E+04 6,0E+04 8,0E+04 1,0E+05 1,2E+05 1,4E+05 1,6E+05 1,8E+05 1974 1984 1994 2004 2014 2024 2034 2044 2054 2064 2074 2084 2094 2104 2114 2124 2134 2144 2154 2164 2174 2184 2194 Any Generació (Mg) CO2 CH4 La simulació mostra que la generació significativa pot arribar fins aproximadament als poc més de cinquanta anys posteriors a les últimes entrades de rebuig, amb la generació de prop del 90 per cent del total calculat. Aquest fet correspon a que el valor establert de 200 anys de duració sembla una postura massa optimista, de cara a que es donin les condicions Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 55 necessàries per a la degradació en tant prolongat període de temps. El volum de biogàs estimat podria quedar prop dels 5.150 Milions Nm3, establint la nova taxa de generació de biogàs per tona de residu en els 170 Nm3. Els resultats estimatius són funció de les condicions que s’estableixin per a fer la simulació, ja que no es pot realitzar un càlcul exacte per desconeixement de les condicions reals a camp. El tipus de rapidesa en la biodegradabilitat de la matèria orgànica present influeix, a l’igual que molts altres factors (compactació dels residus, pH, humitat, etc.), en la situació del màxim de producció. Així mateix, les condicions que es donen en els diferents abocadors són molt diverses, pel que no hauria de correspondre’s la proporció de tones acumulades i generació de biogàs. Estimant una producció total de 1,8 Milions de tones de metà fins al 2050 (2.560 Milions de Nm3, amb un PCI proper als 35.880 kJ/Nm3) el potencial energètic de la seva recollida es situa al voltant de 2,2 Mtep. Aquesta valor és equivalent al 16% del total de gas natural consumit com a energia primària a Espanya l’any 1999 (13.535 ktep). Però, com es veurà més endavant, no es pot disposar del total de biogàs acumulat en l’interior dels abocadors, ja que part migra de manera natural cap a l’atmosfera i l’extracció forçada en les instal·lacions de captació que s’estableixen (no en la totalitat d’abocadors) no es produeix amb un rendiment del 100 per cent. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 57 5. TECNOLOGIES DE TRACTAMENT DEL BIOGÀS El tractament i aprofitament del biogàs d’abocador té múltiples beneficis, des del possible ús energètic que se’n deriva del contingut en metà a la visió medi ambiental, per exemple: reducció de males olors, interferències en el creixement de la vegetació i, a nivell global, amb la reducció de l’emissió de gasos d’efecte hivernacle. 5.1. ALTERNATIVES DE TRACTAMENT Les principals alternatives de tractament del biogàs, diferenciades segons la metodologia de tractament, queden representades a la Figura 5.1. Figura 5.1 Alternatives de tractament del biogàs d’abocador. Font: ICAEN, 2002. El mètode de la combustió del biogàs consisteix en la crema dels components extrets (metà, COV’s) en presència d’oxigen, mitjançant torxes de combustió, formant-se diòxid de carboni, vapor d’aigua, diòxid de sofre, òxids de nitrogen i altres gasos. Les alternatives energètiques simplement plantegen la possibilitat d’aprofitar l’energia extreta de la destrucció tèrmica del metà contingut en el biogàs; d’altra manera es desaprofita un recurs disponible, ja sigui en forma d’energia tèrmica i/o elèctrica. Des del punt de vista medi ambiental, la millor opció és la valorització energètica. L’interès en la concentració i separació radica en la possibilitat de la introducció del metà a la xarxa de gas natural i el possible aprofitament del diòxid de carboni per a la indústria. La separació de CO2 i CH4 pot realitzar-se mitjançant absorció física o química i la separació amb membrana. En les absorcions, un component s’absorbeix utilitzant un dissolvent adequat, mentre que s’utilitza una membrana semipermeable per a l’última. Aquesta opció Concentració CH4 Separació CO2 Xarxa de gas o altres Eliminació de SH2 i NH3 Motor combustió BIOGÀS ABOCADOR CH4 + CO2 (85-95%) +Altres Eliminació de partícules Turbina de gas (+ cogeneració) Combustió en torxa Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 64 acoblats. El voltatge s’eleva en una estació transformadora (MT/AT) fins a la tensió de la xarxa de subministrament elèctric a la que s’aboca. Foto 5.3 i 5.4 Motors de combustió interna, aspecte exterior i interior dels mòduls, al DC de La Vall d’en Joan, Garraf (Barcelona). Font: [EMA, 2003]. Foto 5.5 Estació transformadora 6,3kV - 66kV, La Vall d’en Joan, Garraf (Barcelona). Font: [EMA, 2003]. 5.3.2. Legislació Espanyola sobre l’aprofitament elèctric El nou marc legal sobre els aspectes tècnics a tenir en compte a la deposició controlada, Reial Decret 1481/2001, permet diferenciar les inversions entre una planta de desgasificació, de les inversions en la planta d’aprofitament energètic. La primera compleix objectius medi Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 65 ambientals i és obligada legalment, mentre la segona es justifica quan la producció de biogàs és suficient per a garantir la rendibilitat del seu aprofitament energètic. L’aprofitament del biogàs per a la generació d’energia elèctrica està regulat a Espanya per el Decret 2818/1998, de 23 de Desembre, sobre producció d’energia elèctrica en instal·lacions abastades per recursos o fonts d’energia renovables, residus i cogeneració. Les instal·lacions d’aprofitament del biogàs estan englobades dintre de l’apartat b de l’article 2, “instal·lacions que utilitzin com energia primària alguna de les energies renovables no consumibles, biomassa o qualsevol altre tipus de carburant”. Més en concret a l’apartat b7, centrals que utilitzin biomassa secundària, on es menciona expressament el biogàs. Aquestes instal·lacions tindran una potència elèctrica instal·lada igual o inferior a 50 MW i no estan obligades a consumir cap percentatge de l’energia produïda. És important senyalar que en aquestes instal·lacions el biogàs ha de ser el combustible principal, entenent com a combustible principal el que representi com a mínim el 90% del PCI de l’energia primària, però és possible el seu enriquiment amb gas natural o altres combustibles. 5.4. INSTAL·LACIONS DE TRACTAMENT DE BIOGÀS A CATALUNYA A Catalunya, en els últims anys, s’han començat a establir mesures per a fer front als requeriments europeus sobre la gestió i tractament de biogàs en els abocadors que contenen matèries biodegradables, entre ells els admeten residus municipals (Classe II). Es realitza la combustió amb torxa i l’aprofitament energètic en un grup reduït d’abocadors. Existeix torxa per a la crema de gasos des de 2003 als abocadors d’Orís i Montoliu de Lleida, i es preveu la posta en marxa de la instal·lació del dipòsit de Manresa per a Agost del mateix any. La primera instal·lació d’aquest tipus data de l’any 2000, i des d’aleshores funciona al dipòsit controlat de Lloret de Mar. L’aprofitament energètic va començar al dipòsit de Vacarisses l’any 2000 amb una potència instal·lada de 2 MW elèctrics, seguint-lo l’any 2001 els d’Hostalets de Pierola i Santa Maria de Palautordera amb 1 MWe cadascun. Més tard, l’any 2002, es va procedir a la instal·lació al dipòsit del Garraf de dotze motors de 1 MWe, afegits al de 0,5 MWe emprat des de 2000 per a l’autoconsum. Està previst la posta en marxa de la valorització energètica a l’abocador de l’Alt Empordà, Pedret i Marzà, al mes de Novembre de 2003 (Taula 5.3). Totes les instal·lacions en que s’ha implantat un sistema de valorització energètica del biogàs generat coincideixen en haver escollit la tecnologia de producció d’electricitat amb Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 66 motors de combustió. Els sistemes de generació tèrmica i cogeneració tenen l’inconvenient de que en els dipòsits controlats catalans no existeixen punts propers i de consum tèrmic prou importants en els que aprofitar aquesta energia. En canvi, sempre és possible connectar-se a la xarxa elèctrica a la que vessar l’excedent d’energia elèctrica que es generi per vendre-la al sistema. Taula 5.3 Instal·lacions d’aprofitament energètic en dipòsits controlats de Catalunya. Dipòsit Controlat Any instal·lació Tipus instal·lació Potència elèctrica instal·lada (MWe) Vacarisses 2000 2 Vall d’en Joan (Garraf) 2000/2002 13,2 Sta. Maria de Palautordera 2001 1 Hostalets de Pierola 2001 1 Pedret i Marzà 2003 Motor combustió 1 Dades: Junta de Residus. Al del Garraf, existeix des de l’any 2000 una petita instal·lació de captació i valorització de biogàs, consistent en un motor de 477 kW, amb la finalitat principal de subministrar energia elèctrica a la planta de lixiviats i sense connexió a xarxa elèctrica. Atenent a les quantitats teòriques de producció de biogàs, s’han afegit al 2002 una dotzena de motors de 1048 kWe per a connectar-los amb la xarxa elèctrica. La posta en marxa i funcionament dels diferents motors depèn de les necessitats, segons la quantitat disponible de biogàs captat. La intenció de la Junta de Residus, amb les obres començades, és establir el control del gas a la resta d’abocadors, en actiu i clausurats, amb la crema amb torxa per a principis de l’any 2005, com a molt tard [MADORELL, 2003]. No es procedirà a l’aprofitament energètic a cap altre més abocador, per les previsions insuficients de generació de biogàs degut a les seves capacitats, al no ser rentable econòmicament. Així s’aconseguiria una situació avantatjosa, al complir amb el punt establert al Reial Decret 1481/2001 sobre l’acondicionament dels abocadors existents per al tractament mínim del biogàs, quatre anys avanç del termini establert (finals de l’any 2009). Amb les dades sobre les tones de residus acumulades als dipòsits de Catalunya (Taula 4.6), es poden comptabilitzar en els cinc dipòsits que disposen o està previst la producció d’energia elèctrica el 79% de la matèria amb aquest destí. Aquest fet és interessant, ja que amb poques instal·lacions s’aprofiten d’una manera notable les quantitats de biogàs generat. La quantitat restant, a partir de l’any 2005, comptarà amb torxa de combustió. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 67 5.5. GENERACIÓ ELÈCTRICA A CATALUNYA En el decurs del funcionament de les instal·lacions de valorització energètica en els abocadors, s’aconseguirà produir energia elèctrica per a l’autoconsum i per a la venda. Aquesta energia substitueix la mateixa quantitat que hauria d’haver estat produïda mitjançant les centrals tèrmiques, nuclears, hidroelèctriques i altres fonts d’energia renovables; amb el que s’aconsegueix disminuir la crema de combustibles fòssils, negatius per a l’efecte hivernacle i que es valorarà en el següent capítol. 5.5.1. Objecte d’estudi L’objectiu d’aquest apartat s’estableix en la realització d’un càlcul estimatiu de l’energia elèctrica que es pot aconseguir generar als abocadors controlats de Catalunya, procedent de les plantes d’aprofitament energètic dels dipòsits controlats. 5.5.2. Metodologia En la intenció d’obtenir una quantitat de referència sobre la generació d’energia elèctrica, a partir exclusivament de les quantitats dipositades fins l’any 2001, s’ha calculat el volum de biogàs captable al llarg de la vida i en la post-clausura dels abocadors. Per tal de comptabilitzar l’energia produïda al llarg de la vida dels dipòsits capacitats per a tal fi, s’han considerat els següents criteris i paràmetres (classificats per conceptes) :  APROFITAMENT ENERGÈTIC - El rendiment del grup motor-alternador es pren del 33% i amb un funcionament anual de 8000 hores. - A causa de la impossibilitat de conèixer exactament el grau de captació de biogàs en un abocador, que varia molt en funció de les característiques d’aquest i de l’etapa d’explotació, es consideren els presentats a la Taula 5.4. Taula 5.4 Percentatges de captació de biogàs en funció de les característiques de l’abocador. Captació (%) Observacions 30 Correspon a sistemes d’impermeabilització i drenatge de gasos parcials, només instal·lats en les zones d’abocament. 50 Correspon a sistemes d’impermeabilització i drenatge de gasos més eficients que cobreixen una àrea més gran d’abocament. 70 Correspon a sistemes d’impermeabilització i drenatge de gasos instal·lats després de la clausura, ja que el segellat final permet una captació més eficient de les emissions de biogàs. Font: Junta de Residus. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 68 Considerant que els projectes de captació de la Junta de Residus en abocadors de residus municipals s’estan realitzant amb la captació de la totalitat de la superfície d’abocament, amb pous verticals (25 metres de radi d’influència, aproximadament); s’ha calculat per a cada dipòsit el valor proporcional de captació (segons la durada temporal) des de l’inici de captació fins a la fi de la post-clausura, amb un 50% de rendiment de captació fins a la clausura i un 70% en l’època de clausura.  BIOGÀS - Els volums estimats de generació s’han extret dels càlculs realitzats amb el programa informàtic LandGEM (Capítol 4), per als períodes de temps establerts. Es considerarà el volum de biogàs restant en l’abocador i no emès a l’atmosfera fins a la posta en marxa de la instal·lació d’aprofitament, juntament amb el produït fins a la fi de la post-clausura. - Per als abocadors en funcionament s’ha estimat l’any de clausura, segons el valor mig de l’entrada de residus municipals en anys anteriors (amb la densitat de deposició estimada fins al gener de 2001) i tenint en compte que molts d’ells admeten altres tipus de residus diferents dels RSU. Per a aquest factor s’han consultat a la Junta de Residus les quantitats totals abocades anualment. - S’ha pres en consideració per a tots els abocadors l’exigència establerta al Reial Decret 1481, de 27 de desembre de 2001, pel que es regula l’eliminació de residus en abocador, del control de les emissions en un mínim de trenta anys des de la seva clausura. - S’ha estimat en un 40% el metà restant en els abocadors i no mobilitzat fins l’any de posta en marxa dels sistemes de tractament (com a molt tard el 2005), al produir-se la major part dels abocaments (un 78%) en els últims tretze anys. El restant 60% es comptabilitza com emès a l’atmosfera. - Es considera una composició del biogàs del 50% de metà, establint per a aquesta proporció el seu poder calorífic en 5 kWh/Nm3 (PCICH4 = 9,97 kWh/Nm3). 5.5.3. Resultat La producció total estimada per a la vida dels abocadors amb aprofitament energètic del biogàs és de 3.246 GWhe (Taula 5.5). L’any 1999, es van produir a Catalunya prop de 32.898 GWh elèctrics, amb el que la quantitat produïda al llarg de la vida de les instal·lacions en abocadors representaria un 11 per cent d’aquest. En un sol any, i repartint la producció en 30 anys per a tots els dipòsits, s’aconseguirien el 0,3% (108 GWhe) de la producció.. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 69 Taula 5.5 Producció d’energia elèctrica estimada en abocadors catalans. Dipòsit Controlat Potència elèctrica (MWe) Any Inici captació/ fi postclausura Rendiment de captació (%) Volum estimat de captació de biogàs (Nm3) Energia elèctrica produïda (GWhe) Vacarisses 2 2000 / 2040 65 342.875.477 566 Vall d’en Joan (Garraf) 13,2 2002 / 2036 67 1.281.070.200 2.114 Sta. Mª de Palautordera 1 2001 / 2041 65 46.673.678 77 Hostalets de Pierola 1 2001 / 2034 68 215.717.037 356 Pedret i Marzà 1 2003 / 2036 69 80.711.219 133 TOTAL 17,2 - - 1.967.047.611 3.246 Altres autors podrien considerar que els rendiments establerts per a la captació del biogàs són excessivament elevats. En qualsevol cas, en aquest estudi s’han pres en consideració els establerts com a teòrics per la Junta de Residus. La generació d’electricitat, però, no és constant en el temps ja que varia segons la disponibilitat de biogàs. Prèviament al càlcul de la generació elèctrica, s’ha comprovat que la potència calorífica de captació anual de biogàs fos inferior a la potencia establerta. Aquest càlcul podria veure’s disminuït pensant que la falta de rendibilitat pugui ocasionar la retirada d’alguna de les instal·lacions, però s’han de tenir en compte que hi haurà producció de biogàs de les tones de residu abocades amb posterioritat a 2001. Un altre factor d’influència s’estableix amb el cabal de tractament que en moments puntuals pot establir un excés de biogàs, a cremar per la torxa de seguretat. Al dipòsit del Garraf i amb els estudis teòrics de producció de gas [UTE, 2001], s’esperen generar des de l’any 2004 al 2010 anualment 107 GWh elèctrics, 6 dels quals són per l’autoconsum i s’exporten al flux elèctric els restants 101 GWh. Aleshores, l’any 2011 està previst començar a retirar mòduls de motors segons el descens esperat de captació de biogàs, amb el que es quedaran l’any 2013 amb una potència instal·lada de 10,2 MWe i una producció de 90 GWhe/any. En el dipòsit de Sta. Maria de Palautordera, tot i aparèixer amb poca quantitat de residus acumulats, s’ha procedit a la instal·lació del sistema de generació per les perspectives futures d’abocament. Del càlcul establert en el capítol anterior, que situava una energia recuperable continguda en els abocadors (metà) propera als 2,2 Milions de tones equivalents de petroli, s’ha estimat un aprofitament final de prop de 280 ktep (aproximadament el 13 per cent). Aquest valor s’ha pogut veure reduït per l’alliberació a l’atmosfera de gran part del metà generat fins a la posta Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 70 en marxa de les instal·lacions d’aprofitament. Per altra banda, en establir aprofitaments en dipòsits que representen l’acumulació del 80% dels residus ha beneficiat la possibilitat de captar una major quantitat de gas. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 71 6. CONTRIBUCIÓ A L’ EFECTE HIVERNACLE El metà i el diòxid de carboni, amb altres components trobats en el biogàs, augmenten la retenció de calor radiat pel sol sobre la terra. Aquest efecte, conegut com a efecte hivernacle, està modificant la temperatura de planeta i, conseqüentment, comportant fenòmens naturals extrems. L’aplicació d’un model de gestió vinculat a la recuperació i reciclatge de les matèries destinades a abocador, comporta millores ambientals ja que redueix els impactes ambientals associats, incloent l’emissió de gasos d’efecte hivernacle. Per a la realització de tots els càlculs referents a la contribució a Catalunya a l’efecte hivernacle, s’han tingut en compte les metodologies establertes en la Conferència Marc sobre el Canvi Climàtic de les Nacions Unides (United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC) i pel Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic (Intergovenmental Panel on Climate Change, IPCC). 6.1. CANVI CLIMÀTIC I EFECTE HIVERNACLE El Canvi Climàtic es refereix a les destacades variacions i oscil·lacions observades en agents meteorològics del sistema climàtic del planeta, com ara les precipitacions i les temperatures. Es pot veure modificat per un increment en la concentració de varis gasos en l’atmosfera, dels quals depèn l’absorció de radiació solar. El conegut com efecte hivernacle és en si un fet natural que té lloc al planeta des de fa Milions d’anys, amb el qual aquest ha estat capaç de mantenir la seva temperatura quan s’ha mantingut en equilibri termodinàmic. De la radiació solar que incideix sobre l’atmosfera del planeta, una gran part és absorbida per la superfície terrestre, distribuint-se per les circulacions atmosfèrica i oceànica. Una altra part és retornada a l’espai en forma de radiació terrestre d’ona llarga (infraroja). L’atmosfera no és del tot transparent a la radiació infraroja, de manera que núvols, aerosols, vapor d’aigua i altres gasos absorbeixen gran part d’aquesta radiació, retenint-la a les capes més baixes de l’atmosfera; la resta la travessa fins arribar a l’espai. Un canvi en l’energia radiada disponible es denomina forçament radiatius: els forçaments radiatius positius tendeixen a escalfar la superfície de la Terra i la troposfera, mentre que un forçament negatiu la refreda. El trencament de l’equilibri en la retenció d’energia, degut en part a l’augment de la concentració dels anomenats Gasos d’Efecte Hivernacle (GEH) d’origen antropogènic, Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 72 alteren el cicle hidrològic mundial i la circulació atmosfèrica i oceànica, afectant les pautes meteorològiques i les temperatures i precipitacions regionals. El Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC) va ser fundat el 1988 per l’organització Meteorològica Mundial (OMM) y el Programa de les Nacions Unides pel Medi Ambient (PNUMA), amb l’objectiu d’assessorar sobre tots els aspectes del canvi climàtic, i en particular sobre com les activitats humanes poden induir aquests canvis i patir les seves conseqüències. Segons el Tercer Informe d’Avaluació del Canvi Climàtic (IPCC, 2001) la temperatura mitja mundial de la superfície terrestre (és a dir, el promig de la temperatura de l’aire prop de la superfície de la terra i de la temperatura de la superfície del mar) ha augmentat des de 1861 durant el segle XX una mitja de 0,6 ± 0.2°C. Amb l’escalfament del planeta s’associen fenòmens com la disminució de les capes de gel i neu (un 10% menys de l’extensió des dels anys 60), l’increment del nivell del mar (una mitja d’entre 0,1 i 0,2 metres durant el Segle XX), i variacions en els règims de pluges. 6.1.1. Gasos d’efecte hivernacle (GEH) Canvis en les concentracions dels gasos que tenen propietats per a exercir forçaments radiatius, desequilibren el balanç energètic entre la superfície terrestre i l’atmosfera. Els GEH existents de manera natural inclouen el vapor d’aigua, el diòxid de carboni, el metà, l’òxid nitrós i l’ozó. La contribució d’un element o d’un compost al forçament radiatiu del canvi climàtic depèn de les propietats radiatives moleculars del gas, de la magnitud de l’augment de la seva concentració a l’atmosfera i del temps de residència a l’atmosfera, un cop emès. Els principals GEH, el seu origen i la relació amb el desequilibri radiatiu són:  Vapor d’aigua (H2O) El més abundant d’entre els GEH en l’atmosfera. No es creu que les activitats humanes afectin directament l’equilibri del vapor d’aigua, però l’increment d’origen antropogènic d’altres gasos captadors de calor modifica el cicle hidrològic.  Diòxid de carboni (CO2) A la natura, el cicle del carboni es manté mitjançant l’intercanvi entre els grans dipòsits d’acumulació que són la biosfera, la hidrosfera, la geosfera i l’atmosfera. La major part s’acumula en aquest últim, oxidat en forma de CO2. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 73 És el gas dominant de l’efecte hivernacle per influència humana, amb un forçament radiatiu l’any 2000 de 1,46 W/m2 (Figura 6.1), que representa el 60% del total dels canvis en las concentracions de tots els GEH persistents barrejats de forma homogènia a tot el planeta. Figura 6.1 Evolució de la concentració i el forçament radiatiu del CO2, CH4 i N2O en l’últim mil·leni. Font: IPCC, 2001. La concentració en l’atmosfera ha augmentat de 280 ppm el 1750 (era pre-industrial) a 367ppm el 1999, amb un creixement del 31%. Unes tres quartes parts de les emissions antropogèniques de CO2 a l’atmosfera entre 1980 i l’any 2000 es deuen a la crema de combustibles d’origen fòssil. La resta es deu principalment a canvis en l’ús de la terra, especialment la desforestació.  Metà (CH4) L’IPCC estima que poc més del cinquanta per cent del metà present a l’atmosfera és d’origen antropogènic, principalment d’activitats relacionades amb agricultura, i l’abocament de residus fermentables en condicions anaeròbies. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 80 6.2.4. Resultat A la Taula 6.3 es presenten els resultats obtinguts, segons els criteris i paràmetres establerts amb anterioritat. Si no s’haguessin planificat els sistemes de tractament de biogàs, la contribució a l’efecte hivernacle corresponent a l’emissió de 1,69 Milions de tones de metà s’hauria establert al voltant de 38.900 Gg de CO2. A la columna “Emissions (amb captació)” s’han comptabilitzat les emissions a l’atmosfera després d’establir el sistema de captació i tractament. En aquests valors ja s’inclou el 60% del metà emès fins a la posta en marxa del sistema de captació. Les emissions finals de GEH s’estableixen a l’última columna, en percentatge respecte a l’emissió esperada sense captació, ja tenint en compte al balanç l’estalvi associat a la generació elèctrica. El gas d’abocador del dipòsit del Garraf representa la major contribució a l’efecte hivernacle, amb un 55% de la contribució total. Aquest fet no és proporcional a les tones de residus acumulades, ja que l’establiment de la valorització energètica i el rendiment de captació afecta la contribució. De les 886.204 tones previstes de metà en l’horitzó fixat (20,3 Tg de CO2 Eq), se n’acabaran emetent al voltant de 14,3 Tg de CO2 equivalent. En aquest valor ja es comptabilitza la reducció de 211 Gg de CO2 procedent de la generació de 2.114 GWhe d’energia elèctrica en el mateix període de temps (Taula 5.5). El tractament amb valorització energètica a Catalunya, corresponent al 79 per cent de les tones abocades, estalvia uns 324 Gg de CO2 equivalent en la substitució de l’energia elèctrica generada en aquests abocadors. Aquesta quantitat representa un 2,5% d’entre els 13.250 Gg finalment no emesos, fixant la dependència d’aquest valor en el metà generat. En aquest cas, de manera general, les millores assignables a la reducció per la instal·lació de sistemes de tractament no són tant bons com els establerts a la Figura 5.2, propers al 50% en el cas de la combustió i superiors per a sistemes d’aprofitament energètic. Aquest fet es desprèn de les diferències en les condicions de captació i generació, i que aquestes mesures s’han establert amb posterioritat a l’inici de l’activitat en l’abocador. Això ha donat peu a l’emissió de gran part del biogàs generat. Altres autors podrien considerar que els rendiments establerts per a la captació del biogàs són excessivament elevats, amb la pretensió de ser un estudi global i no cercant un estudi particular dels dipòsits. En qualsevol cas, en aquest estudi s’han pres en consideració els paràmetres establerts com a teòrics per la Junta de Residus. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 81 E.T.S.E.I.B. Taula 6.3 Balanç d’emissió GEH dels dipòsits controlats catalans en la seva vida. (continua) CARACTERÍSTIQUES DIPÒSIT EMISSIONS BIOGÀS (CH4) APROFITAMENT ENERGÈTIC Dipòsit Controlat Any previst clausura Sistema de tractament Any instal·lació sistema Promig captació (%) Emissió (sense captació) (Mg CH4) (Gg CO2 Eq) Emissió (amb captació) (Gg CO2 Eq) Energia elèctrica (GWhe) Emissions equivalents (Gg CO2 Eq) BALANÇ TOTAL EMISSIÓ GEH (Gg CO2 Eq) (%) 1. Berga 2004 Torxa 2005 69 4.333 99 55 55 55,7 2. Vall d’en Joan (Garraf) 2006 Aprof. Elèctric 2000/2002 67 886.204 20.383 14.481 2.114 (211) 14.270 70,0 3. Hostalets de Pierola 2004 Aprof. Elèctric 2001 68 127.743 2.938 1.471 356 (35) 1.436 48,8 4. Manresa (I) i (II) 2016 Torxa 2003 64 60.157 1.384 881 881 63,7 5. Orís 2017 Torxa 2003 63 17.932 412 212 212 51,5 6. Pineda de Mar (Maresme) - Torxa 2005 - - - - - - 7. Rubí 2005 Torxa 2005 69 16.686 384 292 292 76,2 8. Sta. Maria de Palautordera 2011 Aprof. Elèctric 2001 65 27.826 640 300 77 (7) 293 45,7 9. Vacarisses (Coll Cardús) 2010 Aprof. Elèctric 2000 65 234.576 5.395 3.602 566 (56) 3.546 65,7 10. Banyoles (Puigpalper) 2015 Torxa 2005 65 9.666 222 150 150 67,6 11. Beuda 2015 Torxa 2005 65 11.663 268 172 172 64,2 12. Les Lloses 2007 Torxa 2005 68 10.557 243 169 169 69,4 13. Llagostera (Solius) 2008 Torxa 2005 68 56.663 1.303 856 856 65,7 14. Lloret de Mar 2012 Torxa 2000 64 38.381 883 485 485 55,0 15. Meranges (Cerdanya) 1995 Torxa 2005 - - - - - - 16. Pedret i Marzà 2006 Aprof. Elèctric 2003 69 53.526 1.231 830 133 (13) 817 66,4 17. Planoles 1996 Torxa 2005 70 1.218 28 25 25 89,3 18. Santa Coloma de Farners 2001 Torxa 2005 70 15.934 367 242 242 66,0 19. Balaguer 2016 Torxa 2005 64 7.095 163 96 96 58,7 20. Bellver de Cerdanya 2019 Torxa 2005 63 1.562 36 19 19 53,0 21. Borges Blanques 2010 Torxa 2005 67 3.383 78 49 49 63,0 22. Castellnou de Seana 2016 Torxa 2005 64 4.365 100 58 58 57,8 Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 82 Taula 6.3 Balanç d’emissió GEH dels dipòsits controlats catalans en la seva vida. (continuació) CARACTERÍSTIQUES DIPÒSIT EMISSIONS BIOGÀS (CH4) APROFITAMENT ENERGÈTIC Dipòsit Controlat Any previst clausura Sistema de tractament Any instal·lació sistema Promig captació (%) Emissió (sense captació) (Mg CH4) (Gg CO2 Eq) Emissió (amb captació) (Gg CO2 Eq) Energia elèctrica (GWhe) Emissions equivalents (Gg CO2 Eq) BALANÇ TOTAL EMISSIÓ GEH (Gg CO2 Eq) (%) 23. Cervera 2016 Torxa 2005 64 4.653 107 66 66 61,4 24. Clariana de Cardener 2009 Torxa 2005 67 5.500 126 90 90 71,3 25. Josa i Tuixen 1998 Torxa 2005 70 60 1,4 1,0 1,0 70,7 26. La Granadella 2020 Torxa 2005 63 533 12 7,3 7,3 59,4 27. La Vansa i Fornols 2000 Torxa 2005 70 14 0,2 0,2 0,2 53,8 28. Lleida (Serra Llarga) 1999 Torxa 2005 70 29.627 681 495 495 72,7 29. Montferrer i Castellbò 2018 Torxa 2005 64 5.282 122 85 85 70,3 30. Montoliu de Lleida 2016 Torxa 2003 64 7.174 165 80 80 48,5 31. Oliana 2007 Torxa 2005 68 1.002 23 16 16 67,3 32. Organyà 1997 Torxa 2005 70 856 20 16 16 80,1 33. Pont de Suert 1997 Torxa 2005 70 2.025 46 39 39 83,7 34. Sort 2003 Torxa 2005 70 2.420 56 35 35 62,8 35. Tàrrega 2013 Torxa 2005 65 6.120 141 80 80 57,2 36. Tremp (I) 1998 Torxa 2005 70 2.489 57 44 44 77,6 37. Tremp (II) 2015 Torxa 2005 65 1.525 35 18 18 51,9 38. Vielha 2001 Torxa 2005 - - - - - - 39. Flix 1997 Torxa 2005 70 923 21 17 17 79,3 40. L'Aldea 2002 Torxa 2005 70 11.407 262 151 151 57,6 41. Mas de Barberans 2011 Torxa 2005 66 10.520 242 144 144 59,3 42. Reus (Mas Calbó) 2019 Torxa 2005 63 392 9 5 5 55,2 43. Tivissa 2016 Torxa 2005 64 7.804 180 98 98 54,6 TOTAL - - - - 1.689.796 38.864 25.935 3.246 (324) 25.611 65,9 Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 83 E.T.S.E.I.B. La millora més important que es desprèn, és el potencial de reducció de l’efecte hivernacle en passar de la situació d’abocadors sense recuperació de biogàs a qualsevol de les altres alternatives (torxa i/o aprofitament energètic mitjançant motor de combustió). Tenint en compte el tractament previst per al biogàs en les dipòsits controlats de Catalunya, s’estableixen un total d’emissions de 25,6 Milions de tones de CO2 equivalent. D’altra manera, sense un establiment de mesures correctores i en el mateix període de temps s’han estimat unes emissions equivalents a 38,9 Tg de CO2. Així, la reducció d’emissions s’estableix al voltant de 13 Tg de CO2 Eq. (Figura 6.3) o, el que és el mateix: en les condicions establertes, s’ha estimat l’emissió del 66% del la massa equivalent de CO2 (contribució amb GEH) procedent de l’acumulació de residus municipals, fins l’any 2001, als dipòsits controlats de Catalunya. Figura 6.3 Estalvi d’emissions de GEH en aplicació de mesures de tractament del biogàs. 38,9 25,6 0 10 20 30 40 Emissió GEI (Tg CO2 Eq) Sense tractaments Amb tractaments El valor de reducció es podria haver augmentat de manera important si s’haguessin pres mesures correctores amb anterioritat. Si s’haguessin pres aquestes mesures des del principi de l’activitat en tots els abocadors, el valor d’emissió de GEH s’establiria en un 40% (considerant un rendiment de captació del 60%). Així les emissions comptabilitzades per a aquests residus s’establirien en 15,6 Tg de CO2 equivalent, en els mateixos períodes de temps, sense comptabilitzar les reduccions associades a l’aprofitament energètic. L’establiment de sistemes de recollida i tractament del biogàs generat en els abocadors catalans de residus no especials, disminuirà en major grau la comptabilització de la contribució a l’efecte hivernacle dels residus dipositats amb posterioritat. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 84 Segons l’IPCC, una de les més importants fonts d’emissió de metà a l’atmosfera la representa la gestió dels residus municipals, en particular des dels abocadors. L’any 1999, a Europa i als Estats Units d’Amèrica, es van associar als abocaments de residus municipals l’emissió d’entre el 33 i el 37% del total de metà (Taula 6.4). Taula 6.4 Contribució de diferents fonts en l’emissió de metà a Europa i EEUU, 1999. Font Emissió de metà (%) Gas natural i petroli 7 Carbó 9 Fermentació entèrica 29 Residus municipals 33 Residus animals 10 Altres 12 Font: IPCC,1999. 6.3. INFLUÈNCIA DE LA GESTIÓ EN L’EMISSIÓ DE GEH La gestió de residus municipals a Catalunya ha sofert canvis notables des de l’adopció del nou model de gestió establert per la Comunitat Europea, tot i que la seva implantació encara queda molt lluny dels objectius establerts. Potenciar el reciclatge i reutilització dels residus considerats, així com evitar al màxim la deposició del rebuig, sempre controlada, disminueix l’efecte negatiu que tenen sobre el medi. Es redueixen el consum de matèries primeres i d’energia, disminuint la contribució en precursors del Canvi Climàtic com són els gasos d’efecte hivernacle. 6.3.1. Objecte d’estudi L’objectiu és la comparació de la incidència sobre l’emissió de GEH amb l’adopció del canvi en el tractament dels residus municipals a Catalunya en els últims anys. S’ha escollit el període entre 1993 i l’any 2001 per a realitzar l’estudi per l’existència de dades. Els gasos per als quals es comptabilitzarà l’efecte extret de les diverses alternatives continuaran sent únicament el metà (CH4) i el diòxid de carboni (CO2). 6.3.2. Metodologia La metodologia utilitzada té en compte els canvis del sistema de tractament final dels residus municipals a Catalunya en els anys 1993, 1997 i 2001, mitjançant eines relacionades amb el cicle de vida dels residus. La intenció no és la comparació directa entre les diverses Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 85 E.T.S.E.I.B. alternatives de tractament, sinó la de comparar la influència del model de gestió en la contribució a l’efecte hivernacle en els anys d’estudi. En les diverses etapes que conformen el cicle de vida de les matèries i productes, que més tard esdevenen residus, es produeixen emissions de gasos d’efecte hivernacle (Figura 6.4): en el consum d’energia, provenint en part de la crema de combustibles fòssils, per a la fabricació i transport dels productes i subproductes; quan ja esdevenen residus, un altre cop en el seu transport i distribució; així com en les diverses alternatives de tractament final. Figura 6.4 Diagrama de fonts de generació i reducció de GEH. Font: EPA. En la part de fabricació del producte, fins que és considerat part de la brossa, és important considerar que els diferents materials demanden diferents quantitats de matèries primeres així com d’energia. L’ ús de les matèries reciclades disminueix un major consum d’energia i de matèries primeres (com és el cas de fibres naturals procedents dels arbres). Els recursos forestals mitjançant la realització de la fotosíntesi, amb el que converteixen el CO2 en oxigen, mitiguen l’efecte hivernacle. La comptabilització en l’emissió de GEH procedents del compostatge, es veu reduïa a l’ús de recursos energètics fòssils, emprats en la manipulació de la matèria orgànica. Les emissions de la biodegradació s’inclouen dintre del cicle del carboni. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 86 En cas d’aprofitament energètic mitjançant combustió, l’oxidació de les matèries produeixen diòxid de carboni, òxids de nitrogen i altres components, aquests últims en molt menor quantitat. Però, per al càlcul de les emissions produïdes en la combustió només es tenen en compte el CO2 de la combustió de materials no biodegradables (plàstics). Referint-se a les principals opcions de tractament final del residu, aquestes poden tenir diferents balanços de participació en el fenomen:  Reciclatge 1. Reducció del consum i extracció de matèries verges per a la producció de matèries primeres, juntament amb la reducció de les necessitats energètiques per a la fabricació. 2. Reducció d’emissions de CH4 degut a la deposició en abocador controlat.  Valorització energètica 1. En cas d’aprofitament energètic de la calor generada en la combustió per a la generació d’energia, pot substituir l’efecte que té la generació d’aquesta quantitat d’energia amb la crema de combustibles fòssils (gas natural, petroli o carbó). 2. Reducció d’emissions de CH4 degut a la deposició en abocador controlat.  Deposició controlada 1. En cas de captació i combustió del biogàs, sense aprofitament energètic, l’oxidació del metà a diòxid de carboni permetrà disminuir l’efecte. 2. L’aprofitament energètic del biogàs, pel seu contingut en metà, pot substituir l’efecte que té la generació d’aquesta quantitat d’energia amb la crema de combustibles fòssils (gas natural, petroli o carbó). Es realitzarà el càlcul del balanç d’emissions per als tres anys d’estudi (mitjançant la massa de CO2 equivalent), amb els seus corresponents percentatges de tractament (Taula 6.5). Taula 6.5 Tractament, 1993-1997-2001. Any Tractament (%) 1993 1997 2001 Reciclatge 2 5 17 Incineració 20 23 19 Deposició 74 69 64 Altres 4 3 0 Dades: Junta de Residus. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 87 E.T.S.E.I.B. A continuació, amb el càlcul de les emissions adoptant el tractament establert al 1993 per als dos anys restants, es pot aconseguir una estimació de la diferència d’emissions de GEH produïdes per l’adopció de la nova gestió. 6.3.3. Abast i limitacions de l’estudi En la realització de la comparativa d’emissions establerta, és necessari la definició i delimitació de les etapes i processos que es tenen en compte en la comptabilització dels efectes. Es tindran en compte les emissions establertes a la Figura 6.5. Figura 6.5 Definició de l’estudi. Els càlculs establerts per la recollida selectiva i posterior reciclatge de les diverses matèries (plàstics, vidre, etc.) fan valer les reduccions en emissions i consum d’energia de les quantitats reciclades. Per a l’aprofitament energètic es tindran en compte les emissions de CO2 comptabilitzades per a matèries no biodegradables, i l’estalvi d’emissions al ser aprofitada l’energia obtinguda de la combustió per a generar energia elèctrica. A l’ establir-se les primeres instal·lacions de captació de biogàs als voltants de l’any 2001, i en poc abast, no s’han tingut en compte les reduccions en l’emissió de metà i la generació d’electricitat per part d’abocadors catalans. En els anys 1993 i 1997 no existia cap instal·lació. ABOCAMENT CONTROLAT MATÈRIES PRIMERES ÚS PRODUCCIÓ GESTIÓ DEL RESIDU RECICLATGE COMBUSTIÓ (Energia equivalent) CH4 (Emissions mat. reciclades) CO2 Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 88 Queden fora de la delimitació de l’estudi les contribucions que es produeixen en fases de transport, tant de matèries primeres com productes i residus, així com durant la vida d’ús del producte. 6.3.4. Valors i criteris adoptats Per a la realització de l’estudi es prenen en consideració els següents valors i criteris (classificats segons conceptes):  ABOCAMENT CONTROLAT - El càlcul de les emissions estimades de metà procedents de l’abocament de residus en cada any, es realitza amb les condicions adoptades a l’apartat 4.3.3., amb la simulació d’un únic abocador. A mode de comptabilització, s’adjudica a l’any d’abocament l’emissió del biogàs referent a les seves tones corresponents de residus (tot i que no es produeixi l’emissió aquell mateix any). - Tot i que l’abocament incontrolat no es practica amb processos acurats de trituració, compactació i cobriment, afavorint la fermentació anaeròbia, s’han tingut en compte aquestes tones per al càlcul de formació de biogàs. - No es té en compte la quantitat de metà oxidat a CO2 per bactèries, en condicions aeròbies, en les capes més superficials del vas d’abocament.  VALORITZACIÓ ENERGÈTICA - A Catalunya, en les sis incineradores existents per al tractament de RSU (Mataró, Tarragona, Girona, Sant Adrià de Besós, Vall d’Aran i Montcada i Reixac), el 100% de l’energia de combustió s’aprofita per a la producció elèctrica. L‘energia obtinguda en incineradora s’estableix en 430 kWhe per tona de residu municipal [AVEVERSU, 2003] i les emissions de CO2 dels gasos procedents de la crema en 770 kg/t [ACEVERSU, 2003]. El primer valor equival a un poder calorífic del conjunt de residus cremats al voltant de les 2000kcal/kg i un rendiment global de les plantes de valorització d’aproximadament el 20%. - Part dels gasos de sortida no s’han de comptabilitzar per formar part del cicle del carboni (matèria orgànica i paper-cartró), i hi ha matèria que s’introdueix que no és combustible (vidre, metall, etc...). Així, només es té en compte l’emissió procedent del percentatge de plàstic no recollit selectivament i dintre del rebuig, partint de la proporció d’aquest component a Catalunya (l’any 1995, Figura 2.1, per a l’any d’estudi 1993, i per als dos anys restants la de 1999, Figura 2.2). Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 89 E.T.S.E.I.B. - Tal i com s’ha mostrat a la Taula 6.2, les emissions en la generació d’energia elèctrica a Catalunya s’han establert en 0,10 kg CO2/ kWhe.  RECICLATGE - Dels Envasos Lleugers definits en la composició dels residus municipals (Taula 2.9), es consideren un 70% de plàstic (HDPE, LDPE, PET, etc.) i un 30% de metalls (alumini i acer). - Les dades referents a les emissions en la producció dels diferents components tinguts en compte es presenten a la Taula 6.6 [EPA, 2002]. Només es tindran en compte les emissions de manufactura i extracció de matèries primeres. La manufactura de components procedents de matèries reciclades presenten un menor impacte a l’evitar pre-processos de fabricació. Els diferents materials del document de l’EPA s’han ajuntat en les categories establertes a Catalunya (vidre, plàstic, metalls i paper-cartró) amb el càlcul de la mitja de cada tipus. Tanmateix, cal destacar que el mix per a la producció d’energia elèctrica és diferent, pel que els valors es poden allunyar de les condicions de producció a Catalunya. Taula 6.8 Emissions de producció dels components. Component Matèries verges (t CO2Eq/t) Matèries reciclades (t CO2Eq/t) Diferència (t CO2Eq/t) Metalls 10,95 1,37 (9,58) Vidre 0,61 0,24 (0,37) Plàstic 2,34 0,16 (2,18) Paper-cartró 1,62 0,37 (1,25) Font: [EPA, 2002]. S’ha calculat la diferència entre les dues alternatives, entenent que els articles reciclats substitueixen a aquells que es generen a partir de matèries verges. Els valors entre parèntesi figuren l’estalvi d’emissions que representa l’opció de producció amb materials reciclats.  GWP - Es prenen els valors GWP relatius a un horitzó de 100 anys. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 96 Recursos materials Aquest cost està constituït pels següents elements: - Desplaçaments (reunió amb persones consultades, documentació, etc.). - Material d’oficina (paper, fotocòpies, impressió, i altres). La facturació per aquest motiu es troba resumida a la Taula 8.2. Taula 8.2 Facturació per recursos materials. Concepte Facturació (€) Desplaçaments 68 Material d’oficina (paper, fotocòpies, etc.) 110 TOTAL 178 Pressupost total d’elaboració de l’estudi Per a la determinació del cost total del projecte (Taula 8.3), es sumen els diversos conceptes en que s’ha dividit el mateix i se li aplica el corresponent Impost del Valor Afegit (IVA). Taula 8.3 Facturació total. Concepte Facturació (€) Recursos Humans 26.220 Recursos Materials 178 Subtotal 26.390 IVA (16%) 4.222,40 TOTAL 30.612,40 Així, l’estudi realitzat queda establert en una facturació per raó de: TRENTA MIL SISCENTS DOTZE AMB QUARANTA EUROS. Biogàs d’abocador de residus municipals a Catalunya 97 E.T.S.E.I.B. BIBLIOGRAFIA Referències bibliogràfiques [ACEVERSU, 2003] ASSOCIACIÓ CATALANA D’EMPRESES DE VALORITZACIÓ ENERGÈTICA DELS R.S.U. (ACEVERSU). [http://www.aceversu.com/balan.html, 22 de Juny de 2003] [EMA, 2003] ÀREA METROPOLITANA DEL MEDI AMBIENT-ENTITAT DEL MEDI AMBIENT (2003). Dipòsit Controlat de la Vall d’en Joan (Garraf). Barcelona. [CD-ROM]. [EPA, 2003] EPA. Solid Waste Management and Greenhouse Gases – A Life-Cycle Assessment of Emissions and Sinks (2nd Edition). [http://www.epa.gov/epaoswer/non-hw/muncpl/ghg/ghg.htm, 13 de Maig de 2003] [GIRÓ, 2001] GIRÓ I FONTANALS, F. (2001). 4ª Jornada tècnica sobre la gestió de residus municipals. El compostatge. Barcelona, 19 de desembre de 2000. Departament de Medi Ambient. pp. 29. [IPCC, 1997] INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC) (1997). Capítol 5: Residus. Dins: Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Volume 3. Reference Manual. Chapter 5: Waste. [MADORELL, 2003] MARTÍ MADORELL i ARBOLÍ. Cap del Departament de Disposició i Control, Junta de Residus. 20 de Maig de 2003. [METEOCAT, 2003] METEOCAT (DEPARTAMENT DE MEDI AMBIENT, GENERALITAT DE CATALUNYA). Anuaris de dades meteorològiques. [http://www.meteocat.com/marcs/marcos_historia/marcsanuaris.htm, 19 de Juny de 2003] [PALMISANO, 1996] ANNA C. PALMISANO, MORTON A.BARLAZ. (1996) Microbiology of Solid Waste. CRC Press. pp. 218. [TCHOBANOGLOUS, 1995] TCHOBANOGLOUS, G., THEYSEN, H., A. VIGIL, S. (1995). Gestión Integral de Residuos Sólidos. Editorial Mc Graw Hill. pp.1105. [UTE, 2001] UTE BIOGÀS GARRAF (Endesa cogeneración y renovables, CLP Envirogas) (2001) Proyecto de desgasificación y valorización energética del biogàs del DC de la Vall d’en Joan. Bibliografia complementària  BALDASANO, J.M. (2000) . La Gestión de los Residuos Urbanos y la Emisión de Gases de Efecto Hivernadero. Química e Industria. Mayo, 47. pp 292-300. Biogàs d'abocador de residus municipals a Catalunya E.T.S.E.I.B. 98  CARRERA, E. (Càtedra UNESCO a la UPC) (2001). Medi Ambient i Tecnologia, Educació ambiental a l’enginyeria. 3ª edició, Càtedra UNESCO a la UPC. [CD-ROM]  CUCURULL, D. GASSÓ, S. DE PABLO, J., SANS, R. (1998). Residus i medi ambient. Dins: Medi Ambient i Tecnologia. Guia Ambiental de la U.P.C. Edicions U.P.C.  GALABERT, J. (2001). Balanç ambiental d’un dipòsit controlat de Residus Sòlids Municipals. Dins: Segona Jornada tècnica sobre gestió de residus municipals: Els dipòsits controlats. 17 de Maig de 2000. Col·lecció Jornades Tècniques, nº 2. U.P.C. / Àrea Metropolitana de Barcelona - Entitat de Medi Ambient.  INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE, IPCC (2001). Third Scientific Report. [http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/index.htm, 23 de Juny de 2003]  JUNTA DE RESIDUS, ASSOCIACIÓ D’ENGINYERS INDUSTRIALS DE CATALUNYA (COMISSIÓ DE MEDI AMBIENT i URBANISME. Jornada sobre residus municipals, Barcelona 20 i 21 de juny de 2000. Associació d’Enginyers Industrials de Catalunya, 2000.  JUNTA DE RESIDUS, INSTITUT CERDÀ. (1998) Guia per a la gestió de residus municipals a Catalunya. Junta de Residus. pp 62.  JUNTA DE RESIDUS. Residus Municipals. Estadístiques. [http://www.junres.es/estaddin/Municipals/estad_pla1.asp, 16 de Maig de 2003]  LEE, E., LINDSAY, C., FREED, J.R., DRISCOLL, W. (1995) Greenhouse Gas Emission Factors for management of selected materials in municipal solid waste. EPA. pp. 22.  MARTÍN GONZÁLEZ, S. FERNÁNDEZ FERNÁNDEZ, S. (1999). Gestión del biogás en vertederos controlados de residuos sólidos urbanos. Servicio Central de Publicaciones-Principado de Asturias. pp. 254.  MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE (2001). Libro Blanco del Ministerio de Medio Ambiente. Capítulo 5, Gestión de Residuos Sólidos Urbanos 1998-2000. MMA.  VIDAL, A. (2001). Requisits tècnics i ambientals d’un dipòsit controlat. Dins: Primera Jornada tècnica sobre gestió de residus municipals. 29 de Febrer de 2000. Col·lecció Jornades Tècniques, nº 1. U.P.C. / Àrea Metropolitana de Barcelona - Entitat de Medi Ambient.  WEITZ, K. THORNELOE, S. NISHTALA, S. YARKOSKY, S. ZANNES, M. (2002).The impact of Solid Waste Management on Greenhouse Gas Emissions in the United States. Journal of the Air & Waste Management Association. Vol. 52, 2002, p.1000-1011.