Cada día la ciudad de Santiago produce unas tres mil toneladas de basura - unas 375 camionadas a las cuales se les debe dar un destino óptimo, tanto en lo sanitario como en lo económico Esto se ha conseguido empleando el método de "relleno sanitario", poniendo término a los antiguos basurales, que eran puntos negros en la dudad en lo estético, en la contaminación de aguas subterráneas y superficiales, proliferación de insectos y roedores, malos olores y contaminación atmosférica debido al humo producido por la combustión espontánea de algunos residuos.

Nueve comunas del Area Metropolitana han dado solución Integral al problema de su basura al poner en marcha un rentable sistema que genera biogas (Relleno Sanitario La Feria) y se vende a la Compañía de Gas de Santiago, con utilidades para los municipios.


Relleno sanitario

El relleno sanitario es un método para disposición final de basuras en el suelo, que no determina deterioro al medio ambiente, a la salud ni a la seguridad de la población. Utilizando principios de la Ingeniería, en el relleno se confinan las basuras en áreas reducidas, mediante compactación (disminución de volumen), para luego cubrirlas diariamente con una capa de tierra de espesor adecuado.

Aun cuando el método es de una gran simplicidad, su planificación y puesta en marcha presenta una serie de problemas que muchas veces resultan de difícil abordaje. Entre ellos está la selección del lugar o de los sitios donde se va a realizar la operación de relleno. Estos no sólo deben cumplir con lo prescrito por el Ministerio de Salud, sino también deben encontrarse lo más cerca posible de los centros generadores de basuras por razones de economía de transporte, además de tener una capacidad suficiente para recibir por un período largo la producción de residuos. Esto último resulta difícil de predecir, debido al incremento que incrementa la producción de basuras, tanto por el crecimiento demográfico como por usos y costumbres adoptados y que se modifican de acuerdo con los niveles de vida que la población alcanza.

Santiago no escapa a estos signos del progreso. En 1971 la población metropolitana alcanzaba a 2.938.000 habitantes y producía 41.000 toneladas de desperdicios al mes, con un promedio de 13,9 kilos por persona. En 1982, la población subió a 3.672.374 habitantes y la producción mensual de basuras alcanzó las 85.780 toneladas, con un promedio por habitante de 23,3 kilos. Esto significa que en poco más de una década la población aumentó en un 25%, pero la producción de residuos sobrepasó el 100% de crecimiento global y de 67% en lo Individual. Si bien en ese lapso mejoraron los servicios recolectores en toda la capital, asegurando a la casi totalidad de las viviendas, comercio e Industrias el retiro de los desperdicios, también se produjeron una serie de cambios en la presentación de muchos bienes de consumo, motivando con ello un crecimiento inusitado de residuos cuyo tratamiento sigue vigente.

La aparición de los envases no retornables de cartón, plástico, vidrio, hojalata, etc., comenzó a atestar los basurales con productos que hasta entonces eran utilizados y comercializados una y otra vez. El relleno sanitario vino a dar una solución al problema. Las alternativas al método son la incineración (contaminación) y la compostificaclón, es decir, la transformación de la parte orgánica de las basuras en un abono o acondicionador para el suelo agrícola. El relleno, no obstante, aparece como una respuesta más adecuada frente al acelerado crecimiento de los residuos: permite absorber sin problemas los grandes incrementos de producción anual de basuras (septiembre, diciembre) y los desechos voluminosos procedentes de demoliciones, troncos, etc. El método del relleno permite también recuperar terrenos inservibles para transformarlos en parques, áreas verdes, campos deportivos, terrenos agrícolas y otros, de una forma rápida y con costos bajos. Lo más importante del relleno es, por sobre todo, la vía de generación de metano que provee, producido por la descomposición anaeróbica de la materia orgánica contenida en las basuras.


Descomposición anaeróbica

Cerca del 85% en peso de los residuos sólidos urbanos son materia orgánica, es decir, desechos de comidas, vegetales, papeles, madera, cartones, etc. Al quedar éstos sin presencia de oxígeno (anaerobia) debido a la capa de tierra que los sepulta, se produce una descomposición denominada digestión anaeróbica, fermentación anaeróbica o fermentación metánica. Ella es producto de la acción de microrganismos anaeróbicos, que realizan el proceso mediante reacciones de oxidorreducción en las cuales no interviene el oxígeno libre.

Los productos finales de la digestión anaeróbica son fundamentalmente metano (50 a 70%) y anhídrido carbónico (25 a 45%). También se producen trazas de otros gases, como hidrógeno, nitrógeno y ácido sulfhídrico, además de iones solubles de amonio y bicarbonato. Lo que sucede en tales condiciones se expresa en la ecuación:

Materia orgánica ® CH₄ + CO + H + N₂ + H₂S

microorganismos anaeróbicos

Los microorganismos (bacterias) que actúan son originarios de la flora natural del suelo, agua o de los mismos residuos, los que en primera instancia solubilizan las partes insolubles mediante enzimas hidrolíticas extracelulares y luego los digieren dentro de las células por la acción de endoenzimas. Parte del residuo metabolizado es transformado en nuevo material celular, pero hay generación también de metano, anhídrido carbónico y otros gases. El metano es Insoluble en agua y es fácil de recuperar . Al oxidarse libera gran cantidad de energía , según la ecuación.


CH₄ +20₂® C0₂ + 2H₂O (+210 Kcal)

Un metro cúbico de metano en condiciones normales libera 9.366 kcal. La celulosa es uno de los componentes mas frecuentes de la materia orgánica presente en la basura. Su descomposición tiene lugar de la siguiente manera:


C₆H₁₀O₅ + H₂O ® 3CO₂ + 3CH₄
(celulosa)- - - - - microorganismos anaerobicos


Un kilo de celulosa, completamente descompuesta, dará teóricamente 414,8 litros de metano y una cantidad similar de anhídrido carbónico, es decir 829,6 litros de ambos gases en mezcla.


Biogas

El conjunto de gases, producto de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica, se denomina biogas. En el caso de los rellenos sanitarios, el biogas está compuesto por un índice levemente superior al 50% de metano, hidrocarburo inodoro, incoloro y que posee un poder calorífico superior: cerca de 9.366 Kcal/m³, lo que otorga al biogas un poder calorífico aproximado de 4.700 Kcal/m³.

El metano adquiere las características de un gas combustible cuando se encuentra diluido en el aire, en valores. que van del 5 al 15% en volumen (% de metano en el aire), y el biogas en valores qué van del 11 al 22%. Por esta razón el biogas resulta ser un problema bastante serio para los rellenos sanitarios, generando la necesidad de controlar su posible migración lateral, de modo de evitar su concentración en recintos cerrados (como viviendas y sistemas de alcantarillado), por los evidentes riesgos de incendios y explosiones que podrían producirse. Una solución a este problema consiste en impermeabilizar lateralmente al relleno y dotarlo de suficientes drenajes (chimeneas), hacia la superficie. Como el gas metano es más liviano que el aire, rápidamente ascenderá y se diluirá en la atmósfera.

Esa característica del biogas, de ser combustible, lo hace bastante atractivo desde el punto de vista económico en el sentido de recuperarlo para uso energético. Entre ellas destacan:

- Gas de cañería para uso domiciliario, con deshidratación previa si el gas es distribuido a través de una red seca y con purificación si se trata de una red que entrega gas con alto poder calorífico.

- Producción de calor a través de una combustión directa, aprovechándolo en hornos o calderas industriales.
- Producción de vapor Industrial.

- Uso en motores de combustión interna, tanto de ciclo Otto como Diesel.
- Generación de electricidad.

La extracción del biogas se puede hacer por medio de succión a través de pozos perforados para dicho fin, o directamente de las chimeneas de drenaje existentes, teniendo presente que la extracción debe ser hecha a una velocidad menor a la cual se está generando el biogas, de manera de evitar producir un vado y la consiguiente penetración de aire atmosférico al interior del relleno. Esto es Importante, ya que dicho aire no sólo reduciría el contenido calórico del gas, sino que además podría inhibir el proceso anaeróbico, que es el que origina la producción de metano.

La cantidad de biogas que se va a producir por tonelada de basura, tal cual llega al relleno sanitario y su tiempo de generación, son cifras difíciles de precisar, ya que son muchos los factores que intervienen y la mayoría de ellos dependen de condiciones locales.


Rendimientos

Nuestras basuras contienen, en promedio, un 65% de humedad y un 20% (en peso seco) de materia inorgánica, lo que nos lleva a determinar que de una tonelada de residuo, tal cual llega, hay solamente 280 kilos en materia orgánica seca. Señalamos que de 1 kilo de celulosa, teóricamente, se pueden obtener 829,6 litros de biogas y si suponemos que la parte orgánica de nuestra basura es solamente celulosa, se concluye que en el mejor de los casos se producirían 232m³ de biogas por tonelada de basura, tal cual llega al relleno.

Ahora bien, un porcentaje de la materia orgánica es descompuesta en forma aeróblca, sin producción de metano, debido al aire que queda incorporado en los inicios del relleno, y otro se descompone muy lentamente en el tiempo Consideraciones de este tipo han llevado a predecir una producción total que oscilaría entre 140 y 190 m³ por tonelada de basura tal cual llega, la que se descompondría en un gran porcentaje en un plazo de 5 anos; esto lleva a suponer que se podría obtener una producción aproximada de 30 m³/ton/año, dentro de ese plazo.

La figura 1 presenta en forma esquemática el ciclo de la materia orgánica contenida en los residuos sólidos urbanos, bajo el tratamiento descrito.


Solución en Santiago

La producción de biogas para uso industrial ha pasado a ser la solución adoptada por nueve comunas del Area Metropolitana en un basural común. Estos terrenos comprenden una extensión aproximada de 34 hectáreas con profundidades variables que alcanzan hasta los 20 m, ubicados en un área residencial de la comuna de San Miguel. El lugar fue usado, durante muchos anos, como pozo de extracción de ripio y al encontrarse abierto en muchos puntos del contorno servia de depósito clandestino de residuos de todo tipo. Desde abril de 1977, el relleno ha recibido aproximadamente tres millones de toneladas de desechos.

Luego de un año de estar operando el relleno, comenzó a fluir biogas en gran cantidad a través de las chimeneas construidas para su drenaje y también aparecieron indicios de migración lateral de los contornos del relleno. Esto motivó algunas acciones destinadas a controlar tal migración, lo que se consiguió por medio de un dren continuo en todo el perímetro del relleno y con una película de polietileno que cubría las paredes laterales.

Las decenas de miles de metros cúbicos de biogas que se estaban quemando, los altos precios alcanzados por los energéticos derivados de la denominada "crisis del petróleo" y el deseo de no perder el control sobre la migración lateral motivó a los responsables del relleno sanitario "La Feria" a promover un estudio que investigara la factibilidad de comercializar el biogas. El análisis entregó resultados positivos para su empleo, para mezcla con gas de cañería industrial o domiciliario a través de redes de distribución ya establecidas. La mezcla resultante de ambos gases debe ser intercambiable con el gas de cañería original, de manera de evitar modificaciones en los equipos de combustión. En nuestro caso el gas de cañería permite una adición máxima de un 20% de biogas. Si se desea usar más de un 20% de biogas es necesario someterlo a un proceso de cracklng. Este es un proceso químico, mediante el cual grandes moléculas de hidrocarburos son rotas o partidas en moléculas más chicas, situación que ocurre durante la refinación del petróleo.

A mediados de 1981 se suscribió un convenio entre el grupo de municipalidades que dispone sus residuos en el relleno sanitario de La Feria y la Compañía de Gas de Santiago, Gasco, mediante el cual se la autorizó a extraer el biogas a cambio de la retribución a los municipios de un monto de dinero determinado por cada millón de kilocalorías aprovechadas. La explotación del biogas, por parte de Gasco, se inicio en julio de 1982.

El biogas no recibe tratamiento alguno, la cantidad de azufre es tan pequeña que resulta innecesario implementar un sistema de tratamiento para ese fin; por otra parte, tampoco se requiere secado, ya que la red domiciliaria en Santiago es del tipo húmeda y no se producen problemas por condensación de agua en su interior ni tampoco se necesita extraer el C0₂ debido a que el biogas, tal cual se produce en el relleno sanitario, tiene un poder calorífico similar al que entrega Gasco.

La tabla siguiente presenta la cantidad de biogas extraído desde el relleno sanitario "La Feria", la que ha ido en aumento de acuerdo a la habilitación de nuevos pozos de extracción y en la medida que Gasco requiere mayor cantidad de gas (meses de Invierno).


Conclusiones

- Existe en los rellenos sanitarios una cantidad no despreciable de energía que podemos considerar como renovable, en la medida que el método se siga empleando para dar disposición a los residuos sólidos.

- El biogas generado tiene un poder calorífico similar al gas de cañería que se está entregando en el Area Metropolitana de Santiago.

- Un gran porcentaje del biogas se producirá antes de los 5 años de la disposición de los residuos en el relleno sanitario. Es conveniente, entonces, crear la infraestructura para la captación del biogas, desde los inicios del relleno sanitario, de manera tal de aprovecharlo desde el momento en que se empiece a generar.

- Es recomendable hacer estudios de factibilidad técnico -económica para otros usos de esta energía, por ejemplo: en motores, secado agrícola, producción de vapor, etc.

- Gran parte del Area Metropolitana de Santiago está dando una solución Integral al problema de la disposición final de basuras, resolviendo una grave situación sanitaria y, a la vez, Incorporando al medio una fuente energética de bajo costo relativo.



José Arellano Vaganay.

Fac. Ciencias Físicas y Matemáticas,
Universidad de Chile.


Para saber más


1. Emcon Associates. Methane Generation and Recovery From Landfills. Ann Arbor Science Publishers. Second Printing, 1982.

2. Arellano J., Maturana N. Utilizaclón del Gas Metano Proveniente de un Relleno Sanitario. XVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Panamá, agosto 1982.

3. Castillo, Gabriela. Procesos de la Fermentación Metanogénica. Curso sobre Diseño de un Relleno Sanitario para la Extracción y Aprovechamiento de Biogas. Sección Ingeniería Sanitaria y Ambiental Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Chile, mayo 1983.

4. Galvez, Francisco. Rellenos Sanitarios. Curso sobre Diseño de un Relleno Sanitario para la Extracción y Aprovechamiento del Biogas. Sección Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Departamento de Ingeniería Civil. Universidad de Chile, mayo 1983.

5. Hertz Kenneth, Klink Robert, Ham Robert. Temperature
Effects: Methane Generation From Landfill Samples.
Journal of the Environmental Engineering Division. August
1982.