RSU

Uno de los problemas mas graves de las grandes ciudades es la disposición final de los RSU. En muchos de los asentamientos urbanos del mundo, el almacenaje se realiza en forma de vertedero (SDF), lo cual comenzó a ser una práctica desde la Revolución Industrial (^{Tron, 2010}). En el año de 1930, las ciudades de Nueva York y Fresno, California, iniciaron la compactación de los residuos con equipo pesado y cubriéndolos; así fue inventado el término Relleno Sanitario (RS) (^{Secretaría de Desarrollo Social [Sedesol], 1996}).

En México se debe cumplir con los lineamientos de la norma oficial mexicana de protección ambiental NOM-083-SEMARNAT-2003 (^{Diario Oficial de la Federación [DOF], 2015}), la cual regula los SDF de RSU.

Todos los RSU experimentan cierto grado de descomposición, pero la fracción orgánica es la que tiene los cambios más importantes en su degradación y en un tiempo más rápido. Los subproductos de la descomposición están integrados por una mezcla de gases, líquidos y sólidos, generándose a través de procesos químicos y biológicos (^{Varnero, 2011}), lo cual se muestra en la Tabla 1.

Los factores que afectan la velocidad de descomposición de los RSU son:

El manejo inadecuado de los residuos sólidos afecta la salud humana, la atmósfera, el suelo, y las aguas superficiales y subterráneas (^{Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [Semarnat], 2009}).

Biogás

El biogás es el principal producto de la degradación de la materia orgánica; llamada descomposición anaerobia (en ausencia de oxígeno). Los dos principales gases formados son metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂) y, en menor medida, compuestos orgánico-volátiles, ácido sulfhídrico y vapor de agua (^{Tchobanoglous, Theisen & Vigil, 2004}). Las concentraciones de CH₄ fluctúan entre 50%-55% y 45%-50% para el CO₂, lo cual equivale a un valor energético del biogás entre 4.5 y 5.0 kilocalorías por m³ (^{Sedesol, 1996}).

De acuerdo con ^{Terraza, Bartone & Grajales (2005)}, para desarrollar un proyecto de generación de energía eléctrica a partir del biogás se debe considerar la inclusión del financiamiento con bonos de carbono para incentivar la factibilidad y contar, como mínimo, con las siguientes características del SDF:

De acuerdo con ^{Vera et al. (2015)}, ^{Johari et al. (2012)}, ^{Gutierrez et al. (2011)} y ^{WB (2004)}, los beneficios esperados de estos proyectos son los que se muestran en la Tabla 2.

Zona de estudio

Características de los RSU dispuestos en el SDF de Pachuca.

La Tabla 3 muestra la composición/distribución de los RSU recolectados y la Tabla 4 muestra la información característica del SDF.

En la Tabla 5 se presenta la información de las toneladas dispuestas en la zona de estudio entre los años de 1996 al 2015.

Generación y recuperación de biogás

Para la estimación de la generación y recuperación de biogás se utilizó el modelo mexicano versión 2.0 (^{Stege & Davila, 2009}), el cual está en función de:

La ecuación es de primer orden y se expresa de la siguiente forma:

Generación de energía eléctrica

El proyecto se concibe en función de las características de producción y captación de biogás, así como de la estimación de conversión eléctrica de los generadores, donde la potencia generada es afectada por el derrateo del factor de planta de los motogeneradores (5%) y el factor de mantenimiento (5%).

Arreglo técnico para la extracción de biogás y generación de energía

La planeación y diseño de las redes de captación y conducción del biogás toma en cuenta el área y radio de influencia de los pozos, estipulando de 2.25 a 2.5 veces la profundidad del pozo y arreglos triangulados (^{Semarnat, 2009}), así como la red de conducción, control de extracción, trampa de lixiviados, sistema de soplado y accesorios, sistema de remoción de condensados y antorcha de seguridad.

Bonos de Carbono (BC)

Un beneficio de la generación de energía a partir de RSU es la comercialización de los bonos de carbono a través de certificados en los diferentes mercados de venta, que se otorgan por la reducción de las emisiones de GEI, que en sus inicios estuvo estipulado en la Ley General de Cambio Climático del Protocolo de Kyoto (^{Aguilar et al., 2009}) y que actualmente se maneja por mercados voluntarios (^{Bascón, 2012}; ^{Investing, 2016}; ^{Ruiz-Tagle, 2013}).

Para calcular los ingresos por BC se obtuvieron las reducciones equivalentes de dióxido de carbono (RE) para el metano, tanto del gas que se usa como combustible para generar energía eléctrica, como el excedente que se destina al quemador. La Ecuación 2 muestra el procedimiento:

Evaluación financiera y desarrollo de escenarios

Con la evaluación financiera se determina la rentabilidad del proyecto, la cual se estima en función de los indicadores siguientes: valor presente neto (VPN), tasa interna de retorno (TIR) y tiempo de recuperación de la inversión (TRI), donde el escenario base es sin certificado de carbono. Para sensiblizar la factibilidad del proyecto, se plantearon escenarios, donde se varió desde -20% a +20% los parámetros de: inversión (I), precio de la energía eléctrica (PEE), tasa de descuento (TD) y precio de los certificados de carbono (PCC).

VPN= -i+ ∑t=0nFEt(1+r)t

Gestión municipal

Las principales barreras y problemas que impiden el desarrollo de proyectos de biogás están asociadas con las estructuras político-administrativas actuales y los tiempos de las administraciones municipales.

De cualquier forma, existe un interés creciente en el país por atender el problema de la disposición final de residuos y, al mismo tiempo, generar recursos a través de proyectos de aprovechamiento del biogás.

Marco social

Es necesario señalar que la imposición vertical y autoritaria de proyectos energéticos, turísticos, carreteros, hidrológicos o de rellenos sanitarios en el país están abriendo un abanico de conflictos socioambientales (con costos en vidas humanas), porque muchas veces las poblaciones locales (ejidatarios, comuneros y pueblos indígenas) no son consultados o tomados en cuenta por las élites políticas locales y las empresas promotoras de dichos proyectos. En este caso, a menudo la construcción y operación de un SDF también encuentra oposición por parte de la población, generalmente ocasionada por falta de conocimiento o por desconfianza en las administraciones locales. Por ello, es importante sensibilizar a la población y actores principales de los beneficios esperados, tanto a nivel local como general, entre los que se encuentran:

Proceso de sensibilización y voluntad del municipio

En este punto es importante sensibilizar, es decir, llevar a cabo reuniones, exclusivamente para informar, documentar y explicar de forma minuciosa a las autoridades municipales la relevancia de llevar a cabo proyectos de este tipo, por la importancia en cuanto a mitigación de impactos ambientales, beneficios sociales, beneficios económicos y de la envergadura política que se puede manejar por el impacto en la sociedad.

Marco regulatorio

Es importante analizar la legislación federal, estatal y municipal, para conocer las regulaciones y restricciones para llevar a cabo el proyecto.

Medio ambiente

Las emisiones de biogás por parte de los SDF son una fuente importante de contaminantes que afectan a la atmósfera. Con el desarrollo del proyecto de aprovechamiento del biogás del SDF de Pachuca se puede tener un beneficio ambiental al reducir estas emisiones contaminantes, además de disminuir malos olores y reducir la fauna nociva (plagas de moscas, mosquitos, roedores, cucarachas, etc.). Adicionalmente, se contribuye a la preservación de recursos no renovables (combustibles fósiles y agua).

Marco internacional

La Convención de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático que se adoptó durante La Cumbre de la Tierra, en Río de Janeiro en 1992, vigente a partir del 21 de marzo de 1994, tiene como objetivo estabilizar las concentraciones de GEI en la atmósfera, a un nivel que impida interferencias antropogénicas peligrosas en el sistema climático (^{Ponce, Cantú, y Puente, 2013}). Con respecto a los residuos sólidos, la Agenda 21 en su Capitulo 21, hace mención a la gestión ecológicamente racional de los desechos sólidos, donde menciona que se debe ir más allá de la simple eliminación o el aprovechamiento por métodos seguros de los desechos producidos y procurar resolver la causa fundamental del problema intentando cambiar las pautas no sostenibles de producción y consumo. Actualmente, la variabilidad de los precios de los energéticos ha repercutido en la valoración de este tipo de proyectos, lo cual es una oportunidad en alternativas de generación de energía y contribución a la protección del medio ambiente.

Recursos externos

Es necesario considerar recursos externos de inversión, ya que los recursos gubernamentales son limitados; sin embargo, es el mismo marco regulatorio quien restringe este tipo de inversión.

Metodología propuesta

Para abordar este estudio de forma integral, se desarrolló una metodología con un enfoque sistémico que parte de la conceptualización de ^{Concha, Cerda & Zappi (2012)}, ^{Gigch (2006)} y ^{Johansen (1996)}, quienes plantean que la sociedad está organizada alrededor de sistemas complejos, en los cuales el hombre trata de proporcionar orden, partiendo de que es un método de aproximación al entendimiento y solución de problemas de la sociedad, donde la comprensión de las múltiples interacciones de sus componentes es una condición para explicar y predecir fenómenos bajo estudio y, sobre todo, acercarse a una visión más real en situaciones prácticas (^{Checkland, 1993}), además de lo expuesto por ^{Pascual et al. (2011)}, quienes analizan una metodología para la estimación del potencial de biogás, donde toman en cuenta el potencial total, potencial accesible, potencial disponible y potencial energético.

La metodología se estructuró en tres niveles, considerando características de aspectos técnicos del SDF para la generación de energía, factores a nivel municipal y externalidades macro que pueden afectar su factibilidad (Figura 1).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 1 Metodología. 

Nivel interno (SDF)

Generación y recuperación de biogás

La Figura 2 muestra la generación y recuperación de biogás de acuerdo con modelo mexicano versión 2. El proyecto se estimó con una vida útil de 20 años, iniciando en el año 2017.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 2 Generación y recuperación de biogás del SDF de Pachuca. 

Generación de energía eléctrica

De acuerdo con las estimaciones del biogás captado, se calculó la potencia disponible por año, resultando dos generadores con potencia conjunta de 1.6 MW/h, teniendo un derrateo por factor de planta de los motogeneradores del 5% y mantenimiento del 5%, lo cual se muestra en la Tabla 6.

Bonos de Carbono (BC)

Para calcular los ingresos por BC se obtuvieron las Reducciones Equivalentes (RE) de dióxido de carbono para el metano, tanto del gas que se usa como combustible para generar energía eléctrica como del excedente que se destina al quemador.

Se considera un precio promedio de Certificado de Reducción de Emisiones (CER) de 4.47 euros por tonelada equivalente de CO2 de acuerdo al análisis desarrollado por ^{Investing (2016)} y un tipo de cambio 20.57 pesos/euro (junio de 2016), aunque se observa que las variaciones a través del tiempo son significativas.

Arreglo técnico para la extracción de biogás y generación de energía

El arreglo configurado mostrado en la Figura 3, comprende 46 pozos, la red de conducción, control de extracción, trampa de lixiviados, sistema de soplado y accesorios, sistema de remoción de condensados y antorcha de seguridad.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 3 Distribución de pozos de captación en el SDF. 

Para determinar la viabilidad financiera del proyecto, se consideraron los aspectos de inversiones y costos iniciales mostrados en la Tabla 7 y 8.

Análisis financiero

Se utilizó la fórmula del VPN, con una TD del 10% de acuerdo a lo estipulado por el BID (^{Campos, Serebrisky & Suárez-Alemán, 2016}), un precio de referencia de la energía de 2.315 pesos/kwh en tarifa 5A tensión media (^{Comisión Federal de Electricidad [CFE], 2016}), con un descuento de 20% para hacer atractiva su venta (1.852 pesos/kWh), un factor de planta de 90% que va de acuerdo con lo que proponen ^{Vera et al. (2015)} y venta de certificados de carbono.. La Figura 4 muestra los resultados del comportamiento del VPN a través de los años y la Tabla 9 los resultados de la evaluación financiera.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 4 Comportamiento del VPN. 

Análisis de sensibilidad

Se realizó con la variación de: TD, I, PEE, y PCC en -20%, -10%, 10% y 20% con respecto al escenario base (con venta de certificados de carbono), como se muestra en Figura 5, 6 y 7, lo cual permitió visualizar el efecto en los resultados de los indicadores financieros del proyecto.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 5 Sensibilidad del VPN. 

Fuente: Elaboración propia.

Figura 6 Sensibilidad de la TIR. 

Fuente: Elaboración propia.

Figura 7 Sensibilidad del TRI. 

De la Figura 5, se observa que el precio de la energía es la variable que más afecta al VPN, debido a que tiene un mayor rango monetario, si se le compara con el precio de los CER y que va ligado con la producción de energía eléctrica.

En la Figura 6 se observa que el precio de venta de la energía, como en la gráfica anterior, es la variable de mayor impacto; ya que está ligada a la producción de biogás y energía eléctrica.

De la Figura 7 se observa que cuando el precio de venta de la energía disminuye, el tiempo de recuperación de la inversión aumenta y, como la valoración se sustenta en la venta de la energía eléctrica, es la variable que más afecta. La variable del precio de venta de la energía es la de mayor sensibilidad y la variable del precio de los CER es la de menor sensibilidad.

Nivel externo (regional y macro)