estudio de emisiones de metano producidas...

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE

ESCUELA DE INGENIERIA

ESTUDIO DE EMISIONES DE METANO

PRODUCIDAS POR EMBALSES EN

CENTRALES HIDROELECTRICAS EN

ECUADOR

MAYRA ALEJANDRA PAUCAR SAMANIEGO

Actividad de graduación para optar el grado de Magíster en

Ingeniería de la Energía

Profesor Supervisor:

JULIO VERGARA

Santiago de Chile, marzo, 2014.

2014, Mayra Alejandra Paucar Samaniego

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE

ESCUELA DE INGENIERIA

ESTUDIO DE EMISIONES DE METANO

PRODUCIDAS POR EMBALSES EN

CENTRALES HIDROELECTRICAS EN

ECUADOR

MAYRA ALEJANDRA PAUCAR SAMANIEGO

Actividad de graduación presentada a la Comisión integrada por los

profesores:

JULIO VERGARA

CESAR SAEZ

ALVARO COVARRUBIAS

LUIS GONZALES

Actividad de graduación para optar el grado de Magíster en Ingeniería

de la Energía

Santiago de Chile, marzo, 2014.

ii

DEDICATORIA

Al amor y compañero de vida Pablo

Amancha y a mi amada hija

Rafaelita, que siempre estuvieron a

mi lado brindándome amor y

comprensión.

iii

AGRADECIMIENTOS

Gracias a Dios por darme la oportunidad de cursar este magíster. Al gobierno

ecuatoriano y a la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación

quienes han creído en los profesionales del país otorgando becas para la obtención de

postgrados en las mejores universidades del mundo.

A la Pontificia Universidad Católica de Chile, en especial al programa Magíster en

Ingeniería de la Energía por darme la oportunidad de estudiar en este prestigioso

postgrado.

A mi profesor supervisor Julio Vergara, quien ha sido parte importante de este

proceso, brindando sus conocimientos y experiencia.

A mis amigos Sergio, Stephanye, Francisco y Nancy a quienes agradezco su

amistad durante mi estadía en Chile.

.

INDICE GENERAL

Pág.

DEDICATORIA........................................................................................................... ii

AGRADECIMIENTOS .............................................................................................. iii

INDICE DE TABLAS ................................................................................................. 6

INDICE DE FIGURAS ................................................................................................ 8

RESUMEN ................................................................................................................. 10

ABSTRACT ............................................................................................................... 10

1. INTRODUCCION ............................................................................................ 12

1.1. Introducción ............................................................................................. 12

1.2. Justificación del tema ............................................................................... 13

1.3. Objetivos .................................................................................................. 14

1.3.1 General ........................................................................................... 14

1.3.2 Específicos ..................................................................................... 14

1.4 Antecedentes Generales ........................................................................... 15

1.4.1 Cambio Climático y Calentamiento Global ................................... 15

1.4.2 Efecto Invernadero ......................................................................... 16

1.4.3 Gases de Efecto Invernadero ......................................................... 18

1.4.4 Contexto general de embalses en zonas tropicales ........................ 20

2. SITUACION ENERGETICA DEL ECUADOR .............................................. 22

2.1 Generalidades ........................................................................................... 22

3. PROBLEMAS AMBIENTALES ASOCIADOS A EMBALSES HIDROELECTRICOS ..... 30

3.1. Clasificación de los embalses ................................................................... 30

3.2. Impactos ambientales generales ............................................................... 32

3.3. Estado trófico de los embalses ................................................................. 32

3.3.1 Embalses eutróficos ......................................................................... 33

3.4. Emisiones de GEI desde embalses ........................................................... 34

3.4.1. Emisiones de CH4 ........................................................................... 36

4. METODOS DE EVALUACION PARA EMISIONES DE METANO ........... 39

4.1. Contexto general ...................................................................................... 39

4.2. Métodos evaluados ................................................................................... 42

4.3. Embalses evaluados .................................................................................. 46

4.3.1. Embalse Amaluza (Hidroeléctrica Paute-Molino) ......................... 46

4.3.2. Embalse Mazar (Hidroeléctrica Paute-Molino) ............................. 47

4.3.3. Embalse Pisayambo-Pucará (Hidroeléctrica Pisayambo-Pucará) .. 49

4.3.4. Embalse Daule-Peripa (Hidroeléctrica Marcel Laniado) ............... 50

4.3.5. Embalse Compensador (Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair) ........ 51

4.4. Estado trófico de los embalses ecuatorianos.............................................. 52

4.5. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 1) ............................................ 53

4.6. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 2) ............................................ 54

4.7. Análisis de Resultados ............................................................................... 54

5. COMPARACION DE EMISIONES ESTIMADAS ........................................ 56

5.1. Comparación de resultados ........................................................................ 56

5.1.1. Densidad Energética ....................................................................... 56

5.1.2. Emisiones de CH4 ........................................................................... 60

5.1.3. Factor de Emisión de CO2 .............................................................. 64

5.1.4. Emisiones de CH4 en el Sector Energético en Ecuador ................. 66

6. MEDIDAS DE MITIGACION PARA EMISIONES DE CH4 ........................ 68

6.1. Generalidades............................................................................................. 68

6.1.1. Pulverización y extracción de CH4 ................................................. 68

6.1.2. La captura de carbono en embalses hidroeléctricos ....................... 73

6.1.3. Aireación en embalses .................................................................... 76

7. CONCLUSIONES ............................................................................................ 78

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 80

A N E X O S ............................................................................................................... 87

Anexo A: Cálculos de emisiones NIVEL 1 ............................................................... 88

6

INDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Datos de la capacidad efectiva de generación al 2012 Ecuador ................... 23

Tabla 2. Generación por tecnología de Ecuador ........................................................ 24

Tabla 3. Nuevos proyectos de generación hidroeléctrica al 2016 en Ecuador ........... 28

Tabla 4. Costos de inversión y generación por tecnología ......................................... 29

Tabla 5. Clasificación de embalses según volumen y área inundada......................... 30

Tabla 6. Emisión de GEI por tipo de combustible para la generación eléctrica ........ 39

Tabla 7. Emisiones de GEI de las diferentes tecnologías de generación ................... 40

Tabla 8. Potencial de Calentamiento Global .............................................................. 42

Tabla 9. Valores promedio de emisiones difusas según condiciones climáticas ....... 44

Tabla 10. Información Embalse Amaluza .................................................................. 47

Tabla 11. Información embalse Mazar ....................................................................... 48

Tabla 12. Información embalse Pisayambo ............................................................... 49

Tabla 13. Información embalse Daule- Peripa ........................................................... 51

Tabla 14. Información embalse Compensador ........................................................... 52

Tabla 15. Estado trófico de los embalses ................................................................... 52

Tabla 16. Datos embalse Amaluza ............................................................................. 53

Tabla 17. Resumen de emisiones de CH4 calculados con el Nivel 1 ......................... 53

Tabla 18. Promedio de emisiones sedimento-agua .................................................... 54

Tabla 19. Datos de los embalses ................................................................................ 56

7

Tabla 20. Embalses pequeños .................................................................................... 57

Tabla 21. Embalses grandes ....................................................................................... 57

Tabla 22. Embalses muy grandes ............................................................................... 57

Tabla 23. Emisiones de CH4 Nivel 2.......................................................................... 63

Tabla 24. FE CO2 para el sector eléctrico .................................................................. 65

Tabla 25. FE (tCO2/MWh) total de centrales de embalse y sector energético ........... 66

8

INDICE DE FIGURAS

Pág.

Ilustración 1. Efecto Invernadero ............................................................................... 18

Ilustración 2. Concentraciones de metano en la atmósfera ........................................ 20

Ilustración 3. Capacidad instalada al 2012 en Ecuador .............................................. 23

Ilustración 4. Composición de generación por tecnología y proyección al 2022 ...... 24

Ilustración 5. Consumo Energético Nacional (Ecuador) ............................................ 25

Ilustración 6. Variación del PIB y demanda de energía eléctrica (Ecuador) ............. 26

Ilustración 7. Factores que influyen en emisiones de GEI en embalses .................... 38

Ilustración 8. Embalse Amaluza, central hidroeléctrica Paute-Molino ...................... 47

Ilustración 9. Embalse Mazar, central hidroeléctrica Paute-Molino .......................... 48

Ilustración 10. Embalse Pisayambo, central hidroeléctrica Pisayambo-Pucará ......... 49

Ilustración 11. Embalse Daule Peripa, central hidroeléctrica Marcel Laniado .......... 50

Ilustración 12. Embalse Compensador, central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair ... 51

Ilustración 13. Densidad energética de embalses pequeños ....................................... 58

Ilustración 14. Densidad energética de embalses grandes ......................................... 59

Ilustración 15. Densidad energética de embalses grandes ......................................... 59

Ilustración 16. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 en embalses pequeños ............... 60

Ilustración 17. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 embalses grandes ....................... 61

Ilustración 18. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 embalses muy grandes ............... 61

Ilustración 19. Emisiones de CO2 eq en embalses pequeños ..................................... 62

9

Ilustración 20. Emisiones de CO2 eq en embalses grandes ........................................ 62

Ilustración 21. Emisiones de CO2 eq en embalses muy grandes ................................ 63

Ilustración 22. Emisiones de CH4 Nivel 2.................................................................. 64

Ilustración 23. FE menor a 0,0015 t CO2/MWh ......................................................... 65

Ilustración 24. Comparación del FE de embalses y sector energético ....................... 66

Ilustración 25. Emisiones de CH4 del Sector Energético ........................................... 67

Ilustración 26. Vista esquemática del sistema de pulverización de CH4 ................... 70

Ilustración 27. Detalle del Sistema de extracción de CH4.......................................... 70

Ilustración 28. Vista general del sistema de Pulverización y extracción de CH4 ....... 71

Ilustración 29. Eficiencia del sistema de extracción de CH4 ..................................... 72

Ilustración 30. Modelo conceptual del secuestro de carbono en embalses ................ 75

Ilustración 31. Aireador Eólico .................................................................................. 77

10

RESUMEN

La presente actividad de graduación tiene como finalidad estimar una parte del impacto

ambiental que causan los embalses de centrales hidroeléctricas en el Ecuador, en particular

las emisiones de metano (CH4), proveniente de los embalses Amaluza, Daule-Peripa,

Mazar, Pisayambo-Pucará que están en funcionamiento y del embalse Compensador que

está en fase de construcción. En 2013 la hidroelectricidad tuvo una participación en la

matriz energética del Ecuador del 44%.

Para evaluar estas emisiones se utilizó la metodología del IPCC 2007, con la que se

determinaron emisiones difusas para los embalses antes mencionados, obteniendo un valor

estimado de 8.035 t CH4-anuales, equivalentes a 168.741 t CO2 anuales.

Se estimaron las emisiones por burbuja del embalse Daule-Peripa en donde se obtuvo una

cantidad de 8.468.558 kg CH4-año, resultando éste el que más emisiones presenta por

concepto de emisiones sedimento-agua en el país.

Además se realizó una comparación de densidad energética (MW/km2) entre los embalses

ecuatorianos mencionados y embalses brasileños como Tres Marías, Barra Bonita, Tucuri,

Samuel y Balbina, tomando en consideración que se encuentran ubicados en el mismo

trópico, poseen similar potencia instalada y área de inundación, concluyendo que los

embalses ecuatorianos poseen mayor densidad energética por km2.

Los resultados obtenidos representan el 5% del total de emisiones de Gases de Efecto

Invernadero provenientes del Sector Energético del Ecuador.

Se recomienda avanzar en la formulación de un modelo que permita estimar emisiones de

cualquier embalse hidroeléctrico, en función de la edad del reservorio, altura, temperatura

media de superficie, área inundada, volumen de inundación y otros parámetros.

11

ABSTRACT

This graduation activity aims to estimate part of the the environmental impact caused by

hydroelectric dams in Ecuador, particularly methane emissions (CH4) from the Amaluza,

Daule-Peripa, Mazar-Pucara, Pisayambo reservoirs that are in operation and the

Compensador dam that is under construction. In 2013 hydroelectricity had a participation

in Ecuador´s energy matrix of 44%.

For the evaluation of these emissions the IPCC 2007 methodology was used, with which

diffuse emissions for the aforementioned reservoirs were determined, obtaining an

estimated value of 8.035 t CH4-year, equivalent to 168.741 t CO2 per year.

Emissions by reservoir bubble-Peripa Daule were estimated where a total of 8.468.558 kg

CH4-year was obtained, proving that this is the largest release by means of sediment-water

emissions, countrywise.

Furthermore, a comparison of the energy density (MW/km2) among the said reservoirs

Ecuadorian and Brazilian reservoirs and dams Tres Marías, Barra Bonita, Tucuri, Samuel

and Balbina was performed, taking into account that these are located in the same tropic,

and have a similar installed capacity and flooded area, concluding that Ecuadorians

reservoirs possess higher energy density per km2.

The obtained results represent 5% of the total greenhouse gases emissions from the energy

sector of Ecuador.

It is recommended to proceed in the development of a model that allows an estimate of the

emissions of any hydropower dam, depending on reservoir´s age, height, average surface

temperature, flooded area, flood volume and other parameters.

12

1. INTRODUCCION

1.1. Introducción

El presente trabajo tiene como finalidad analizar el impacto ambiental que causan

los embalses de centrales hidroeléctricas en el Ecuador, en particular la emisión de Gases

de Efecto Invernadero (GEI) de esta tecnología con énfasis en la producción de metano

(CH4).

Un problema importante de la sociedad es el cambio climático originado por los

GEI, por lo que es relevante el estudio de los mismos, como el dióxido de carbono (CO2),

metano y el óxido nitroso (N2O), que se liberan de los ecosistemas naturales, así como de

la actividad humana. Uno de los principales gases de efecto invernadero es el CH4, que se

produce en ciertos embalses de centrales hidroeléctricas, puesto que este gas dificulta

dispersar la energía radiante terrestre, más gravemente que el CO2.

Las concentraciones mundiales de dióxido de carbono (379 ppm), metano (1774

ppm) y óxido nitroso (319 ppm) en la atmósfera han aumentado, superando ampliamente

los valores de la era preindustrial en un 70% entre 1970 y 2004, el aumento más

importante de las emisiones de (GEI) proviene de los sectores de suministro de energía,

transporte e industria (IPCC, 2007).

Una alteración climática podría producir una fuerte desestabilización social,

económica, ambiental y política en amplias regiones del mundo, que podría incidir en la

paz y seguridad internacional (Herrán, 2012).

En la actualidad, uno de los elementos indispensables para el desarrollo de las

actividades económicas, la vida humana y de la tecnología, es la energía eléctrica. Por ello,

los diferentes medios para producirla han pasado a ser actividades primordiales para el

13

desarrollo de los países. En Ecuador el mayor porcentaje de potencia instalada para la

generación de energía eléctrica proviene de centrales hidroeléctricas, con un 62,41% de la

potencia instalada del país, seguida por centrales térmicas con el 35,56% de la potencia

instalada (MEER1, 2012).

1.2. Justificación del tema

La energía hidroeléctrica sigue siendo la energía renovable más utilizada en todo el

mundo. Se estima que un 20% de la energía eléctrica consumida a nivel mundial tiene

origen hidroeléctrico, mientras que en los países en desarrollo este porcentaje se eleva

hasta el 33% (WEO, 2012). Si se compara con otras energías renovables estos porcentajes

son importantes, puesto que del total de la producción renovable mundial, un 90% tiene su

origen en la hidrogeneración. Además es una fuente de energía en crecimiento,

especialmente en países en desarrollo. Según la UNESCO, entre 1995 y 2010 la

producción de energía hidroeléctrica creció en un 65% en todo el mundo, siendo este

aumento especialmente en los países de América Latina, Asia y África, y seguirá creciendo

según la IEA a nivel global. Las zonas tropicales son sensibles y frágiles ecosistemas por

lo que se debe realizar evaluaciones adecuadas antes de construir proyectos hidroeléctricos

como se detalla más adelante. El CH4 que se produce en embalses se origina por la

descomposición de la vegetación acumulada al fondo de estos, en especial en zonas

tropicales debido a las características climáticas. Estas emisiones representan alrededor de

1,6 % de emisiones GEI a escala mundial, siendo el CH4 un gas que contamina hasta 21

veces más que el CO2 (IPCC, 2007).

1 Ministerio de Electricidad y Energías Renovables

14

A nivel mundial, este tema está tomando relevancia, realizándose estudios en China,

Brasil, Canadá e India, donde se ha logrado estimar el porcentaje de incidencia en las

emisiones totales de metano de estos países proveniente de los embalses asociados a

generación hidroeléctrica.

En Ecuador no existen estudios sobre este tema, por otro lado el plan Estratégico de

Energía Nacional proyecta el aumento en la Matriz Energética al 2016 en un 93%

proveniente de generación hidráulica.

Con estas expectativas, se hace indispensable un estudio sobre las emisiones de

metano producida por los embalses de las centrales hidroeléctricas, la incidencia del CH4

en los GEI en función de la geografía, clima, calidad del agua y características de la zona

inundada.

1.3. Objetivos

1.3.1 General

Estimar las emisiones de CH4 que se producen en los embalses Amaluza, Mazar,

Pisayambo-Pucará, Daule-Peripa que están en funcionamiento y del embalse Compensador

que está en construcción.

1.3.2 Específicos

Generar información sobre emisiones de gases de efecto invernadero, específicamente

CH4, provenientes de generación hidroeléctrica en Ecuador.

Comparar las emisiones de CH4 entre centrales hidroeléctricas en Ecuador,

considerando su ubicación geográfica.

Proponer medidas de mitigación para el CH4 producido en embalses hidroeléctricos.

15

1.4 Antecedentes Generales

1.4.1 Cambio Climático y Calentamiento Global

El cambio climático es un fenómeno que se manifiesta con un incremento o

reducción de la temperatura promedio del planeta, directamente vinculada con el aumento

en la concentración de GEI en la atmósfera, producto de actividades relacionadas con la

quema de combustibles fósiles (petróleo, carbón), el cambio de uso de suelo

(deforestación) y otras actividades humanas asociadas al proceso de industrialización.

Gracias a la presencia en la atmósfera de CO2 y de otros gases responsables del EI, parte de

la radiación solar que llega hasta la Tierra es retenida en la atmósfera. Esto ha ocasionado

que la atmósfera retenga más calor de lo debido, los datos recopilados a la actualidad son

relevantes: el cambio climático constituye una grave amenaza que exige una respuesta

global a corto y mediano plazo.

En las últimas décadas ha crecido la preocupación por la variación que presenta el

clima a nivel global, lo que se refleja en el aumento de la temperatura entre 0,3 - 0,6 grados

centígrados (°C) desde 1900. Además, existe la proyección que en el 2100 los aumentos

alcanzarán rangos de hasta los 2°C sólo si existe medidas de contingencia, puede

sobrepasar los 6°C según el escenario; debido a la concentración de los GEI en la

atmósfera. Este aumento de temperatura está distribuido por todo el planeta y es más

acentuado en las latitudes septentrionales superiores (IPCC, 2007).

Según el informe Stern Review on the Economics of Climate Change 2006 se necesita

una inversión equivalente al 1% del PIB mundial para mitigar los efectos del cambio

climático y de no hacerse dicha inversión los costes globales y los riesgos del cambio

climático equivaldrán a la pérdida de al menos un 5% del PIB global anual, teniendo en

16

cuenta una mayor diversidad de riesgos e impactos, las estimaciones de los daños podrían

alcanzar un 20% o más del PIB.

1.4.2 Efecto Invernadero

Los cuerpos emiten radiación, estos rayos o fotones son ondas electromagnéticas que

no necesitan ningún medio material para propagarse, más bien la materia dificulta su

avance. Dichas ondas electromagnéticas se caracterizan por su longitud de onda y también

por su frecuencia, siendo ambas inversamente proporcionales: una onda larga es de baja

frecuencia y una corta es de alta frecuencia. Se llama espectro electromagnético el o los

conjuntos total (o parcial) de ondas de diversas frecuencias (Garduño, 1998).

La luz (visible) es la radiación electromagnética más conocida, abarca cierto

intervalo del espectro y tiene colores diversos que van del rojo al violeta conforme su

frecuencia va aumentando. Más allá del violeta sigue, sucesivamente, según crece su

frecuencia, la radiación (o luz) ultravioleta, los rayos X y los gama (γ). Más cerca al rojo

están formadas, conforme disminuye la frecuencia, la radiación (o luz) infrarroja, las

microondas, las de TV y de radio (Garduño 1998).

La radiación emitida depende de la temperatura del cuerpo emisor en dos aspectos:

por un lado, la radiación aumenta conforme lo hace la temperatura, y por otro, su longitud

de onda disminuye cuando la temperatura sube. En la atmósfera y el clima actúan dos tipos

de radiación distintas: la luz (visible) originada por el Sol y la radiación infrarroja

(invisible) emitida por la Tierra.

La diferencia entre ellas se debe a la disparidad de temperatura: el Sol emite su

radiación como a 5.000 °C, en cambio los elementos de la Tierra (suelo, mar, casquetes

polares, capas atmosféricas, nubes, etc.) lo hacen a temperaturas bajas, por lo tanto existe

17

gran diferencia en su longitud de onda. A la radiación se la llama de onda corta, y a la

terrestre, de onda larga, constituyendo espectros diferentes (Toharia 1984 y Voituriez

1994).

Por estar a una cierta distancia del Sol y tener reflexión o albedo, la Tierra debe tener

una temperatura característica de equilibrio. Esa temperatura efectiva es el balance entre la

radiación solar (onda corta) absorbida por la Tierra y la emitida (onda larga) por ella

misma (Toharia, 1984).

El EI resulta de que el aire es (muy) transparente para la radiación de onda corta y

(muy) opaco a la de onda larga, por lo que la atmósfera es un filtro radiativo que deja pasar

los rayos solares, algunos de ellos son absorbidos por la superficie terrestre (y demás

componentes de la Tierra) que se calientan en consecuencia, y emiten la radiación terrestre,

que es detenida (absorbida) por la atmósfera y las nubes. Las capas atmosféricas (y nubes)

van sucesivamente absorbiendo, calentándose y remitiendo (hacia arriba y hacia abajo)

radiación térmica procedente de abajo, este fenómeno natural es por el cual la Tierra

experimenta un calentamiento (Franco, 2008).

Algunos gases permiten que la radiación solar pase a través de la atmósfera y

caliente la superficie terrestre evitando que la radiación que refleja la Tierra se escape al

espacio. Esto hace que la atmósfera y también la Tierra se mantengan calientes,

contribuyendo a la existencia de vida sobre nuestro planeta. El aumento desproporcionado

de gases, ha hecho que el EI aumente, lo que nos lleva al incremento constante de la

temperatura de la Tierra, como se muestra en la Ilustración 1:

18

Ilustración 1. Efecto Invernadero

Fuente: Portal del Cambio Climático

1.4.3 Gases de Efecto Invernadero

Los gases que conforman el 99% de la atmósfera son: el oxígeno (O2) con el 21% y

el nitrógeno (N2) con el 78%, pero ninguno de éstos tiene relevancia en el efecto

invernadero ya que son transparentes a la radiación terrestre, por lo tanto en el 1% restante

se encuentran GEI, formando así parte de la composición atmosférica.

Las principales fuentes naturales de GEI son los ecosistemas acuáticos y terrestres,

pero además existen emisiones antropogénicas (producidas por el hombre y sus actividades

económicas).

Estos GEI (dióxido de carbono, vapor de agua, metano, ozono, etc.) absorben

radiación en el infrarrojo y son transparentes a las radiaciones de mayor energía

(ultravioleta y visible) que llegan a la Tierra procedente de la radiación solar, pero

absorben gran parte de la radiación infrarroja reflejada por la superficie terrestre, emitiendo

energía y aumentando así la temperatura del planeta (Franco, 2008).

19

De acuerdo con su relación en la generación del forzamiento radiativo, los GEI se

dividen en dos tipos:

• GEI directos: que son los gases que inducen directamente al forzamiento

radiativo y calentamiento global. Así tenemos el Dióxido de carbono (CO2),

Metano (CH4), Óxido nitroso (N2O), Halocarbonos (Hidrofluorocarbonos

(HFCS), Perfluorocarbonos (PFCS), Hexafluoruro de azufre (SF6).

• GEI indirectos: son los que contribuyen indirectamente al forzamiento

radiativo por medio de su impacto en la química de la atmósfera, puesto que

pueden modificar la formación y/o vida atmosférica de los GEI directos o

contribuir a la formación de aerosoles. Así tenemos óxido de nitrógeno (NOx),

Monóxido de carbono (CO), Bióxido de azufre (SO2), Material Particulado

(MP) y Compuestos orgánicos volátiles no metánicos (COVNM).

Por acuerdo internacional se determinó que es indispensable controlar las emisiones

de seis de los GEI debido a su impacto en la atmósfera. Esto se aprobó en 1997 mediante el

texto del Protocolo de Kioto (PK). Los GEI más relevante son: CO2, CH4, N2O, HFCS,

PFCS, SF6 (Franco, 2008).

Según el último informe del IPCC 2013, las concentraciones atmosféricas de CO2,

CH4, N2O han aumentado a niveles sin precedentes en al menos los últimos 800.000 años.

Las concentraciones de CO2 han aumentado un 40% desde la era preindustrial,

principalmente de las emisiones de combustibles fósiles y en segundo lugar de las

emisiones netas de cambio de uso de la tierra. El océano ha absorbido cerca del 30% del

dióxido de carbono antropogénico emitido, provocando efectos de acidificación del océano

20

y aumento del 26% en la concentración de iones de hidrógeno, como indica la Ilustración

2:

Ilustración 2. Concentraciones de metano en la atmósfera

Fuente: Revista Nature Geoscience.

1.4.4 Contexto general de embalses en zonas tropicales

Los GEI de los embalses han estado siendo estudiados hace más de una década. En

particular, las altas emisiones de CH4 que se presentan en los sistemas cálidos han

cuestionado ésta tecnología como 100% libre de emisiones GEI. Las estimaciones fiables

de las emisiones de CH4 son relevantes, ya que CH4 tiene un potencial de calentamiento de

EI superior al del CO2. Hasta ahora, las emisiones de CH4 más altas de los embalses se han

medido en latitudes más cálidas, lo que añade un argumento en contra del uso de la energía

hidroeléctrica en estas regiones. Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero

se han medido sólo en 18 de las 741 grandes represas (> 10 MW, según el registro de The

21

International Commission on Large Dams (ICOLD) que figuran en los trópicos (Brasil,

Francia, Panamá, Australia)). (M. Demarty y J.Bastien 2012).

La descomposición de la vegetación inundada y la materia orgánica del suelo son

potencialmente una fuente importante de GEI en los embalses hidroeléctricos. Por lo tanto,

la fase inicial de las inundaciones se asocia con tasas particularmente altas, tanto la

actividad bacteriana y la producción de GEI. Por otra parte, las aguas del fondo y los

sedimentos de los embalses suelen ser anóxicos, principalmente en las regiones tropicales,

lo que contribuye a la producción de CH4. Los aportes de materia orgánica de los ríos

afluentes en forma continua, la producción de algas y la regeneración de plantas a lo largo

de las costas pueden llegar a ser las principales fuentes de carbono orgánico así el tiempo

de embalsamiento. Durante el proceso de envejecimiento, las emisiones tienden a

disminuir, se dan de manera exponencial en las etapas iniciales y disminuyen a un ritmo

más lento con el tiempo, más rápidamente en ambientes de aguas frías que en las cálidas

aguas (I. Lima, 2008).

22

2. SITUACION ENERGETICA DEL ECUADOR

2.1 Generalidades

La contabilidad energética muestra que la producción nacional, que constituye el

90% de la oferta energética total, está concentrada en un 96% en petróleo crudo y gas

natural, quedando las energías renovables (hidroelectricidad y biomasa) relegadas a un 4%.

(Plan Nacional del Buen vivir 2013).

En contrapartida, el segundo componente de la oferta energética, las importaciones,

son el 10% restante de la oferta, corresponden en más del 90% a derivados de petróleo

(GLP, diésel, nafta de alto octano y otros), además, dependiendo de las circunstancias se

importa electricidad y otros productos no energéticos.

Ecuador es, básicamente, un país petrolero. La importancia de este sector es crucial

en el desarrollo ya que las variaciones del precio del petróleo dictaminan el devenir anual

de la economía. El país, además de ser exportador de bienes primarios de bajo valor

agregado se caracteriza por ser importador de bienes industrializados, ocupando los

derivados del petróleo gran parte de estas importaciones, ya que el país no cuenta con una

adecuada estructura para refinación. Esta falta de desarrollo en la industria hidrocarburífera

(y en el sector industrial en general) origina grandes desequilibrios en su balanza

comercial. Estos datos confirman el grado de dependencia hacia el petróleo como fuente de

producción, oferta y demanda de energía, la cual se destina en su mayoría al sector

transporte.

Gran parte de la generación eléctrica proviene de la hidroelectricidad, la cual se

espera incremente en el mediano plazo con el inicio de operación de hidroeléctricas

ubicadas a lo largo del país, las cuales están actualmente en construcción. Con lo que se

23

lograría autoabastecimiento eléctrico en que permita el cese de la importación de

electricidad (incluso se contempla exportar electricidad) gracias al gran potencial hídrico

presente en el país, especialmente en la vertiente amazónica, además del incremento de la

participación de ésta como fuente de consumo de energía final a nivel nacional. Al 2012, la

capacidad instalada en Ecuador como indica la Tabla 1:

Tabla 1. Datos de la capacidad efectiva de generación al 2012 Ecuador

Capacidad efectiva de generación MW %

Energía Renovable (ER) 2.341,50 46%

Energía no Renovable (ENR) 2.738,83 54%

Total de capacidad instalada 5.080,33 100%

S.N.I Autónomo 5.080,33 89%

Interconexión (Ecuador-Colombia) 635 11%

S.N.I. + Interconexión 5.715,33 100%

Fuente: Ministerio de Electricidad y Energías Renovables Ecuador

Ilustración 3. Capacidad instalada al 2012 en Ecuador

Fuente: Elaboración propia

24

Con una producción anual (2012) según la Tabla 2 de:

Tabla 2. Generación por tecnología de Ecuador

Sistema / Tipo de Central Potencia Nominal

(MW) Potencia Efectiva

(MW)

S.N.I.

Hidráulica 2.238,30 2.211,54

Térmica 625,48 558,09

Térmica Turbogas 976,74 897,50

Térmica Turbovapor 446,00 443,00

Térmica Turbovapor * 101,30 93,40

Total S.N.I. 4.387,82 4.203,53

Total no

incorporado

Eólica 2,40 2,40

Fotovoltáica 0,02 0,02

Hidráulica 4,11 3,65

Térmica MCI 634,08 464,40

Térmica Turbogas 102,25 76,40

Térmica Turbovapor 12,00 11,00

Total no incorporado 754,86 557,87

Total general 5.142,68 4.761,39

* Generación por Biomasa (bagazo de caña)

Ilustración 4.Composición de generación por tecnología y proyección al 2022

Fuente: Plan estratégico de electrificación 2012-2021

25

Ecuador cuenta con importantes recursos energéticos renovables y no renovables,

entre los que se destacan el solar e hídrico, por el gran potencial que presentan y, el

petróleo, por ser actualmente la principal fuente de ingresos de divisas del país. El balance

de energía disponible al 2009, elaborado por la OLADE2, muestra que el consumo de

energía “no comercial” (leña, residuos vegetales, entre otros) representó alrededor del 4%

del consumo final de energía. Sin embargo, los requerimientos energéticos del país son

abastecidos mayoritariamente por hidrocarburos fósiles, los que suplieron el 82% de la

demanda de energía, mientras que los consumos de electricidad y otros (no energéticos)

correspondieron a 11% y 3%, respectivamente.

El sector transporte es el de mayor consumo energético a nivel nacional, con una

participación del 61% de la demanda total de energía, mientras que a los sectores

residencial, industrial, comercial, agro-pesca-minería y construcción entre otros, les

corresponde el 18%, 16%, 3%, 1% y 1% (Plan estratégico de electrificación 2012-2021)

como se presenta en la Ilustración 5:

Ilustración 5. Consumo Energético Nacional (Ecuador)


2 Organización Latinoamericana de Energía

26

Adicionalmente, el comportamiento del PIB y la demanda eléctrica, son los que

mejor explican el comportamiento de la economía, por su alto grado de penetración en la

estructura del consumo intermedio. De acuerdo al plan nacional de electrificación al 2012

del CONELEC3, la economía ha tenido un crecimiento. En los países desarrollados, el

objetivo en el nivel energético es producir más con la menor cantidad de energía posible,

es decir, que el producto interno bruto (PIB) crezca de manera independiente que el

consumo de energía. En Ecuador esta situación es totalmente contraria, puesto que la curva

de demanda y el PIB como se muestra en la Ilustración 6 no logran desacoplarse.

Ilustración 6. Tasa de variación del PIB y demanda de energía eléctrica (Ecuador)


2.2 Energía Hidroeléctrica en Ecuador

Las especiales condiciones geomorfológicas del Ecuador, debidas a la presencia de la

cordillera de Los Andes que divide al territorio continental en dos redes fluviales que

desembocan una hacia el Océano Pacífico y otra hacia la llanura Amazónica, establecen un

3 Consejo Nacional de Electrificación

27

alto potencial hidroeléctrico que debe ser desarrollado de forma coordinada en función de

la complementariedad hidrológica que presentan dichas vertientes (CONELEC, 2012).

El desarrollo de la hidroelectricidad en el Ecuador ha tenido una gran importancia y

actualmente según el MEER al 2013, el país cuenta con una potencia hidráulica instalada

(embalse y pasada) de 2.219 MW, lo que significa alrededor del 44% de la potencia

eléctrica total instalada. El Ecuador posee 11 sistemas hidrográficos (de los 31 existentes),

con un potencial teórico de 73.390 MW. Luego de estudios de factibilidad económica, se

estimó una potencia aprovechable de 21.520 MW, 90% en la vertiente Amazónica y 10%

en la vertiente del Pacífico.

En 2007, el 88 % de la capacidad hidroeléctrica estuvo distribuida en las siguiente

plantas de generación Hidroeléctrica: Paute (1.075 MW), San Francisco (230 MW), Marcel

Laniado (Daule-Peripa) (213 MW), Agoyán (156 MW) y Pucará (74 MW), ubicadas en la

cuenca del Amazonas, la temporada de lluvias se produce generalmente entre abril y

septiembre, la estación seca es entre octubre y marzo, por ello el mantenimiento de las

plantas hidroeléctricas se programa para la temporada seca.

Al 2016 se estima que con la puesta en servicio de los 2.773 MW (MEER, 2012), la

potencia instalada con que contará el país representará más del doble de la demanda

máxima actual del Ecuador. El proyecto más importante es Coca Codo Sinclair

(Sucumbíos y Napo de 1.500 MW) que hasta julio de este año ha avanzado un 48% e

iniciará sus operaciones en enero de 2016. Luego el proyecto Sopladora (Azuay y Morona

Santiago de 487 MW) que en el mismo período cuenta con un avance del 34% y que

operará en diciembre de 2014. Minas San Francisco (Azuay y El Oro con 270 MW)

registra un avance del 12% y operará en diciembre de 2015, Toachi Pilatón (Pichincha,

28

Santo Domingo de los Tsáchilas y Cotopaxi con 253 MW) con un avance del 32% y

funcionará desde abril de 2015. Estos proyectos y otros que se detallan en la Tabla 3 los

que permitirán duplicar la capacidad histórica instalada en hidroelectricidad.

Tabla 3. Nuevos proyectos de generación hidroeléctrica al 2016 en Ecuador


Se espera que al 2016 el 93%4 de la matriz de generación eléctrica sea de origen

Hidráulico, lo que dará al país la independencia eléctrica que necesita para poder seguir en

el proceso para ser un país desarrollado.

2.3 Costos de inversión y generación por tecnologías

La Tabla 4 entrega una estimación de costos de desarrollo para diferentes alternativas

de generación eléctrica. Estos valores incorporan los puntos importantes como factor de

planta y costos de transmisión. Se debe considerar que son una estimación del valor

promedio de desarrollo que cambia rápidamente con el tiempo.

4 Plan estratégico de electrificación 2012-2021

Hidráulica ene-16 1.500 8.743

Hidráulica abr-15 253 1.120

Hidráulica dic-14 487 2.800

Hidráulica dic-15 50 355

Hidráulica oct-14 60 341

Hidráulica dic-15 270 1.290

Hidráulica feb-14 21 125

Hidráulica dic-15 115 904

2.756 15.678Total

Pichincha e Imbabura

Delsitanisagua Zamora Chinchipe

COCA SINCLAIR

CELEC EP

CELEC EP

CELEC EP

CELEC EP

CELEC EP

CELEC EP

CELEC EP

Manduriacu

Minas San Francisco

Mazar-Dudas

Sucumbíos y Napo

Pichincha, Santo Domingo y Cotopaxi

Azuay y Morona Santiago

Napo

Azuay y El Oro

Cañar

Potencia

(MW)

Energía

(GWh/año)

Coca Codo Sinclair

Toachi-Pilatón

Sopladora

Quijos

Nombre Tipo Ubicación (Provincia) Empresa Ejecutora Inicio de

operación

29

Tabla 4. Costos de inversión y generación por tecnología

Tecnología Factor de

planta Inversión

US$/KW

Costos de

Operación

US$/MWh

Solar Térmico 28% 3.000 12

GNL 855% 1.000 86

Biomasa 85% 3.100 60

Eólica 29% 2.500 7,7

Nuclear 90% 4.000 20

Carbón 85% 2.350 44

Geotérmica 85% 3.550 12

Hidro pasada 70% 2.500 3

Hidro embalse 70% 2.500 1,5

Fuente: Central de información y discusión de energía en Chile

30

3. PROBLEMAS AMBIENTALES ASOCIADOS A EMBALSES

HIDROELECTRICOS

3.1. Clasificación de los embalses

La clasificación de los embalses se puede hacer según su función y según su tamaño,

de la siguiente manera:

Según su función

Embalses de acumulación: retienen excesos de agua en períodos de alto

escurrimiento para ser usados en épocas de sequía.

Embalses de distribución: no producen grandes almacenamientos pero facilitan

regularizar el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de

tratamiento o estaciones de bombeo.

Pondajes: pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas en

horario punta (Meyer J, 1993).

Según su tamaño

La clasificación de los embalses de acuerdo al tamaño y área inundada según

Zhelezniakov G (1984), desde el punto de vista técnico se indica en la Tabla 5:

Tabla 5. Clasificación de embalses según volumen y área inundada

Categoría Volumen (106 m

3) Área (km

2)

Pequeños 10 a 100 2 a 20

Medianos 100 a 1.000 20 a 100

Grandes 1.000 a 10.000 100 a 500

Muy Grandes 10.000 a 50.000 500 a 5.000

Gigantes > 50.000 > 5.000


31

A pesar que los embalses tienen características de construcción y funcionamiento

similares, éstas cambian principalmente según el clima de la zona donde están ubicados.

Los principales climas según la clasificación climática de Köppen son:

Tropicales: las temperaturas medias son superiores a los 18°C y las precipitaciones

que se presentan en estos climas son mayores a los niveles de evaporación.

Seco: las precipitaciones anuales son menores que la evaporación.

Templado: las precipitaciones superan a la evaporación. La temperatura media del

mes más frío se encuentra entre los 3 y los 18°C; la temperatura mínima del mes

más cálido es mayor que 10°C.

Templado frío: se diferencia del clima templado en que las temperaturas del mes

más frío son inferiores a los 3°C.

Polar o boreal y de alta montaña: la temperatura media del mes más cálido es

inferior a los 10°C.

Estas clasificaciones ayudan a entender el comportamiento de los embalses. Por

ejemplo, debido a las altas temperaturas y las abundantes lluvias, lo que lleva a un aporte

constante de nueva materia orgánica, los embalses tropicales tienden a ser más eutróficos.

Los embalses ubicados en las zonas de alta montaña, tienen poca intervención del hombre

en la calidad de sus aguas, sumando a esto las bajas temperaturas presentes, pueden

mantener un estado oligotrófico por un tiempo prolongado, a pesar de sus abundantes

precipitaciones (I. Lima, 2008).

32

3.2. Impactos ambientales generales

La construcción de centrales hidroeléctricas trae consigo una serie de impactos

ambientales que alteran el área donde están emplazados. La alteración de los sistemas

naturales es el principal impacto que los embalses provocan. Entre los sistemas que están

directamente afectados se distinguen el hidrológico, que afecta la biota acuática, y el

terrestre, el que por medio de la inundación de secciones de bosques y vegetación, afecta

áreas donde habitan distintas especies de fauna y, eventualmente, de comunidades

humanas. Los principales usos de los embalses son:

Generación de energía;

Abastecimiento para agua de riego;

Control del caudal de la crecida de agua de un río;

Regularización del caudal de las aguas de escurrimiento;

Usos recreativos o estéticos;

Pesca, caza y acuicultura;

Alimentación para agua de consumo;

Combinaciones entre los usos antes mencionados.

3.3. Estado trófico de los embalses

El estado trófico de un cuerpo de agua describe la productividad del ambiente

acuático. Según la OCDE5 se refiere a un enriquecimiento de las aguas en sustancias

nutritivas que conduce, generalmente, a modificaciones sintomáticas tales como aumento

de la producción de algas y otras plantas acuáticas, deterioro de la calidad del agua y del

5 Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico

33

ecosistema acuático, así como de la aptitud para satisfacer la mayoría de sus posibles usos.

El estado trófico se clasifica de tres maneras:

Oligotrófico: pobre en nutrientes, con aguas claras y transparentes, por lo que la luz

penetra bien, poca presencia de algas y animales. Esta es una característica que

prevalece generalmente en lagos o embalses andinos (Vila, 1986);

Mesotrófico: aguas con poca transparencia y escasa profundidad;

Eutrófico: gran cantidad de nutrientes en las aguas, elevado crecimiento de algas,

alta presencia de materia orgánica, aguas turbias, baja presencia de oxígeno.

3.3.1 Embalses eutróficos

La eutrofización es un impacto ambiental que se produce en los embalses de manera

natural, este se ve acelerado por el manejo de las hoyas hidrográficas y la inserción de

contaminantes a las aguas por parte del medio antrópico. Si un cuerpo de agua se eutrofiza

puede causar la emisión de gases a la atmósfera.

La eutrofización de un embalse es una alteración que está totalmente relacionada con

la construcción de estos y a su explotación, ya que a diferencia de los lagos, los embalses

deben procesar de manera muy rápida grandes cantidades de materia orgánica, lo que

provoca que se eutroficen con facilidad. Debido a la existencia de diferentes tipos de

embalses, la eutrofia se manifiesta con diferentes intensidades, según las características

propias de cada uno de ellos (Palau, 2003).

Los nutrientes que más influyen en la eutrofización de las aguas son los nitratos y los

fosfatos. En condiciones naturales, el aporte de fosfato a un cuerpo de agua es de menos de

1kg por hectárea al año. Según Palau, actualmente, debido a los residuos líquidos de la

industria y población humana esa cantidad ha aumentado, se cree que ha llegado a ser el

34

doble en las últimas décadas. La eutrofización afecta además de las aguas del embalse, a

las aguas abajo de éste y por lo mismo, a toda la vida acuática que ahí se desarrolla.

Algunas de las consecuencias de la eutrofia en los cuerpos de agua son:

Crecimiento excesivo de las poblaciones de algas y plantas acuáticas;

Aguas con coloración verdosa y poco transparente;

Disminución de las cantidades de oxígeno disuelto;

Presencia de productos tóxicos, produciendo malos olores y sabor a las aguas; y

Cambio en las poblaciones de peces y fauna.

3.4. Emisiones de GEI desde embalses

El CO2 se forma por la descomposición del carbono orgánico presente en el embalse.

Las principales fuentes de este carbono son la vegetación y los suelos inundados al llenarse

por primera vez el embalse, la materia orgánica transportada por el río (proveniente de

ecosistemas naturales, granjas o aguas residuales de las ciudades), el plancton y las plantas

acuáticas que nacen y mueren en el embalse, la vegetación que crece en el suelo

temporalmente expuesto durante periodos en los que el embalse se encuentra con poco

agua. Estos absorben CO2 atmosférico mediante el proceso de fotosíntesis de las plantas

acuáticas y el plancton, lo que en ocasiones puede superar las emisiones de CO2 (Cardó,

2009).

El CH4, está formado por bacterias que descomponen la materia orgánica de aguas

con bajo contenido de oxígeno y de los sedimentos presentes en el fondo del embalse. La

capa de agua que se encuentra en la parte más profunda de los embalses tropicales tiene

cantidades reducidas de oxígeno. Una porción del metano se oxida convirtiéndose en CO2

al subir a la superficie de embalse.

35

Los embalses tropicales con poca cantidad de agua en los que las burbujas tienen

menos tiempo para oxidarse tienden a aportar las más altas emisiones de CH4.

El N2O es un potente GEI formado por la ruptura bacteriana del nitrógeno. Se han

realizado solamente algunas mediciones cuantificando los flujos de óxido nitroso en los

embalses. Se descubrió que las emisiones eran inferiores en las regiones boreales, pero

significativas en los embalses tropicales (Guérin et al. 2008). Esto sucede en embalses que

se encuentren en un estado eutrófico. En las últimas décadas estas emisiones han empezado

a ser estudiadas debido a la importancia que tienen sobre el efecto invernadero y el

calentamiento global.

A pesar que el CH4 se produce naturalmente, en la actualidad el 70% de las

emisiones de este gas están causadas por el hombre (Meyer, 1993). El IPCC ha calculado

que los embalses y lagos son responsables del 22% del total de las emisiones de metano

mundiales.

Los estudios realizados por Iván Lima, científico brasilero dedicado al estudio de

emisiones desde embalses, indican que las emisiones de CH4 producidas por embalses de

las grandes centrales hidroeléctricas alrededor del mundo, alcanzan una cantidad de 2.184

millones de toneladas de CO2 equivalente (I. Lima, 2008). Por esta razón, los embalses son

considerados como la mayor fuente de emisiones de GEI causadas por el hombre. Las

emisiones de gases desde los embalses varían dependiendo de distintos factores, entre ellos

se encuentra la estacionalidad. En verano las emisiones aumentan notablemente con

respecto al invierno, aquí no sólo influye la temperatura, sino también la descomposición

de nueva materia orgánica, la que fue introducida durante el invierno.

36

3.4.1. Emisiones de CH4

Los flujos de CH4 en la superficie del depósito, particularmente a través de burbujeo,

son más pequeños en aguas más profundas, ya que tienen una mayor probabilidad de ser

oxidado antes de llegar a la interfaz agua-aire (Keller y Stallard 1994; Joyce y Jewell

2003). Grandes y profundos reservorios tropicales a menudo son térmicamente

estratificados, con un gradiente térmico aproximadamente de 10 metros por debajo de la

superficie, lo que impide la mezcla de agua y de difusión entre las aguas profundas y poco

profundas (Fearnside, 2004). Esta situación favorece un perfil de concentración de CH4

que aumenta rápidamente con la profundidad hasta que se alcance el nivel de saturación

local, siguiendo un patrón que puede diferir de una reserva a otra, o incluso dentro del

mismo depósito. Esta variabilidad depende de la cantidad de materia orgánica inundada,

insumos alóctonos y condiciones redox del agua.

Las concentraciones de CH4 también fluctúan con el tiempo de tal manera que se

correlaciona con las variaciones del clima tales como la temperatura y las precipitaciones

(Lima 2005; Nozhevnikova et al 1997). El principal componente aportado por los embalses

boreales al calentamiento es el CO2 emitido, mientras que en el caso de las superficies de

los embalses tropicales son las burbujas de CH4.

Las tomas de agua de los embalses generalmente se encuentran muy por debajo de la

superficie y la concentración de CH4 aumenta fuertemente con la profundidad, gran parte

del CH4 disuelto se desgasifica rápidamente cuando la presión cae a medida que el agua

pasa a través de las turbinas. Esto se compara con ley de Henry, que establece que, a una

temperatura constante, la concentración de un gas soluto en una solución es directamente

proporcional a la presión parcial de este gas por encima de la solución.

37

Dentro de las emisiones de metano, éstas se pueden generar en los ecosistemas

acuáticos de tres maneras diferentes:

Emisiones difusas: emitidas por la difusión molecular a través de interfaz aire-agua.

Estas emisiones son muy importantes, ya que las emisiones de GEI se estiman por

cada m2. Estas emisiones serán llamadas Nivel 1 en el desarrollo del informe.

Emisiones por burbujas: estas emisiones de gas provienen de la interfaz sedimento-

agua, son también conocidas como emisiones de gas provenientes del sedimento a

través de la columna de agua mediante burbujas. Esta vía de emisión es muy

importante, en particular en las regiones templadas y tropicales, también en

embalses que llevan poco tiempo inundado. Estas emisiones se llamarán Nivel 2 en

el desarrollo del informe.

Emisiones de desgasificación: estas emisiones de los embalses se deben a un

cambio en la presión hidrostática y de la creciente variación de la superficie de

intercambio aire/agua después que el agua pasa por turbinas o desagües (IPCC,

2007). Esta es una vía muy importante de emisiones de CH4 de los embalses

tropicales jóvenes, alcanzando el 40 % en un embalse de nueva años de edad

(Delmas et al., 2005). Estas emisiones se llamarán Nivel 3 en el desarrollo del

informe.

En la Ilustración 7 se puede apreciar las emisiones mencionadas anteriormente:

38

Ilustración 7. Factores que influyen en emisiones de GEI en embalses

Fuente: IPCC, 2007.

Para calcular con precisión el aporte al calentamiento global se requiere analizar el

ciclo de vida de una represa, incluyendo los impactos de la construcción y su posterior

desmantelamiento. Durante la construcción de la represa se emiten gases de efecto

invernadero debido al uso de combustibles fósiles en la maquinaria y la producción de los

materiales de construcción, en particular el cemento. Las emisiones de la construcción

podrían constituir un componente importante en las emisiones totales de una represa

boreal, pero probablemente insignificante en comparación con el total de las emisiones de

un proyecto tropical.

El desmantelamiento de una represa puede resultar en la movilización de una

importante cantidad de sedimentos acumulados, pudiendo generar un gran pulso de

emisiones de carbono equivalente (I. Lima, 2008).

39

4. METODOS DE EVALUACION PARA EMISIONES DE METANO

4.1. Contexto general

Con base en la literatura revisada, las emisiones de CH4 proveniente de la generación

eléctrica a partir de energía hidráulica (con exclusión de los embalses tropicales) son

menores que para las tecnologías de combustibles fósiles. Los rangos de emisión GEI del

ciclo de vida para las tecnologías de energía hidroeléctrica y combustibles fósiles se

presentan en la Tabla 6:

Tabla 6. Emisión de GEI por tipo de combustible para la generación eléctrica

Tecnología Tasa de emisiones GEI

6

Instalación hidroeléctrica (de pasada o embalse no

tropical) 0,5 -152

Instalación hidroeléctrica (sólo depósito recién

inundado, boreal) 160 -250

Instalación hidroeléctrica (embalses tropicales) 1.300 -3.000

Planta eléctrica a gas natural 400 -500

Planta de energía de gasoil 790 - 900

Planta de energía a carbón 900 -1.200

Fuente: Hydropower Greenhouse Gas Emissions, 2012

Las principales fuentes de emisiones de GEI para la energía hidroeléctrica son la

construcción de las instalaciones, y la biomasa en descomposición en la inundación del

depósito (Hydropower Greenhouse Gas Emissions 2012). Con las diferencias

metodológicas, la descomposición de la biomasa es la principal fuente de incertidumbre

en las estimaciones de las emisiones de GEI; la tasa de descomposición es también

altamente dependiente no sólo en la zona de clima (por ejemplo, tropical, boreal, etc.),

6 La equivalencia en dióxido de carbono (CO2) de los seis gases de efecto invernadero regulados en el

Protocolo de Kioto: dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, perfluorocarbonos, hidrofluorocarbonos y

hexafluoruro de azufre

40

sino también en los aspectos específicos del bioma inundado (por ejemplo, río,

humedales, bosques, etc.).

Según Beerten et al. 2009, las emisiones de GEI se analizan junto con el uso

indirecto de energía, ya que la mayoría de las emisiones son el resultado de la utilización

de la energía en las diferentes etapas del proceso.

En el último informe WNA, 2011 sobre las emisiones de GEI del ciclo de vida para

diversas fuentes de generación de electricidad, publicados por organismos internacionales,

agencias gubernamentales y universidades. Las conclusiones de este informe en cuanto a la

intensidad de GEI del ciclo de vida se resumen en la Tabla 7:

Tabla 7.Rango de las emisiones de GEI de las diferentes tecnologías de generación de electricidad

Tecnología Las emisiones de gases de efecto invernadero, en t CO2 eq / GWh

Media Rango inferior Rango superior

Lignito 1.054 790 1.372

Carbón 888 756 1.310

Petróleo 733 547 935

Gas Natural 499 362 891

Solar PV 85 13 731

Biomasa 45 10 101

Nuclear 29 2 130

Hidroelectricidad 26 2 237

Viento 26 6 124

Fuente: WNA, 2011

En general, las GEI del ciclo de vida por unidad de producción de energía

eléctrica son más bajos para la energía hidroeléctrica que para las fuentes de

combustibles fósiles (aunque en algunos casos los rangos de emisiones netas

41

hidroeléctricas pueden ser casi 2/3 de los de una central eléctrica de gas natural,

(Demarty y Bastien 2011)).

Los estudios recientes han demostrado, además, que, durante los primeros años

después de la creación de embalses, las emisiones de GEI en hidroeléctricas pueden ser

superiores a las emisiones anuales de algunas fuentes de combustibles fósiles (Farrèr,

2007), teniendo en cuenta los rangos de emisión de GEI más bajos reportados en

estudios anteriores. Que disminuyan con el tiempo la cantidad máxima de emisiones

de CH4 en los embalses recién inundados es incierto.

Además, cada GEI se degrada químicamente con el tiempo en la atmósfera o se

absorbe poco a poco en el océano o en otro ciclo geoquímico terrestre. Por ejemplo,

durante el primer año, la emisión de una tonelada de CH4 emitido a la atmósfera tiene

72 veces el potencial de calentamiento atmosférico como una tonelada de CO2 emitida

a la vez, mientras que sólo tiene 21 veces el potencial de calentamiento atmosférico de

CO2 durante un período de 100 años después de la emisión, esto se debe a los ciclos de

CH4 de la atmósfera son más rápido que el del CO2 durante 500 años (IPCC, 2007).

El CO2 es emitido por el desarrollo y el funcionamiento de los generadores

fósiles, así como en la energía hidroeléctrica, y cierta cantidad de CH4 es emitido por

algunas tecnologías de combustibles fósiles. Tanto el CO2 y el CH4 son producto de la

descomposición de la biomasa en los embalases de hidroeléctricas, cada GEI tiene una

eficacia diferente, cuantitativa, para atrapar el calor en la superficie de la tierra, esta

eficacia se conoce como Potencial de Calentamiento Global (GWP) de la sustancia.

Para poder comparar las emisiones de CO2 y CH4 se utiliza el CO2 equivalente,

que es una medida utilizada para comparar las emisiones de diversos gases de efecto

42

invernadero en base a su Potencial de Calentamiento Global (GWP). El CO2

equivalente para una cantidad dada de un gas se obtiene multiplicando el peso de los

gases emitidos por el GWP del gas.

(1)

Tabla 8. Potencial de Calentamiento Global

Potencial del Calentamiento Global

(GWP) de GEI

GEI GWP

CO2 1

CH4 21

N2O 310

Fuente: Environmental Protection Agency

4.2. Métodos evaluados

Dentro de los métodos evaluados se encuentran los propuestos por el IPCC en el

2007, dentro de la publicación de directrices del IPCC para los inventarios de nacionales

de gases de efecto invernadero. Estas estimaciones se realizan separando los niveles de

emisiones, los que se describieron en el capítulo anterior.

Emisiones difusas (Nivel 1):

(2)

Dónde:

Emisiones de CH4: Gg/año

P: período libre de hielos

E (CH4) Difusas: promedio diario de emisiones difusas

43

En este modelo se deben considerar sólo las emisiones durante periodos libres de

hielo, ya que se toman como nulas las emisiones del periodo donde exista una capa de

hielo sobre la superficie de los embalses.

Emisiones por burbuja (Nivel 2):

( )

(3)

Dónde:

Emisiones de CH4: kg/año

Pf: período libre de hielos

Pi: período cubierto de hielos

Ef (CH4) Difusa: promedio diario de emisiones difusas provenientes de la interfaz aire-agua

durante el período libre de hielos.

Ef (CH4) burbujas: promedio diario de las emisiones por burbuja proveniente de interfaz aire-

agua durante el período.

Ei (CH4) burbujas: emisiones por burbuja relacionadas con el período cubierto de hielos.

Para realizar este cálculo, se realiza una tabla de valores para el promedio diario

de las emisiones difusas provenientes de la interfaz aire-agua según el clima en el

sector donde está ubicado el embalse. Los resultados de estas estimaciones se deben

tomar con cautela, ya que dependen totalmente de otros factores que pueden alterar los

resultados como se presenta en la Tabla 9:

44

Tabla 9. Valores promedio de emisiones difusas según condiciones climáticas

Fuente: IPPC 2007

Al comparar ambos métodos, se ve que el de Nivel 2 es mucho más preciso, pero

necesita llevar un estudio con muestreo que ciertas variables, como lo son los

sedimentos de los embalses. Para calcular los flujos de gases desde los sedimentos se

puede utilizar la primera fórmula de difusión de Fick (Adams, et al., 2000). Esta se

lleva cabo con datos obtenidos del monitoreo a los sedimentos de embalses o lagos.

(4)

Dónde:

J: flujo difuso del gas proveniente de la interfaz sedimento-agua

φ: porosidad del sedimento

θ: tortuosidad

Do: coeficiente de difusión del gas en el agua

Clima

Emisiones difusas(período libre de

hielos (kg CH4/ha x día)

Media Mínima Máxima

Polar/boreal muy húmedo 0,086 0,011 0,30

Templado frío húmedo 0,061 0,001 0,20

Templado cálido húmedo 0,150 -0,050 1,10

Templado cálido seco 0,044 0,032 0,09

Tropical muy húmedo 0,630 0,067 1,30

Tropical seco 0,295 0,070 1,10

45

Emisiones por desgasificación (Nivel 3):

Para conocer las emisiones de este nivel se necesita realizar una clasificación de los

embalses, donde a través de ciertas características se puede saber si sus emisiones son

importantes o insignificantes. Algunas de las características necesarias para realizar esta

clasificación son:

Zona climática

Tipo de suelo

Edad del reservorio

Morfología

Régimen de gestión

Variaciones de la profundidad

Corriente de agua

Variabilidad estacional

Además, se debe considerar la forma del embalse, la que condiciona la manera de

circular y de desplazarse del agua en su interior, lo que influye directamente con las

emisiones de GEI (Armengol, 2000). La edad del embalse también es importante, ya que

cuando están recién inundados, el carbono que se encuentra en hojas y basura, se

descompone rápidamente, mientras que la descomposición de los troncos y materia

orgánica poco biodegradable se realiza con posterioridad y lentitud.

La entrada de materia orgánica y nutrientes a los embalses acelera la proliferación de

plantas acuáticas, las cuales al realizar la fotosíntesis captan la energía luminosa que

procede del sol y la convierte en química. Con esta energía, el CO2, el agua y los nitratos

que las plantas absorben reaccionan, sintetizando moléculas de carbohidratos, lípidos,

46

proteínas y ácidos nucleicos, que forman las estructuras de las plantas (Cardó, 2009). Pero

en las noches se realiza la respiración de las plantas, proceso en el que desprenden CO2 y

agua.

4.3. Embalses evaluados

Para la estimación de las emisiones de CH4 en embalses ecuatorianos, se toma en

consideración los embalses que están en funcionamiento en la actualidad como el

Embalses Amaluza, Embalse Mazar, Embalse Daule-Peripa, Embalse Pisayambo-Pucará y

el Embalse Compensador del Proyecto Hidroeléctrico Coca Codo Sinclair que está en

construcción y entra en funcionamiento en el 2016. Hidroagoyán no ha sido evaluado,

puesto que es una central de pasada.

4.3.1. Embalse Amaluza (Hidroeléctrica Paute-Molino)

La Central Hidroeléctrica Paute Molino, o comúnmente conocida como represa

Paute (Embalse Amaluza) tiene una capacidad de almacenamiento de ciento veinte

millones de metros cúbicos (120 Hm3) con un volumen útil de cien millones de metros

cúbicos (100 Hm3), ubicada en el río Paute, a 115 kilómetros de Cuenca, es la generadora

hidroeléctrica más grande del país a la actualidad, contribuyendo con la mayor cantidad de

energía eléctrica 1.075 MW, cuyas características se mencionan en la Tabla 10:

47

Ilustración 8. Embalse Amaluza, central hidroeléctrica Paute-Molino

Fuente: CELEC

Tabla 10. Información Embalse Amaluza

Embalse Amaluza

Provincia Cañar, Chimborazo, Azuay y Morona Santiago

Región Austral

Área Inundada 16 km2

Año de puesta en servicio 1983

Volumen embalsado 120.000.000 m3

Ríos Paute

Clima Templado cálido húmedo

Temperatura del agua 15,4 °C

m.s.n.m. (máx.) 1.191

m.s.n.m. (min.) 1.935

Generación Anual 4700 GWh


4.3.2. Embalse Mazar (Hidroeléctrica Paute-Molino)

La Central Hidroeléctrica Mazar constituye el primer aprovechamiento aguas arriba

de la cuenca del río Paute, ubicándose en las inmediaciones de la unión de este río con el

río Mazar, aguas arriba del embalse Amaluza, que almacena el volumen de agua para la

Central Hidroeléctrica Paute Molino (1.075 MW).

El proyecto Mazar está ubicado al Sur Oeste del Ecuador, entre los límites de las

provincias de Azuay y Cañar, situado aguas arriba del embalse Amaluza, tendrá una

48

capacidad instalada de 160 MW, constituido por una presa de enrocado con pantalla de

hormigón que forma un embalse de cuatrocientos diez millones de metros cúbicos (410

Hm3). El volumen muerto del embalse formado por la presa de Mazar de aproximadamente

101 Hm3, será capaz de alojar los sedimentos durante el período de 50 años de

funcionamiento del proyecto, las características principales se mencionan en la Tabla 11.

Ilustración 9. Embalse Mazar, central hidroeléctrica Paute-Molino

Fuente: CELEC

Tabla 11. Información embalse Mazar

Embalse Mazar

Provincia Azuay

Región Austral




Ríos Paute

Clima Templado cálido húmedo

Temperatura del agua 12,9 ° C

m.s.n.m. (máx.) 2.165

m.s.n.m. (min.) 2.153



49

4.3.3. Embalse Pisayambo-Pucará (Hidroeléctrica Pisayambo-

Pucará)

El proyecto Pisayambo fue concebido para aprovechar una zona lacustre, localizada

en la Cordillera Oriental de los Andes, en la provincial del Tungurahua. El embalse está

ubicado dentro del Parque Nacional Llanganates. La central hidroeléctrica Pucará de 74

MW aporta con 230 GWh de energía promedio anual, con un volumen de noventa millones

de metros cúbico (90 Hm3), como se indica la Tabla 12.

Ilustración 10.Embalse Pisayambo, central hidroeléctrica Pisayambo-Pucará

Fuente: CELEC

Tabla 12. Información embalse Pisayambo

Embalse Pisayambo-Pucará

Provincia Tungurahua

Región Sierra




Ríos Agualongopungo / El Milín / El Roncador / El Tambo

Clima Templado frío húmedo

Temperatura del agua 13,4 °C

m.s.n.m. (máx.) 3.537

m.s.n.m. (min.) 3.094



50

4.3.4. Embalse Daule-Peripa (Hidroeléctrica Marcel Laniado)

La represa Daule-Peripa, obra del proyecto de Propósito Múltiple "Jaime Roldós

Aguilera" permite la regulación y el control del comportamiento del agua.

Geográficamente está ubicada en el punto de cierre de los ríos Daule y Peripa, consiste en

un terraplén de 78 metros sobre el lecho del río, este embalse se alimenta en gran parte del

50% de agua que produce la sub cuenca del río Daule. La Central hidroeléctrica con 213

MW, tiene un embalse que inunda aproximadamente 34 mil hectáreas de tierra,

perteneciente al territorio de cuatro provincias: Los Ríos, Manabí, Santo Domingo de los

Tsáchilas y Guayas. Su capacidad de almacenamiento es de 6.000 millones de metros

cúbicos (6.000 Hm3), con una generación anual de 980 GWh, como indica la Tabla 13.

Ilustración 11. Embalse Daule Peripa, central hidroeléctrica Marcel Laniado

Fuente: CELEC

51

Tabla 13. Información embalse Daule- Peripa

Embalse Daule Peripa

Provincia Los Ríos, Manabí, Santo Domingo, Guayas

Región Costa



Volumen embalsado 6.000.000.000 m3

Ríos Pastaza

Clima Tropical Húmedo

Temperatura del agua 26 °C

m.s.n.m. (máx.) 505,56

m.s.n.m. (min.) 452,67



4.3.5. Embalse Compensador (Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair)

El proyecto hidroeléctrico Coca Codo Sinclair, está en construcción en la región

Amazónica del Ecuador, en las provincias de Napo y Sucumbíos. La potencia instalada es

de 1.500 MW y un factor de planta de 0,8. Con la hidrología disponible aportará este

proyecto 873 GWh de energía anual. El embalse compensador posee un área inundada de

ochocientos mil metros cúbicos (0,8 Hm3), como indica la Tabla 14.

Ilustración 12. Embalse Compensador, central hidroeléctrica Coca Codo Sinclair

Fuente: CELEC

52

Tabla 14. Información embalse Compensador

Embalse Compensador (Coca Codo Sinclair)

Provincia Napo

Región Amazónica



Volumen embalsado 800.000 m3

Ríos Coca

Clima Tropical muy húmedo

Temperatura del agua 20°C

m.s.n.m. (máx.) 1.283

m.s.n.m. (min.) 1.275



4.4. Estado trófico de los embalses ecuatorianos

Algunos de los parámetros que se deben conocer es el estado trófico de los embalses,

para lo cual se mide los siguientes parámetros como el contenido de clorofila, nitrógeno

total y fósforo total. Los resultados de estos estudios permiten saber si existirán emisiones

importantes de GEI desde los embalses. El estado trófico de los embalses analizados fue

tomado de los Estudios de Impacto Ambiental con los que cuentan los embalses de las

Centrales Hidroeléctricas, como se muestra en la Tabla 15:

Tabla 15. Estado trófico de los embalses

Estado Trófico de los Embalses

Embalse Estado

Embalse Paute-Molino Eutrófico

Embalse Compensador (Coca Codo Sinclair) Oligotrófico

Embalse Pisayambo Eutrófico

Embalse Daule Peripa Eutrófico

Embalse Mazar Eutrófico


53

4.5. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 1)

Embalse Amaluza

Tabla 16. Datos embalse Amaluza

Datos

Área Inundada 1.600 ha

Clima Templado cálido-húmedo -

E (CH4)Difusa 0,150 kg CH4/(ha x día)

Período libre de hielos 365 días


De la ecuación (2) calculamos la emisión de CH4 anual del embalse en función de los datos

de la Tabla 16:

(

)

De la misma forma calculamos para el Embalse Mazar, Pisayambo-Pucará, Daule-

Peripa y el Compensador que se detalla en el Anexo A, obteniendo los resultados que

indica la Tabla 17:

Tabla 17. Resumen de emisiones de CH4 calculados con el Nivel (1)

Embalse G g CH4/año t CH4/año t CO2 eq

Embalse Paute-Molino 0,0876 87,600 1.839,60

Embalse Mazar 0,0493 49,275 1.034,78

Embalse Pisayambo 0,0111 11,133 233,78

Embalse Daule- Peripa 7,8183 7.818,300 164.184,30

Embalse Compensador 0,0690 68,985 1.448,69


54

4.6. Cálculos de las emisiones de CH4 (Nivel 2)

Tomando en consideración que en los Embalses Hidroeléctricos en Ecuador citados

anteriormente no han realizado mediciones de Emisiones por Burbuja (sedimento-agua) en

sus embalses, se estima este valor tomando como referencia embalses analizados en Brasil

los cuales están situados en el mismo trópico (Trópico de Capricornio), tiene

características similares como la potencia y hectáreas inundadas. Para la obtención de esta

estimación que se detalla en la Tabla 18, se tomó como referencia el embalse Barra Bonita

en Brasil con el embalse Daule –Peripa.

Tabla 18. Promedio de emisiones sedimento-agua

Promedio de Emisiones sedimento-agua Embalse

Daule-Peripa

Burbujas 0,0524 kg CH4/ha x día

Difusión 0,1560 kg CH4/ha x día


[ (

) ] (

)

4.7. Análisis de Resultados

Las emisiones de Nivel 1 fueron calculadas con la metodología del IPCC, tienden a

ser normales. A pesar de ser una estimación, dan una idea general de las emisiones de CH4

en embalses.

En la estimación del Embalse Daule-Peripa donde se calculó las emisiones de Nivel

2, se puede observar que las emisiones de Nivel 1 son menores, y es necesario que se

55

realicen el análisis correspondientes de las Emisiones por Burbuja (sedimento-agua) en los

embalses citados, para establecer la influencia en el total de emisiones de CH4.

Para el cálculo de las emisiones del Nivel 3 es necesario contar con los estudios y

mediciones correspondientes de los factores mencionados anteriormente. Se puede optar

por utilizar el modelo “caja negra”, que estima los flujos de carbono en las entradas y

salidas del embalse. Se trabaja con el supuesto de que la cantidad entrante equivale a la

saliente, que incluye la cantidad de carbono almacenado en el sedimento, más la

almacenada en la masa de agua del mismo embalse por aumento de volumen durante el

período de estudio. (Embalses y Cambio Climático, 2008).

En la entrada de analiza:

En la salida:

56

5. COMPARACION DE EMISIONES ESTIMADAS

5.1. Comparación de resultados

5.1.1. Densidad Energética

En diferentes países se han realizado inventarios de emisiones de CH4 provenientes

de embalses, en especial los que se encuentran en las zonas tropicales. Se realiza una

comparación de las emisiones de los embalses ecuatorianos analizados con embalses

brasileños puesto que se encuentran en el mismo trópico. Se tomó para esta comparación

los embalses de los siguientes proyectos hídricos brasileños como: Tucuri, Samuel, Barra

Bonita, Tres Marías y Balbina, cuya información se tomó de la publicación “GHG

emissions from hydroelectric reservoirs in tropical and equatorial regions: Review of 20

years of CH4 emission measurements”, 2011 y del Primer inventario brasileño de

emisiones antrópicas de gases de efecto invernadero, 2006 que se indica en la Tabla 19:

Tabla 19. Datos de los embalses

Embalse

MW

km2

años del

reservorio

Densidad Energética

(MW/km2)

Embalse Paute-Molino (Ecuador) 1.075 16,0 31 67,2

Embalse Compensador (Ecuador) 1.500 3,0 0 500,0

Embalse Pisayambo (Ecuador) 74 8,0 37 9,3

Embalse Daule-Peripa (Ecuador) 213 340,0 27 0,6

Embalse Mazar (Ecuador) 160 9,0 4 17,8

Tucuri (Brasil) 8.370 2.875,0 17 2,9

Samuel (Brasil) 216 560,0 14 0,4

Barra Bonita (Brasil) 140,76 334,3 38 0,4

Tres Marías (Brasil) 396 1.155,0 39 0,3

Balbina (Brasil) 250 2.360,0 19 0,1


Con estas características, se analiza la densidad energética de las centrales

hidroeléctricas, tomando en consideración que le aprovechamiento de la energía potencial

57

al embalsar un río depende de la caída del agua, y con dicha presión es conducida hacia las

turbinas hidráulicas. Para poder realizar esta comparación, se clasificó los embalses según

el área de inundación y se muestran en la Tabla 20, 21 y 22:

Tabla 20. Embalses pequeños

Embalses < 20 km2

Embalse

Área

(km2)

Capacidad

Instalada

(MW)

Densidad

Energética (MW/km

2)

t CH4/año

t CO2 eq

Embalse Amaluza (Ecu) 16 1.075 67,2 87,6 1839,6

Embalse Mazar (Ecu) 9 160 17,8 49,3 1034,8

Embalse Compensador (Ecu) 3 1.500 500,0 68,9 1448,7

Embalse Pisayambo (Ecu) 5 74 14,8 11,1 233,8


Tabla 21. Embalses grandes

Embalses > 100 a 500 km2

Embalse

Área

(km2)

Capacidad

Instalada

(MW)

Densidad

Energética (MW/km

2)

t CH4/año

t CO2 eq

Embalse Barra Bonita (Br) 334 141 0,4 2.379,0 513.000,0

Embalse Daule-Peripa (Ecu) 340 213 0,6 7.818,3 164.184,3


Tabla 22. Embalses muy grandes

Embalses 500 - 5.000 km2

Embalse

Área

(km2)

Capacidad

Instalada

(MW)

Densidad

Energética (MW/km

2)

t CH4/año

t CO2 eq

Embalse Samuel (Br) 560 216 0,4 97 9.942.000

Embalse Tres María (Br) 1.155 396 0,3 74,5 2.287.000

Tucuri (Br) 2.875 8.370 2,9 878 28.730.000

Balbina (Br) 2875 250 0,09 21,2 2.433.000


58

Se puede observar que los proyecto hidroeléctrico con mayor densidad energética es

la Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair (embalse Compensador), que está en fase de

construcción, seguido por el la Hidroeléctrica Paute-Molino que actualmente está en

funcionamiento. Los embalses brasileños poseen baja densidad energética en sus proyectos

de generación hidráulica. En las Ilustraciones 13, 14 y 15 se muestran las Densidad

Energética de los embalses antes mencionados:

Ilustración 13.Densidad energética de embalses pequeños


-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

0 5 10 15 20

Den

sid

ad

E

ner

gét

ica

(M

W/k

m2)

Superficie (km2)

Embalses Pequeños

Embalse Compensador

(Ecu)

Embalse Pisayambo (Ecu)

Embalse Amaluza (Ecu)

Embalse Mazar (Ecu)

59

Ilustración 14.Densidad energética de embalses grandes


Ilustración 15. Densidad energética de embalses grandes


0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

333 334 335 336 337 338 339 340 341

Den

sid

ad

E

ner

gét

ica

(M

W/k

m2)

Superficie (km2)

Embalses Grandes

Embalse Barra Bonita

(Br)

Embalse Daule-Peripa

(Ecu)

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Den

sid

ad

En

erg

éti

ca

(M

W/k

m2)

Superfiicie (km2)

Embalses muy Grandes

Embalse Samuel (Br)

Embalse Tres María

(Br)

Tucurí (Br)

Balbina (Br)

60

Las centrales hidroeléctricas con mayor densidad energética tienen menor área

inundada. En este análisis, mayor densidad energética poseen los embalses de Ecuador con

respecto a los embalses de Brasil, y las áreas de inundación son menores respecto a

embalses brasileños, incluso en centrales que tienen similar capacidad instalada.

5.1.2. Emisiones de CH4

Se compara las emisiones de CH4 entre los embalses de Ecuador y Brasil como se

indica en las Ilustraciones 16, 17 y 18:

Ilustración 16. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 en embalses pequeños


88

49

69

11

Emisiones de CH4 (t CH4/año) Nivel 1

Embalse Pisayambo (Ecu) Embalse Compensador (Ecu) Embalse Mazar (Ecu) Embalse Amaluza (Ecu)

61

Ilustración 17. Emisiones de CH4 anuales Nivel (1) embalses grandes


Ilustración 18. Emisiones de CH4 anuales Nivel 1 embalses muy grandes


2.379

7.818


Embalse Daule-Peripa (Ecu) Embalse Barra Bonita (Br)

97

74,51

878

21,22


Balbina (Br) Tucurí (Br) Embalse Tres María (Br) Embalse Samuel (Br)

62

Se transforma las emisiones de t CH4/año obtenidas en el Nivel 1 aplicando el factor

correspondiente al Potencial de Calentamiento Global GWP (Tabla 6) para obtener t CO2

eq como se muestra en las Ilustraciones 19, 20 y 21:

Ilustración 19. Emisiones de CO2 eq en embalses pequeños


Ilustración 20. Emisiones de CO2 eq en embalses grandes


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Embalse Amaluza(Ecu)

Embalse Mazar(Ecu)

EmbalseCompensador

(Ecu)

EmbalsePisayambo (Ecu)

t C

O2 e

q

t CO2 eq Embalses Pequeños

0

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

Embalse Barra Bonita (Br) Embalse Daule-Peripa (Ecu)

t C

O2 e

q

t CO2 eq Embalses grandes

63

Ilustración 21. Emisiones de CO2 eq en embalses muy grandes


Se observa que las emisiones de CH4 estimadas con el Nivel 1 para embalses

ecuatorianos, el que resalta entre los demás es el embalse Daule-Peripa, con una emisión

anual de 7.818 t CH4/año, este valor depende directamente del área inundada. Además se

estimó las emisiones por burbuja y difusas correspondientes al Nivel 2 en la Tabla 23,

donde se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 23. Emisiones de CH4 Nivel 2

Embalse

Emisiones por

Burbuja

Emisiones Difusas

Emisiones Totales

kg CH4/km2x día kg CH4/km

2x día kg CH4/km

2x día

Daule-Peripa (Ecuador) 5,20 15,60 21

Tucuri (Brasil) 13,15 192,21 205

Samuel (Brasil) 19,33 164,27 184

Barra Bonita (Brasil) 4,81 14,37 19

Tres Marías (Brasil) 273,09 55,12 328


0

5.000.000

10.000.000

15.000.000

20.000.000

25.000.000

30.000.000

35.000.000

Embalse Samuel(Br)

Embalse Tres María(Br)

Tucurí (Br) Balbina (Br)

t C

O2 e

q

t CO2 eq Embalses muy grandes

64

Ilustración 22. Emisiones de CH4 Nivel 2


5.1.3. Factor de Emisión de CO2

Los Sectores Estratégicos en Ecuador tienen políticas de reducción de GEI, por lo

que el MEER determinó los Factores de Emisión (FE) de GEI para el Sector Eléctrico,

calculando así el Factor de Emisión de CO2 (FE CO2) para el Sistema Nacional

Interconectado (S.N.I.) en el año 2011, en función de la herramienta que establece United

Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC).

Este FE CO2 es la masa emitida de toneladas de CO2 expuestas a la atmósfera por

cada unidad de MWh de energía eléctrica generada.

En la Tabla 24 se muestra el FE CO2 para la generación eléctrica del Informe del

Sistema Nacional Interconectado del Ecuador, 2011.

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

Daule-Peripa

(Ecuador)

Tucuri

(Brasil)

Samuel

(Brasil)

Barra Bonita

(Brasil)

Tres Marías

(Brasil)

kg

CH

4 /

km

2 x

día

Emisiones totales de CH4 Nivel 2

65

Tabla 24. FE CO2 para el sector eléctrico

FE CO2 (t CO2/MWh) del Sector de Generación Eléctrica del Ecuador. 1,2125

Fuente: Informe del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador, 2011

Para las Centrales Hidráulicas analizadas se ha calculado el Factor de Emisiones de

CO2 en función de las toneladas de CH4 obtenidas transformadas a t CO2 eq, utilizando

además la potencia (MW), factor de planta de cada Central Hidráulica y el tiempo (h). Así

se obtuvo los datos que se muestran en Ilustración 23:

Ilustración 23. FE menor a 0,0015 t CO2/MWh


El embalse Daule-Peripa tiene un FE de 0,14665 siendo éste el más alto FE en

comparación con los otros embalses analizados.

0,00032

0,00014

0,00040

0,00121

Factor de Emisión de Planta menor a 0,0015 t CO2/MWh

Embalse Mazar (Ecuador) Embalse Pisayambo (Ecuador)

Embalse Compensador (Ecuador) Embalse Paute-Molino (Ecuador)

66

En general se puede apreciar que el FE que se da en las centrales de embalse

analizadas representa aproximadamente el 12% del total de FE del Sector Eléctrico del

Ecuador como se indica en la Tabla 25 e Ilustración 24:

Tabla 25. FE (tCO2/MWh) total de centrales de embalse y sector energético

FE (t CO2/MWh) Centrales de embalse analizadas 0,1487

FE (t CO2/MWh) Sector Eléctrico 1,2125

Ilustración 24. Comparación del FE (tCO2/MWh) de embalses y sector energético


5.1.4. Emisiones de CH4 en el Sector Energético en Ecuador

Según los datos del Banco Interamericano de Desarrollo (BID) las emisiones de

CH4 en el Sector de la Energía en Ecuador han ido variando como se muestra la

Ilustración 25:

0,14872

1,2125

Comparación de FE

FE (t CO2/MWh) Centrales de embalse FE (t CO2/MWh) Sector Eléctrico

67

Ilustración 25. Emisiones de CH4 del Sector Energético

Fuente: BID

La cantidad de CH4 total estimado que emiten las centrales de embalse Paute-

Molino, Amaluza, Compensador, Mazar, Daule-Peripa, Pisayambo es de 168.741 t CO2 eq.

Según el BID al 2011 el Ecuador registró emisiones de CH4 provenientes del Sector

Energético un total de 3.432.800 t CO2 eq, concluyendo que los embalses analizados

representan aproximadamente el 5% del total de emisiones del Sector Energético.

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

3.500.000

4.000.000

1990 2000 2005 2008 2010

t C

O2

eq

Años

Emisiones de CH4 del Sector Energético del Ecuador

68

6. MEDIDAS DE MITIGACION PARA EMISIONES DE CH4

6.1. Generalidades

Varios estudios realizados en la última década han demostrado que los embalses

tropicales pueden constituir una fuente apreciable de metano (CH4) en la atmósfera. Se ha

investigado el uso de estrategias de bajo costo, mitigación y recuperación innovadoras

capaces de no sólo de reducir estas emisiones, sino también para transformar las reservas

de metano biogénico existentes en una fuente de energía renovable. El gas recuperado se

puede bombear a grandes centros de consumo o almacenado localmente y quemado por

turbinas gas para generar electricidad durante los períodos de alta demanda, o incluso ser

purificada para aplicaciones de transporte (Lima, 2010).

Se espera que las soluciones de ingeniería a las emisiones de CH4 no deban

implicar modificaciones importantes de la infraestructura de producción de energía ya

existente. Desde este punto de partida, es evidente que cualquier estrategia de mitigación

sencilla y rentable debe basarse en garantizar que las aguas (con CH4) poco profundas

lleguen a las tomas de las turbinas y vertederos. Esto se podría lograr mediante el uso de

estructuras de metal ligero o incluso membranas como barreras, asociados con boyas y

anclajes, para controlar su posición con respecto a la superficie del agua (Bambace et al.

2007).

6.1.1. Pulverización y extracción de CH4

La adopción de estrategias de mitigación implica que la cantidad de CH4 que se

desgasifica aguas abajo del agua que pasa a través de las turbinas y vertederos permanezca

en el depósito y se oxide ya sea por bacterias metanotróficas o se transforme en nuevas

emisiones en la superficie del depósito. Como resultado, la concentración de CH4 en el

69

canal principal del embalse tiende a aumentar. Teniendo en cuenta la alta concentración de

CH4 en las aguas del embalse de profundidad, sistemas similares a los aspiradores para

piscinas podrían usarse (Bambace et al. 2007).

A presión, las aguas profundas son transportadas a la superficie a condiciones

ambientales, en las que el gas disuelto se puede extraer mediante burbujeo o por

pulverización en un recipiente sellado. Un enfoque similar ya se ha aplicado con éxito para

el CO2 de desgasificación en los lagos Nyos y Monoun en Camerún (Kling et al. 2005). El

sistema de extracción podría ser trasladado de un lugar a otro cada vez que una zona de

explotación lo requiera.

La extracción de gas, por burbujeo requiere altos niveles de concentración de CH4 en

el agua (> 100 g/m3), como las que se encuentran en profundos lagos africanos (Kling et al.

2005), con el fin de mantener el tiempo de residencia en la cámara de burbujeo

(Bambaceet. al 2007).

Para embalses que no alcancen las concentraciones adecuadas de CH4 se puede

considerar sistemas de pulverización, que es una tecnología de chorro de choque. El

sistema de extracción de CH4 está diseñado para ser colocado a bordo de una embarcación,

con el fin de ser trasladado de un lugar a otro cada vez que una zona de explotación lo

requiera. La unidad de extracción de gas comprende varias unidades de pulverización

independientes, trabajando en paralelo dentro de un recipiente de membrana sellada.

70

Ilustración 26. Vista esquemática del sistema de pulverización de CH4

Fuente: Methane stocks in tropical hydropower reservoirs as a potential Energy source

(Lima, 2010).

Ilustración 27. Detalle del Sistema de extracción de CH4


(Lima, 2010).

71

También incluye los sistemas de bombeo de agua, ventiladores de recirculación de

gases, absorbentes de columna de gases y tuberías asociadas. El subsistema de

pulverización incluye boquillas de aspersión, tuberías de alimentación de agua, un

ventilador con el marco de dirección de flujo asociada, y un cortador en forma de panal de

hilado.

Ilustración 28. Vista general del sistema de Pulverización y extracción de CH4


(Lima, 2010).

El CH4 se puede bombear a grandes centros de consumo, abastecido localmente y

quemado en las turbinas de gas para generar electricidad durante los períodos de demanda

alta, o incluso purificada para aplicaciones de transporte. La relación de masa de

aire/combustible estequiométrico de CH4 es 10, por lo que la masa de impurezas es baja en

comparación con la masa de aire, y el impacto de las impurezas del proceso de combustión

es pequeña. Para aplicaciones de transporte, el CH4 debe ser purificado a partir de CO2 con

agua, membranas, o sistemas de cal con el fin de evitar un gran aumento en el tamaño de

los tanques de almacenamiento necesarios en los vehículos.

72

La dinámica de separación gas-líquido se modela en Bambace et al. (2007). A partir

de este modelo, para una concentración dada de CH4 en el agua, las condiciones óptimas

de operación (salida máxima de metano, por ejemplo) puede ser derivada. En la Ilustración

29 se indica la eficiencia del sistema de extracción de CH4, definida como la relación entre

la masa de salida de CH4 neta y el total de la masa de CH4 disponible en el agua. Una

concentración de metano por encima de 6 g/m3 produce una eficiencia global de 40 %. Por

otro lado, para los niveles de concentraciones por debajo de 3 g/m3, la salida de energía

neta es negativa y, por lo tanto, la operación es inviable. Embalses tropicales presentan una

amplia gama de concentraciones de CH4.

Ilustración 29. Eficiencia del sistema de extracción de CH4 en función de la concentración de CH4


(Lima, 2010).

El metano tiene un calor de combustión de 55,7 MJ / kg. Por lo tanto, 1 Mt/anual de

CH4 corresponde a una producción de energía equivalente a 1.760 MW. Incluso

73

considerando sólo la desgasificación en la salida de la presa, las emisiones de CH4 aguas

abajo de las turbinas y vertederos en centrales hidroeléctricas en términos de energía

eléctrica equivalente a una fracción considerable de la capacidad instalada de la

hidroeléctrica (Kemenes et al. (2007).

6.1.2. La captura de carbono en embalses hidroeléctricos

El monóxido de carbono (CO) en los sedimentos representa el CO2 que se ha quitado

de la atmósfera por la fotosíntesis en tierra o en agua. La fracción de carbono orgánico que

escapa a la mineralización, es decir, la transferencia microbiana que lo convierte en CO2 o

CH4, se acumula y se entierra. Por tanto, este proceso representa un sumidero de carbono

atmosférico. Los intensos aportes de sedimentos fluviales que contienen carbono orgánico

y la alta eficiencia de captura de los embalses hacen de reservorios hidroeléctricos sitios

importantes para enterramiento de carbono orgánico (Wehrli, 2011).

Una evaluación completa del impacto de represar los ríos en el balance de carbono

requiere que tanto el entierro de carbono y las emisiones antes de la incautación se

consideren (Wehrli, 2011). El entierro en un depósito sólo representa un sumidero de

carbono efectivo para los casos en que, a falta del embalse, el carbono orgánico más tarde

sea enterrado aguas abajo o en el océano. Si no se cumplen estas condiciones, el entierro

del carbono orgánico puede considerar cambiar la ubicación de almacenamiento del

depósito.

En reservorios, las tasas de degradación de sedimentos son altas y el entierro

significa que la exposición de las partículas de carbono orgánico al oxígeno en el agua es

limitado. Por otra parte, los niveles de oxígeno en agua que se encuentra en la profundidad

del embalse suelen ser bajos debido a la estratificación que dificulta la circulación de

74

oxígeno atmosférico a estas profundidades. La mineralización del carbono orgánico es más

eficiente en aguas oxigenadas, y por lo tanto el entierro de carbono orgánico en los

embalses se incrementa en relación con las tasas de enterramiento en los sedimentos más

oxigenados que se encuentran comúnmente en los lagos o el océano.

Se debe considerar que cuando el depósito se llena inicialmente, la materia orgánica

tarda un determinado tiempo en descomponer. En un embalse tropical de Brasil, por

ejemplo, los grandes troncos de los árboles todavía emergen de la superficie del agua, 23

años después de la incautación (Kunz, 2011).

Además, parte del carbono orgánico en los sedimentos de los embalses puede venir

de la fijación del dióxido de carbono, como el fitoplancton, originario del propio embalse.

Este proceso representa un sumidero de carbono adicional. Sin embargo es fácilmente

degradable, incluso en condiciones de anoxia, por lo que a gran escala la fijación del

dióxido de carbono hacen que los microbios generan CH4, lo convierten en un GEI.

Por otra parte, los embalses de hidroeléctricas son heterótrofos lo que significa que

más dióxido de carbono es liberado de las aguas que el absorbido por los organismos

fotosintéticos elevarán tanto las emisiones de carbono a la atmósfera y el entierro en el

sedimento. Los factores que reducen la mineralización del carbono orgánico en

sedimentos, tales como una disminución en el oxígeno o la temperatura, puede aliviar las

emisiones de GEI de los embalses.

Aunque no existe una estimación global para el secuestro de carbono orgánico en

embalses hidroeléctricos, es evidente que con el secuestro en los embalses hidroeléctricos,

las emisiones de GEI probablemente serían menores. La importancia del secuestro de

carbono orgánico en los embalses se discutió por primera vez hace al menos tres décadas,

75

pero poco han avanzado desde entonces, y la magnitud de la absorción de carbono creado

por embalses hidroeléctricos aún no está clara (Kunz, 2011).

La evidencia hasta ahora indica que en los embalses en las regiones más frías, el

secuestro de carbono es mayor que las emisiones a la atmósfera, mientras que en regiones

cálidas como el bioma amazónico, las emisiones de carbono son probablemente más altos.

El área cubierta por los embalses hidroeléctricos, está en aumento debido a la creciente

demanda mundial de electricidad.

Ilustración 30. Modelo conceptual del secuestro de carbono en embalses

Fuente: Extreme organic carbon burial fuels intense methane bubbling in reservoir

(Sobek, 2012)

En la Ilustración 30 el rango de las estimaciones de enterramiento de carbono orgánico se

basa en el efecto de la temperatura y la disponibilidad de materia orgánica. Tasas de

76

entierro que exceden las emisiones (en azul) se espera en las regiones no tropicales como

consecuencia de las bajas tasas de mineralización. Tasas de entierro en los embalses de la

Amazonía se cree que son más altos que en otras regiones tropicales, donde se espera que

las emisiones superen a lo que se ha enterrado (en color rojo) debido a la mayor cantidad

de materia orgánica.

6.1.3. Aireación en embalses

Se propone el uso de plantas aireadoras impulsadas por energía eólica. Son balsas

flotantes que generan energía por medio de pequeños molinos de viento, que les permiten

tomar agua del hipolimnion (capa profunda de agua) y enviarlas al aire en forma de un

chorro de algunos metros. Su costo es relativamente bajo, y al ser impulsadas por energía

eólica no producen gastos energéticos ni contaminación de ningún tipo. Si se lo desea se le

pueden agregar una serie de instrumentos, tales como sondas para medición de

temperatura, pH, oxígeno disuelto, conductividad, etc. Y un sistema de posicionamiento

satelital GPS.

De este modo pueden transmitir esos datos directamente a una central de monitoreo,

con lo cual no solamente cumplen su función primaria de aireación, sino que además se

constituyen en importantes herramientas de control de los principales parámetros

limnológicos y su evolución. Estas plantas de aireación han sido propuestas para utilizarse

en aguas continentales de Argentina Central y también en lagunas eutróficas en las zonas

aledañas a Cancún y Laguna Bojorquez, en México.

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=es&prev=/search%3Fq%3Dhipolimnion%2Bwikipedia%26biw%3D1517%26bih%3D741&rurl=translate.google.cl&sl=ro&u=http://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%25C4%2583&usg=ALkJrhifOyLAqYWtXcXoea9itVo2alYDMg

77

Ilustración 31. Aireador Eólico

Fuente: Ordoñez Alonso, 2007

78

7. CONCLUSIONES

Según el último informe del IPCC, América Latina espera impactos significativos

respecto al cambio climático, por lo que es fundamental implementar medidas de

mitigación para reducir emisiones GEI. Ecuador ha trazado una política para la reducción

de estos gases, basándose en la generación hidroeléctrica, aprovechando el potencial

hídrico existente en el país para suplir la demanda proyectada a mediano plazo y permitir

un desarrollo energético sostenible.

En la actualidad las represas hidroeléctricas se presentan como una fuente de

generación eléctrica limpia y son implementadas a gran escala en países emergentes como

Ecuador. Con las investigaciones existentes, se ha ido desvaneciendo esta teoría, ya que la

hidroelectricidad emiten cantidades importantes de gases que pueden contribuir con el

calentamiento global, esto depende de las características como la ubicación geográfica,

edad del embalse, cantidad de carbono y nutrientes, flujo de agua, tiempo de rotación, área,

profundidad, fluctuaciones del nivel del agua, ubicación de las turbinas y aliviaderos, se

puede deducir que las emisiones de CH4 son una contribución relevante por parte de los

embalses hidroeléctricos al calentamiento global, éstos en áreas tropicales emiten más CH4

que en áreas templadas o boreales.

Las emisiones de CH4 calculadas con la metodología del IPCC para el Nivel (1) en el

presente estudio, dan una idea general de la situación de los embalses analizados. Se pudo

estimar que los embalses aportan una cantidad de 8.035 t CH4/anuales, lo que equivale a

168.741 t CO2 eq, por lo que se reafirma que las Centrales Hidroeléctricas analizadas

emiten GEI, en especial CH4 por parte de sus embalses.

79

En las estimaciones de las emisiones de CH4 en el Nivel 2 se ratifican los valores

obtenidos en el Nivel 1.

Publicaciones como las de Lima, Cardó, Barrós respecto a emisiones de CH4 en

embalses, han impulsado el interés sobre el tema, obteniendo datos relevantes. Los

resultados calculados en este estudio muestran grandes diferencias con los embalses en

Brasil en cuanto a emisiones, a pesar de que ambos países se encuentren en la misma zona

tropical. Las centrales hidroeléctricas en Ecuador debido a su geografía poseen grandes

saltos de agua y requerimientos hídricos bajos, presentando una mayor densidad

energética, notándose así diferencias entre embalses comparados.

Las emisiones de CH4 estimadas para los embalses ecuatorianos (168.741 t CO2 eq)

representan el 5% del total de emisiones derivadas del Sector Energético (3.432.800 t CO2

eq), concluyendo así que dichas emisiones no son relevantes en el total de emisiones

provenientes de este sector. A mediano plazo se espera que en Ecuador se socialice este

tema y se puedan realizar mediciones que permitan conocer el estado real de las emisiones

en los embalses existentes, pues si bien la Generación Hidráulica es la mejor opción para el

abastecimiento eléctrico en países emergentes, no se debe desestimar los GEI que se

puedan generar y que además contribuyen al calentamiento global. Es el deber de cada

estado saber cuánta participación tiene en este tema sensible para el desarrollo humano.

Se recomienda la elaboración de un modelo que permita estimar emisiones de

cualquier embalse, en función de la edad del reservorio, altura, temperatura media de

superficie, área inundada, volumen de inundación y otros parámetros.

80

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87

A N E X O S

88

ANEXO A: CALCULO DE EMISIONES NIVEL 1

Embalse Mazar

Datos

Área Inundada 900 Ha

Clima Templado cálido-húmedo -


Período libre de hielos 365 Días


De la ecuación (2) calculamos la emisión de CH4 anual del embalse:

(

)

Embalse Pisayambo-Pucará

Datos


Clima Templado frío-húmedo -





(

)

89

Embalse Daule-Peripa

Datos

Área Inundada 34.000 Ha

Clima Tropical cálido-húmedo -





(

)

Embalse Compensador

Datos


Clima Tropical muy húmedo -





(

)

estudio de emisiones de metano producidas...

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