Ciencias Ambientales/Environmental Sciences
Cienc Tecn UTEQ (2019) 12(2) p 47-54 ISSN 1390-4051; e-ISSN 1390-4043
El potencial de tres energías renovables en la Amazonía
The potential of three renewable energies in the Amazon
Simón Leib1*
1 Departamento de Ciencias de la Vida, Universidad Estatal Amazónica, Pastaza 160101, Ecuador
* Correspondencia: sleib@uea.edu.ec
Rec.: 14.05.2019. Acept.: 15.10.2019 .
Publicado el 30 de diciembre de 2019
Resumen
Abstract
as energías renovables que se encuentran en
he renewable energies which are present in
L
recursos o fenómenos naturales en la Amazonía
T
resources or natural phenomena in the Ecuadorian
Ecuatoriana son una base fundamental del desarrollo
Amazon region are a fundamental base of sustainable
sostenible de la región y del país. Mediante el estudio
development of the region and the country. By the
de las tecnologías de energías renovables se orienta el
study of renewable energy technologies, the conception
diseño de centrales energéticas para casas, comunidades
of power stations for private homes, villages, and
hasta pueblos lo que sirve para aumentar la producción
societies. This serves to increase the own energy
propia de energía alrededor de Puyo y en comunidades
production around Puyo and in remote villages which
que se ubican aislados lejos de la red de electricidad o
are far from the electricity grid or transport ways. The
vías de transporte. La Amazonía se dinstigue por alta
Amazon features a high precipitation which is a lot of
precipitación, mucha energía potencial por la altura de
energy potential because of the height of the mountain
las cordilleras y por un gran número de ríos. Por eso se
range and the high number of rivers. This is the reason
propone represas o captaciones para generar electricidad
why dams or catchments are proposed to generate
con turbinas hidráulicas en centrales hidráulicas. Para
electricity with hydraulic turbines in hydroelectric
electricidad residencial de un pueblo de 1000 personas
facilities. For residential electricity in an example
abastece un río con un caudal de 30 m3/s y una represa
village of 1000 persons, a river with a flow of 30 m3/s
con un desnivel de 6 metros. También se dimensiona
and a dam with a fall of 6 meters. Also the scale of an
paneles fotovoltáicos para casas o pueblos donde se
installation of photovoltaic panels for private houses or
usa el sol según la irradiación y el clima regional en la
villages is calculated including the solar irradiation and
Amazonía para cumplir una producción de electricidad.
the regional climate in the Amazon in order to produce
Una familia con una energía sugerida de 3000 kWh/año
electricity. A family with a suggested energy demand of
que instala 7 paneles de 320 Watt debería ser autárquica y
3000 kWh/year can be autarkic with 7 installed panels of
en comunidades se cuenta aproximadamente 1,1 paneles
320 Watt, and in villages an amount of circa 1.1 panels
por habitante para sumar el número total. Además,
per habitant is enough to sum it up to a total number
biodigestores a bajo costo sirven en el uso de residuos
for the whole population. Additionally, biodigesters of
orgánicos de agricultura o de residencias y de estiércol
a low price can be operated with organic biodegradable
de ganadería. En una lista de especies se demuestra que
waste of agriculture, residences or cattle farming. In a
todos los animales, aún pequeños como cuyes o aves,
list of species it is proven that every kind of animal,
sirven para producir un volumen considerable de biogás
even little ones like guinea pigs or birds, are valuable
(con metano) para cocinar o transformar a electricidad.
and useful to generate a considerable volume of biogas
Se concluye que la Amazonía podría producir su propia
(with methane) to cook or transform into electricity.
energía más independiente de recursos fósiles o de la
Conclusively, the Amazon could bring out its own
red interconectada.
energy to be more independent from fossil resources or
the electric grid.
Palabras clave: Energías renovables, Amazonía,
Hidroeléctrica, biodigestor, fotovoltaica, recursos
Keywords: Renewable energies, Amazon, hydroelectric
energéticos
facility, biodigester, photovoltaics, energy resources
47
Leib, 2019
Introducción
tecnologías las de hidroeléctricas, paneles fotovoltaicos
y biodigestores con el objetivo de demostrar la
l consumo de energía crece continuamente y 90 %
factibilidad en varias dimensonamientos en la Amazonía
E
de la producción primaria de energía provienen de
Ecuatoriana lo que contribuye al desarrollo sostenible
la combustión de recursos fósiles (Hashimoto, 2019).
regional. Para cumplir el objetivo se aplica cálculos
El uso de energía primaria en Ecuador subió hasta 154
para casas, comunidades hasta pueblos lo que sirve para
TWh lo que significa aprox. 10000 kWh anual per
aumentar la producción propia de energía alrededor de
capita, mientras la electricidad que forma parte de esta
Puyo y en comunidades que se ubican aislados lejos de
suma es de 26 TWh lo que es igual a 1610 kWh anual
la red de electricidad o vías de transporte.
per capita en el año 2014 (Guayanlema et al., 2017).
Para abastecer estas demandas, se instaló centrales y
Materiales y métodos
sistemas que basan en diferentes fuentes naturales que se
diferencia en recursos fósiles y recursos renovables. En
ediante el estudio de las tecnologías de energías
respecto a la limitación, la contaminación y el cambio
M
renovables se orienta el diseño de centrales
climático global, la humanidad discuta la urgencia y
energéticas para empresas, comunidades o personas
la manera cómo cambiar de los fósiles a soluciones
privadas que quieren planificar e instalar sistemas
renovables. En los tiempos modernos una gran parte de
renovables. En cada tecnología se presenta las fórmulas
la sociedad tiene una conciencia y un respeto al medio
con las variables que dependen de los fenómenos o
ambiente con los tesoros de la naturaleza. Las fuentes
materiales naturales que sirven para ser transformado
energéticas pueden contribuir con avances técnicos
en energía eléctrica, química o térmica para el uso del
a la generación de electricidad, combustibles, biogás
humano.
y energía térmica para los habitantes de la Amazonía
En los Cuadros 1, 2 y 3 se relacionan datos sugeridos
hasta en un nivel de una industrialización más limpia
de potencia a demandas de energía como representación
y amigable al ecosistema tropical con el fin de generar
de la necesidad en seis diferentes niveles desde básico de
beneficios sociales y retornar fondos a la conservación
una persona hasta un pueblo de 1000 personas. En cada
del bosque, sus especies y sus recursos.
lugar la potencia total depende del modelo técnico y
En Ecuador se encuentra una potencialidad de 103
del número de electrodomésticos, equipos electrónicos,
GW de fuentes renovables posibles. Con solamente
máquinas, industrias y alumbrado público. Se suma
60 GW y una afectación de 0.2 % del territorio el país
todas las potencias para obtener la potencia total P.
sería autárquico en el sector energético e independiente
Para averiguar la demanda energética se aplica
de petróleo, además se estima la creación de al menos
la formula con la multiplicación de la potencia de la
100000 puestos de trabajo (Golla y Gerke, 2018).
central por la cantidad del tiempo promedio del uso
La energía para el individuo es uno de los requisitos
de los aparatos, un factor de los días de la semana y
para una participación en el avance en una sociedad
el coeficiente de simultaneidad para clasificar cuánto
moderna, pero no hay acceso a electricidad en entornos
tiempo está activos a la vez (Toledano et al., 2009):
grandes rurales de poblaciones indígenas en la Amazonía
aúnque su suministro ayuda para lograr condiciones
agradables de vida según el concepto Buen Vivir. Por
eso la electrificación no es solo un desarrollo técnico,
Donde se usa:
sino también el inicio de una transformación social (Ten
E = Energía eléctrica
Palomares y Boni Aristizabal, 2016; Mendieta Vicuña
P = Potencia
et al., 2017).
t = tiempo de uso = 3.5 h
No se debe olvidar que más lento se cambia el sector
cf = coeficiente de simultaneidad = 0.35
de transporte en el aspecto de reemplazar combustibles
d/semana = días de la semana = 5/7 = 0.71
fósiles por recursos renovables. En zonas aisladas de la
Amazonía aún no existen carreteras, pero pensando en
Diseño de centrales hidroeléctricas basando en
canoas eléctricas se encuentra una razón más para tener
características hidrológicas de ríos
presente la generación de electricidad en el lugar para
La Amazonía se dinstigue en nivel mundial por alta
operar estaciones de recarga o baterias (Jaimurzina et
precipitación, por ejemplo en Puyo con 4403 mm/a
al., 2017).
(Climate-data.org, 2019), además tiene mucha energía
Se examina la hipótesis si existen suficientes fuentes
potencial por la altura de las cordilleras de los Andes y
energéticas renovables en la Amazonía Ecuatoriana
existe un gran número de ríos de alta densidad de cuencas
para brindar energía a poblaciones ejemplares hasta
hidrográficas en el paisaje. Se propone la construcción
1000 personas. En el estudio se selecciona entre muchas
de más represas o captaciones para generar electricidad
48
Ciencia y Tecnología. 2019. 12(2):47-54
El potencial de tres energías renovables en la Amazonía
con turbinas hidráulicas en centrales hidroeléctricas. Se
multiplicando con el número de animales y también el
calcula la potencia con la fórmula que incluye las dos
tiempo de recolección del estiércol. Si son animales
variables de caudal y el desnivel de diferencia altitudinal
estabulados, hay acceso a todo lo que producen por 24
(Carta Gonzalez et al., 2009):
horas, pero si están en el pastoreo en areas grandes o
con mucha vegetación, no se puede recolectar casi nada
y se disminuye el valor, en este estudio definido con 12
Donde se usa:
horas. Se cuantifica el volumen en m3 de biogás (con
P = Potencia
metano) para cocinar o para transformarlo en electricidad
Q = caudal y H = diferencia altitudinal: Para estas
con un generador de gas. En el diseño del tamaño del
variables se determinó ejemplos según Cuadro 1.
biodigestor total, se ha aumentado el volumen de gas
g = constante de gravitación universal = 9.81 m/s²
por 3 veces más volumen para la parte líquida, o es
ρ = densidad del agua H2O = 1,000 kg/m3
a decir que se ha decidido que 25 % son gas y 75 %
ηtotal = 0.85 = 85 %
son líquido en esta modelación. El volumen de la parte
líquida se determina con un factor de 30 por el tiempo
Irradiación solar en lugares de la Amazonía para
de retención de 30 días según la temperatura media del
paneles fotovoltáicos
sitio hasta que se aprovecha de la metanogenesis en el
Se dimensiona instalaciones de paneles fotovoltáicos
reactor (Cuenca, 2014).
para casas o aldeas con su irradiación del sol que
depende de la latitud y del clima local incluyendo la
Resultados y discusión
nubosidad para cumplir la producción de electricidad.
La fuente de casi todas las energías es el sol, y entre
l beneficio principal que se busca en el presente
ellos el panel fotovoltáico lo transforma directamente a
E
estudio es la generación energética y se quedan sin
electricidad según la formula (Salamanca-Avila, 2017):
precisar más ventajas como nuevos puestos de trabajo,
aprendizaje técnico, mitigación de contaminaciones por
reemplazo de recursos fósiles o facilitar el primer acceso
Donde se usa:
a energía. Siempre es obligación importante de investigar
E/d = Energía diaria
los impactos ambientales y cada tecnología energética
HSP = Irradiación en horas solar pico = 4.8 kWh día-
tiene sus propias desventajas que se menciona en cada
1 m-2 para Puyo (CONELEC, 2008)
subcapítulo donde se presenta cálculos con el tamaño, la
Wp = Potencia del panel en Watt pico, en los cálculos
potencia y la energía de instalaciones posibles.
se ha definido con 320 W
En hidroeléctricas está amenazado un área de
inundación con pérdida de ecosistemas y así causa la
En el Cuadro 2 se convierte la energía las personas
destrucción de hábitat de especies hasta el humano que
o comunidades en de kWh/año en valores de Wh/día,
debe abandonar viviendas o terrenos de cultivación
además se agrega un búfer de 30 % para tener una
agrícola. En el caso de paneles fotovoltáicas se debe
seguridad adicional en casos de nubosidad, crecimiento
tener en cuenta altos costos de material, además se
poblacional y compras de más electrónicos de los
necesita transformadores y acumuladores para el
habitantes. Con la división sobre la irradiación de 4.8
almacenamiento nocturno. El uso de la tierra para
HSP se obtiene la potencia total del conjunto de todos
cultivación con el fin de cosechar biomasa para producir
los paneles. En el presente trabajo se calcula con un tipo
biogas o biocombustibles puede estar en conflicto con
de panel de 320 W y se redondea todos los decimales
cultivos para la alimentación de la población amazónica
del número de paneles estrictamente hacia arriba (por
creciente (Diefenbacher, 2009).
ejemplo, de un 11.1 resulta 12.0) para aumentar aún
Sin embargo, los beneficios de energías renovables lo
más la seguridad de suficiente energía frente a las
recompensan por efectos a largo plazo de sostenibilidad.
fluctuaciones naturales de la energía solar entre los días
La ventaja más importante para la gente en el espacio
o las horas.
rural es que sus necesidades energéticas son cumplidas
por individuos próximos a su entorno, lo que es una
Cálculo de producción de biogas con
seguridad de que las soluciones se den justo y exacto
biodigestores
según su pedido. También empresas de servicio forman
Biodigestores a bajo costo sirven en el uso de
profesionales y crean empleo local para sus negocios y
residuos orgánicos de agricultura o de residencias y de
operaciones, dando ayuda a relacionar los habitantes a
estiércol de ganadería. En el Cuadro 3 se ha alistado
su cadena de suministros y servicios. Es un factor más
los datos de varias especies de animales para que cada
que acelera un desarrollo de las comunidades rurales
ganadero pueda elegir lo que tiene presente en su granja
aisladas (Escobar et al., 2016).
Ciencia y Tecnología. 2019. 12(2):47-54
49
Leib, 2019
Figura
1. Río Piatúa en el CIPCA/Santa
Clara como posible lugar para una minicentral
Figura
2. Presentación de un panel fotovoltáico
hidroeléctrica
de ISF-CAT
(2017) en la Universidad Estatal
Amazónica, Puyo
Centrales hidroeléctricas en microcuencas de la
hidroeléctricas es una de las soluciones más económicas
Amazonía
con un precio de 7.17 cUSD/kWh en las dimensiones de
Las fuentes naturales de hidroeléctricas son
potencia hasta 10 MW, mientras con potencias mayores
riachuelos y ríos, y aún en corrientes superficiales
se disminuye el precio aún más. En comparación es
de díficil acceso topográfico en la Amazonía se ha
más costoso la fotovoltáica con 31.02 cUSD/kWh o la
investigado la viabilidad de centrales hidráulicas
biomasa para biogas con 11.05 cUSD/kWh (Cedeño,
pequeñas, por ejemplo en el pueblo Yuwientsa con una
2012). Sin embargo, pueden surgir muchas controversias
potencia imaginable de 10 kW (Zeiselmair et al., 2011).
y problemas en la concepción de nuevas centrales
Una represa más grande podría ser diseñada para el Río
hidroeléctricas como se observa en la discusión o
Piatúa en figura 1 donde se ve un aspecto típico de ríos
protestas sobre la central de 30 MW planificado en el
en la zona premontano de los Andes con el sedimento
río Piatúa. En el terreno de comunidades indígenas se
principalmente grande de bloques, canto y grava hasta
chocan los intereses de los habitantes con los impactos
arena y la vegetación boscosa.
de pérdida de caudal en el sector de la captación,
Los caudales y desniveles son los factores variables
afectaciones negativas al ecosistema o desventajas
de diferentes clasificaciones de ríos en el cuadro 1. En
turísticas (Maija et al., 2016).
cada escala se recomenda un modelo de turbina lo que
depende del caudal en relación a las proporciones del
Paneles fotovoltaicos transforman luz en
desnivel.
electricidad
La producción energética por centrales
En la Figura 2 se presenta un panel fotovoltáico de
Cuadro 1. Diseños ejemplares de centrales hidroeléctricas
Consumidores
Potencia (W)
Energía
Caudal Desnivel (m) Tipo de turbina
(kWh/año)
(m3/s)
Estudiante
1890
600
0.1
2.3
Ossberger
Familia, 5 personas
9450
3000
0.25
4.5
Ossberger
Comunidad, 50 p.
63000
20000
1
8
Ossberger
Comunidad, 100 p.
157501
50000
2
9
Francis
Pueblo, 500 p.
787504
250000
8
12
Francis
Pueblo, 1000 p.
1575008
500000
30
6
Kaplan
50
Ciencia y Tecnología. 2019. 12(2):47-54
El potencial de tres energías renovables en la Amazonía
Figura 3. Mezcla de la carga diaria en el biodigestor
Figura 4. Cuyes en un establo con suelo enrejado
en CIPCA/Santa Clara
para la recolección de excrementos
un tamaño típico para clientes privados que lo colocan
o contratación de especialistas que probablemente viven
en techos de las casas o en un área libre de un terreno.
en ciudades que son lejos de las comunidades (Morante
En las escalas de tamaño de un sistema en el Cuadro
et al., 2007).
2 se ve la base de 2 paneles para una persona hasta
más que 1,000 paneles en un pueblo. Considerando
Biodigestores con el uso de estiércol de animales
los costos, los equipos como paneles, inversores,
en fincas
reguladores y baterías son caros, pero permiten un
En la Figura
3 se ve un biodigestor instalado
acceso directo y fácil de instalar en lugares aislados del
en el CIPCA (Centro de Investigación, Posgrado y
SNI (Sistema Nacional Interconectado) que es el caso en
Conservación Amazónica) en Santa Clara que funciona
muchas comunidades amazónicas. Aúnque se conecta
con estiércol de ganado porcino.
baterias para tener suficiente capacidad nocturna, se
Además sirven otros animales tal como los cuyes
puede combinar con otras fuentes como combustibles
como visible en figura 4 donde se recolecta las heces
para responder rápido a cambios de demanda en la red
debajo de un suelo enrejado en el establo. Se destaca
local.
también la idea de incluir excrementos del humano lo
Los prerrequisitos para la instalación de un sistema
que podría permitir biodigestores grandes en ciudades.
fotovoltáico son la preparación de posibilidades
Con el fin de ampliar los cálculos a más animales
logísticas para el transporte de los equipos técnicos como
que pueden existir en las granjas, fincas, establos y
paneles, baterías y transformadores, además el contacto
pastoreos, se integra una variedad de especies en Cuadro
Cuadro 2. Sistemas fotovoltaicos con una irradiación de 4,8 horas solar pico (Puyo). Elaborado por el autor
con datos de CONELEC (2008)
Energía
Energía
Potencia de
No. de paneles
Consumidores
Potencia (W)
(kWh/año)
diaria + 30 %
paneles =
de 320 W
búfer (Wh/día)
E/4,8 HSP
Estudiante
1890
600
2137
445
2
Familia, 5 personas
9450
3000
10685
2226
7
Comunidad, 50 p.
63000
20000
71233
14840
46
Comunidad, 100 p.
157501
50000
178082
37100
116
Pueblo, 500 p.
787504
250000
890411
185502
580
Pueblo, 1000 p.
1575008
500000
1780822
371005
1159
Ciencia y Tecnología. 2019. 12(2):47-54
51
Leib, 2019
Cuadro 3. Diseños ejemplares de centrales hidroeléctricas pequeñas para la Amazonía. Cambiado
según Galotta y Santalla 2009, de Oliveira Alves 2014, Cu et al. 2015, Olowoyeye 2013
Ganado,
especie
Elefante
1
24
6000
0.7
40
20
2:3
800
8
4400
Búfalo grande
1
12
1000
2
10
40
1:1
400
0.8
2200
Bovino grande
1
12
600
8
24
35
1:1
840
1.92
4620
Camello
1
12
600
3.3
10
60
2:3
600
2
3300
Bueyes
1
12
400
6
12
40
1:1
480
0.96
2640
Bovino mediano
1
12
300
7
11
35
1:1
368
0.84
2021
Equino
1
12
300
5
7.5
40
2:3
300
1.5
1650
Bovino pequeño
1
12
150
7.3
5.5
35
1:1
193
0.44
1059
Porcino grande
1
24
80
4
3.2
51
1:3
163
0.51
898
Ovino grande
1
12
80
6.3
2.5
50
2:3
125
0.5
688
Caprino
1
12
75
2.7
1
50
2:3
50.6
0.2
278
Alpaka
1
12
70
8.6
3
80
2:3
240
0.6
1320
Porcino
1
24
50
4
2
51
1:3
102
0.32
561
mediano
Porcino pequeño
1
24
30
3.3
1
51
1:3
51
0.16
281
Pecari
1
12
30
3.3
0.5
70
1:3
35
0.08
192
Conejo
1
24
3
1.3
0
105
2:3
4.2
0.01
23.1
Cuy
1
24
2.75
2.5
0.1
105
2:3
7.22
0.01
39.7
Pollo
1
24
2.5
4
0.1
60
1:3
6
0.02
33
Pato
1
24
2.5
6
0.2
50
2:3
7.5
0.03
41.3
Paloma
1
24
0.36
14
0.1
50
2:3
2.5
0.01
13.8
Humano adulto
1
24
70
0.6
0.4
70
2:3
28
0.08
154
Humano niño
1
24
35
0.6
0.2
70
2:3
14
0.04
77
Promedio
1
18
449.1
4.6
6.08
55.4
218.9
0.865
1.204
Suma
22
9881
100
134
1218
0
4816
19.03
26489
52
Ciencia y Tecnología. 2019. 12(2):47-54
El Potencial de tres Energías Renovables en la Amazonía
3 con su peso, producción de estiércol y la cantidad
de precios decrecientes. Para Ecuador pueden ser
de biogas de cada kg de estiércol (Galotta y Santalla
beneficioso entre otros la geotermia, mareomotriz,
2009, de Oliveira Alves
2014, Cu et al.,
2015,
undimotriz, biocombustibles, energía solar térmica y
Olowoyeye 2013).
energía eólica. En conjunto se complementan como una
La energía sumatoria de los 4816 dm3 de biogas
mezcla de centrales y pueden abastecer la producción
es 26489 kcal y se puede expresar su aplicación en
energética.
una cocina de 10 quemadores con un consumo de
1300 kcal/h de cada uno, lo que resulta en 2.04 horas
Bibliografía
diarias lo que equivale en comparación a 6.26 kg de
leña recolectada. Alternativamente en vez de quemar el
Carta Gonzalez, J. A., Calero Perez, R., Colmenar Santos,
biogas para cocinar, se puede conectar un generador de
A. y M.-A. Castro Gil (2009): Centrales de energías
gas que es capaz de producir electricidad de 8.03 kWh
renovables. Generación eléctrica con energías
diarios o igual a 743.73 kWh anuales. En relación a los
renovables. Madrid.
Cuadros 1 y 2, sería suficiente para la necesidad de una
Cedeño Abad, H.
(2012): La energia renovable en el
persona.
Ecuador. En: Revista Alternativas, no. 17, 2012, p. 14+.
Al nivel nacional de Ecuador se podría reemplazar
URL:
https://link.gale.com/apps/doc/A323502320/
el GLP (gas licuado de petróleo) de un costo de 77
IFME?u=uea_ec&sid=IFME&xid=d1248011 (acceso el
millones de dólares por biogas, evitar de esta manera
25.09.2019)
308 toneladas de equivalentes de CO2 o convertir en
Climate-data.org
(2019): Clima Puyo. https://es.climate-
274 GWh de electricidad con un valor de 27 millones
data.org/america-del-sur/ecuador/provincia-de-pastaza/
de dólares (Cornejo y Wilkie, 2010).
puyo-2971/ (acceso del 30.04.2019)
CONELEC (Consejo Nacional de Electricidad)
(2008):
Conclusiones
Atlas solar del Ecuador. Con fines de generación
eléctrica. URL: http://energia.org.ec/cie/wp-content/
e concluye que los habitantes de la Amazonía
uploads/2017/09/AtlasSolar.pdf (acceso el 30.08.2019)
S
pueden producir su propia energía renovable a base
Cornejo, C. y A. C. Wilkie (2010): De estiércol a energía -
de recursos que se halla in situ, tal como mostrado en
captura de metano en Ecuador. En: Revista Tecnológica
las tres tecnologías de hidroeléctricas en ríos, paneles
ESPOL-RTE, vol. 23, n. 1, p. 135-142. URL: http://
fotovoltáicos y biodigestores operando con biomasa
www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/
de estiércol o desechos orgánicos. En la escala de una
view/46 (acceso el 25.09.2019)
casa familiar hasta aldeas o pueblos de 1000 habitantes
Cu, T., T. Nguyen, Triolo, J., Pedersen, L., Le, V., Le, P. y
es factible de abastecer la demanda eléctrica con poco
S. Sommer (2015): Biogas production from Vietnamese
equipamiento técnico o con centrales pequeñas.
animal manure plant residues and organic waste:
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