Los combustibles fósiles continúan representando a nivel mundial el 80% del suministro total de energía a nivel mundial (en España el 72,4% en 2022), con petróleo y carbón batiendo récord de consumo. Los países desarrollados debemos liderar la transición hacia una economía libre de emisiones, validando y optimizando tecnologías sostenibles que permitan la ansiada descarbonización. A su vez, las empresas ligadas al sector del agua cuenta la obligación de ser parte de la solución gracias al yacimiento energético que supone el ciclo urbano del agua. kWh eléctricos y térmicos son extraíbles del binomio agua-energía vía gases renovables que sin duda conseguirán doblegar la curva de uso de combustibles fósiles, hasta ahora siempre creciente. Para hablar sobre el papel de las empresas de agua en este ámbito, hablamos con Miguel Ángel Gálvez García, subdirector de Depuración y Medio Ambiente de Canal de Isabel II.
El desarrollo del mercado de los gases renovables se está acelerando rápidamente tanto en Europa como en el territorio nacional. ¿Cuál es el potencial del sector del agua en la producción de gases verdes como el biometano o hidrógeno renovable?
El potencial es enorme para todos los tipos de gases renovables, ya sean de origen biológico como el biometano o de origen no biológico como el hidrógeno verde. Conforme nos vayamos aproximando a 2030, la necesidad de apostar por los gases renovables será acuciante, por doble motivo: para poder descarbonizar procesos no electrificables (en España solo el 22,5% de la energía que se consume es eléctrica, queda mucho por electrificar) y para equilibrar el funcionamiento del sistema eléctrico cada vez más necesitado de energías almacenables y de respaldo que detraigan o aporten energía eléctrica en función de la variable climatología. La creciente penetración en el mercado eléctrico de las energías renovables de funcionamiento intermitente (eólica, fotovoltaica e hidráulica) hace inestable el sistema eléctrico.
Desgraciadamente, el año 2022 no ha sido un buen año para la reducción de emisiones ni a nivel mundial ni a nivel nacional.
Según la Agencia Internacional de la energía, estamos en máximo de emisiones de CO2 en el mundo, con un crecimiento del 0,9 %, hasta un récord histórico de 36,8 gigatoneladas. El consumo de carbón a nivel mundial, insensible a las urgencias climáticas, ha batido todos los récord de consumo, con un crecimiento del 3,3% en toneladas quemadas y se espera que este 2023 siga aumentado su consumo. Lo mismo ocurre con el petróleo asentado ya en un consumo récord superior a los 100 millones de barriles diarios.
A nivel nacional tampoco los números fueron buenos. En 2022 las emisiones de CO2 asociadas a la generación eléctrica nacional alcanzaron los 44,4 millones de toneladas, un 23,8% más que en el 2021. La nueva potencia instalada en 2022 de eólica y fotovoltaica fue incapaz de asumir el desplome de la generación hidráulica debido a la sequía.
Por tanto, visto lo ocurrido en 2022, el potencial de crecimiento de los gases renovables con origen del sector del agua residual es muy importante, pues la necesidad de que todas las soluciones sumen se verá cada vez más exacerbada. El abandono de energías fósiles va a dejar un hueco muy grande que habrá que cubrir con fuentes alternativas, los gases renovables van a tener por tanto un gran protagonismo.
"El potencial es enorme para todos los tipos de gases renovables, ya sean de origen biológico como el biometano o de origen no biológico como el hidrógeno verde".
Teniendo en cuenta el gran potencial del sector del agua, especialmente en el ámbito del tratamiento y depuración, ¿cuál es la visión de Canal de Isabel II con respecto a su desarrollo?
Sin duda, de apuesta decida por su desarrollo y su generalización. Desde los años 80 se viene produciendo biogás en las depuradoras gestionadas por Canal. Actualmente estamos en una producción anual superior a los 50 millones de m3 de biogás, de los que obtenemos prácticamente unos 100 GWh de electricidad renovable y de km 0. Más del 80% de la carga contaminante recibida en las depuradoras urbanas de la Comunidad de Madrid se trata en línea de fangos mediante digestiones anaerobias mesófilas. Con un parque de 68 digestores equivalentes a 335.000 m3, contamos con capacidad instalada suficiente para seguir aumentando nuestra producción de biogás vía codigestión. Pretendemos también aumentar el aprovechamiento del biogás producido para instalaciones con producción diaria menor de 2.000 m3/día, umbral a partir del cual los motores de combustión empiezan a quedar muy grandes. Estas instalaciones todavía usan el biogás en calderas y los excesos en antorchas. Aprovechar esos kW que en Canal representan en torno al 15% del biogás producido es una prioridad.
Figura 1. En las horas centrales del día la fotovoltaica copa la producción llevando a precio cero la electricidad. Desincentiva a futuro nuevas inversiones por no tener retorno la inversión. El hidrógeno verde permite evitar esta situación cada vez más frecuente en España. Fuente: California Independent System Operator (CAISO)
Imagen original: https://www.eia.gov/todayinenergy/images/2023.06.21/main.svg
Desde un punto de vista sectorial, ¿qué enfoque debe adoptar la industria del agua con respecto al desarrollo de los gases renovables? ¿Cuáles son las principales barreras a superar?
Somos, sin duda, parte de la solución de los problemas que enumeraba en la primera pregunta, somos capaces de producir una energía renovable de calidad superior a las renovables intermitentes al ser gestionable.
Para los gases renovables de origen biológico la principal barrera es la provisionalidad de las instalaciones actuales. Con la Directiva 91/271 en revisión y los planes hidrológicos de cuenca recientemente aprobados el febrero pasado, debemos volver la mirada de nuevo a la línea de agua, programando ingentes inversiones para aquilatar aún más los parámetros de vertido, especialmente el nitrógeno por debajo de 7 mg/l, el fósforo por debajo de 0,5 mg/l y amonios por debajo de 1 mg/l. Estas inversiones además de equipamiento requieren nueva ocupación de suelos que en algunos casos afectará a la línea de fangos, consumiendo espacios disponibles para la implantación de, por ejemplo, upgrading. Además, con estos nuevos límites, los retornos a cabecera excesivamente cargados de nutrientes pueden ser el asesinato de la línea de agua, lo que supone poner en cuarentena a las codigestiones. Éstas últimas van a obligar a tratamientos de retorno a cabecera muy rigurosos si se compatibilizar el logro de los nuevos objetivos ambientales con la autosuficiencia energética del ciclo urbano del agua.
Respecto a los gases renovables de origen no biológico, la gran barrera es la ausencia de un mercado del hidrógeno y la inmadurez de las tecnologías. Proyectos pioneros y tractores como el que Canal de Isabel II está acometiendo en la depuradora de Arroyo Culebro Cuenca Media permite empezar a crear un mercado en Madrid y contrastar tecnologías tanto de producción como de aprovechamientos de la molécula, para generación de metanoles, amoniacos y metanos o para la inyección en red de distribución de gas natural.
¿Qué valor aporta para el sector el aprovechamiento y valorización del biogás?
El borrador de revisión de la Directiva 91/271 apunta a que en 2030 el 50% de la energía total utilizada por las instalaciones de depuración mayores de 10.000 h.e deberá ser de origen renovable, y para 2040 las depuradoras a nivel nacional deberán ser neutras energéticamente. Cualquier planteamiento que quiera dar cumplimiento al artículo 11 de ese borrador pasa ineludiblemente por el aprovechamiento y valorización del biogás.
Canal de Isabel II tiene cubierto ese objetivo a 2030 en las depuradoras más grandes gracias al aprovechamiento del biogás. Las plantas menores de 70.000 h.e son las que deben replantearse la línea de fangos para lograr esa valorización.
Canal de Isabel II cuenta con varios proyectos destacables de producción de biometano a partir del biogás producido en la depuración de aguas residuales, ¿podría hablarnos de ellos?
Al igual que ahora queremos hacer con el hidrógeno verde, en el último quinquenio hemos contrastado las principales tecnologías del mercado en la generación de biometano, así como sus usos. Tres tecnologías para la captura del CO2 del biogás hemos testeado y comprobado sinergias, potencialidades y debilidades: mediante zeolitas, con lavado con agua de primario y filtrado mediante membranas selectivas. En todas ellas se han instalado gasineras y han repostado vehículos para contraste de las riquezas obtenidas en biometano. Actualmente tenemos instalada en la EDAR Viveros una gasinera permanente que alimenta el parque de vehículos a biometano del Canal, obtenido aquí a partir de membranas selectivas.
"Proyectos pioneros y tractores como el que Canal de Isabel II está acometiendo en la depuradora de Arroyo Culebro Cuenca Media permite empezar a crear un mercado en Madrid y contrastar tecnologías tanto de producción como de aprovechamientos de hidrógeno".
Desde Canal de Isabel II se está avanzando en el desarrollo de una planta pionera de hidrógeno verde producido a partir de agua regenerada en la depuradora Arroyo Culebro Cuenca Media Alta, ¿qué aspectos destacan de esta iniciativa?
Es una planta pionera, pues la materia prima que va a utilizar para obtener hidrógeno será el agua regenerada. No queremos reproducir los graves errores que se cometieron con los biocombustibles, donde la seguridad alimentaria se puso en riesgo en favor de la seguridad energética. Igual que no tiene sentido que se produzcan biocombustibles a partir de alimentos (caña de azúcar, maíz, soja, colza…) no tiene sentido que produzcamos hidrógeno a partir de agua de abastecimiento humano.
Por otra parte, la energía que vamos a utilizar para romper la molécula de agua será energía renovable proveniente de un mix energético: fotovoltaica más cogeneración a biogás que permitirá hacer funcionar a la electrolisis más allá de las 1.700 h que brilla el sol en la Comunidad de Madrid.
"El uso futuro del hidrógeno es una de las claves del innovador proyecto que desarrollaremos en la depuradora Arroyo Culebro Cuenca Media Alta".
Una de las claves del proyecto es el uso futuro del hidrógeno. Queremos contrastar la viabilidad de todos los posibles destinos, y uno fundamental, dada la necesidad de materia rápidamente biodegradable que van a necesitar las instalaciones para cumplir la eliminación de nitrógeno planteada por los nuevos planes hidrológicos y borrador de directiva, es obtener metanol a partir del hidrógeno producido, convirtiendo a las EDAR en sumideros de CO2. Ruta del metanol por la que también apuesta la industria cementera. La industria energética apuesta más por la ruta del amoniaco para permitir su movilidad en barco.
¿Es replicable este tipo de proyectos a otras instalaciones?
Sin duda. Allá donde haya agua regenerada y energía renovable, es replicable.
¿Qué veremos en el futuro por parte de Canal de Isabel II en el ámbito de los gases renovables?
Vamos camino de la autosuficiencia tanto energética como de algunos reactivos indispensables para la línea de agua. kW térmicos, eléctricos, reactivos como el metanol para cumplir las autorizaciones de vertido en el apartado nutrientes dependen de la generación de esos gases renovables.
En definitiva, el fortalecimiento de las depuradoras como yacimientos urbanos sostenibles, eficientes y descarbonizados.
