El posible rol del biometano en una ciudad modelo: Lleida

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28-10-2021

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El objetivo del presente artículo es analizar qué aportación podría representar la producción de biogás y biometano en una ciudad media, como Lleida, capital de la comarca del Segriá (Cataluña), a fin de detectar también los limitantes o barreras a superar. La existencia de conducciones de gas para distribuir el biometano de allí donde se produce hasta donde puede consumirse con la máxima eficiencia permite la sinergia entre diferentes municipios de la comarca. Se han estudiado tres escenarios y se han comparado los resultados estimados con el escenario de no aprovechamiento del biometano. En el escenario de máxima realización del potencial de producción de biogás mediante digestión anaerobia, la ciudad de Lleida podría cubrir el 12,6% de su demanda actual de gas natural, o el 100% del consumo de su flota de autobuses municipales, reduciendo a su vez las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 29,6%. Cuando el análisis se amplía a toda la comarca, se puede llegar a cubrir el consumo de gas natural en un 44,1% y reducir las emisiones GEI hasta el 62,9%. Este escenario ideal presenta la dificultad de gestionar una gran cantidad de deyecciones ganaderas producidas en explotaciones de pequeño tamaño, para las cuales es necesario un esfuerzo en desarrollo tecnológico, en capacidad organizativa y en logística para no perder su potencial energético y evitar sus emisiones a la atmosfera.

Introducción y objetivos

En Europa se contabilizaron 18.200 plantas de producción de biogás en 2018, con una producción de energía primaria de 195,4 TWh de biogás, con una producción eléctrica de 63,5 TWhe y una potencia instalada de 11,1 GWe. A su vez, en 2020, 729 plantas producían 23 TWh de biometano inyectado en red. El grado de implantación es desigual, con una producción per cápita de energía primaria desde 66 kWh/habitante·año en España hasta 1 MWh/habitante·año en Alemania, con una media de 382 kWh/habitante·año en la Unión Europea en 2018. Las diferencias se explican por un diferente grado de implantación hasta el presente de políticas transversales en los ámbitos de la autosuficiencia energética, la lucha contra el cambio climático, la gestión de residuos y el desarrollo rural (Flotats, 2020). El Pacto Verde Europeo (Green Deal) y todas las políticas europeas conducentes a la economía circular están dando un impulso para hacer converger las diferentes políticas estatales hacia los objetivos comunes de reducción de las emisiones GEI del 55% en 2030, respecto 1990, y emisiones netas nulas y energía 100% renovable en 2050.

En España los estudios de potencial energético del biogás, o del biometano, indican valores que podrían llegar a 35,8 – 53,3 TWh/año, lo que implicaría un ahorro de emisiones GEI de 10,6 – 12,6 Mt CO2 eq/año (Feliu y Flotats, 2020). En la actualidad, de este potencial sólo se realizan 225 GWh/año eléctricos y unos 105 GWh/año en forma de biometano inyectado al sistema gasista. Hay, por tanto, un amplio camino por recorrer. Pero, ¿qué beneficios podría aportar la realización de este potencial en un entorno cercano? ¿Cuáles serían las dificultades a vencer?

En este contexto, y en colaboración con la Fundación Naturgy, se han planteado los objetivos del presente artículo, los cuales consisten en analizar qué aportación podría representar la producción de biogás y biometano en una ciudad media y valorar también los limitantes o barreras a superar. Se ha escogido la ciudad de Lleida (140.403 habitantes) como caso de estudio. Lleida es capital de la comarca del Segriá (208.799 habitantes), que cuenta con una importante industria agrícola y ganadera.

La Fundación Naturgy tiene como objetivo divulgar y sensibilizar sobre aspectos de actualidad relacionados con la energía y el medio ambiente, acercando la opinión de expertos con planteamientos rigurosos. En el entorno de las energías renovables, en 2020 ya publicó un libro sobre los gases renovables, como el biometano, sustitutos del gas natural (Feliu y Flotats, 2020).

Escenarios estudiados

Se han evaluado cuatro escenarios, cuyas características básicas se detallan a continuación, siguiendo las fuentes de información, hipótesis de cálculo y metodologías de estimación de energía producida en forma de biometano, apto para inyección a red, y emisiones de metano (en unidades de CO2 equivalente) que se detallan en Flotats (2021).

Con datos de 2019, en el escenario 0 de referencia se evalúa el consumo de gas natural del Segriá y gasoil de los autobuses de Lleida y se estiman sus emisiones GEI así como las de CH4 debidas a gestión de deyecciones ganaderas, compuestos orgánicos de residuos municipales, lodos de depuradoras y residuos orgánicos industriales.

En el escenario 1 se estima la energía en forma de biometano que se podría obtener de la digestión anaerobia de todos los subproductos orgánicos, la substitución de los combustibles anteriores y el ahorro de emisiones GEI. En el escenario 2 se considera que la fracción orgánica de los residuos municipales (FORM), recogida hoy selectivamente, se somete a digestión anaerobia para producir biogás, que se transforma a biometano, se recupera el 60% del potencial de gas emitido por el vertedero comarcal y se destinan a digestión anaerobia las deyecciones de granjas que pueden producir más de 20 m3 biogás/h, mientras que se envían a este proceso la fracción sólida de las deyecciones del resto de explotaciones. Finalmente, en el escenario 3 se adopta la hipótesis que en estas últimas explotaciones se recupera biometano del biogás de las balsas de almacén, que han de ser cubiertas y estancas.

Resultados

En el escenario 0, el consumo total comarcal de los combustibles fósiles mencionados asciende a 1.578,1 GWh/año, las emisiones GEI debidas a estos es de 411,1 kt CO2 eq/año y las emisiones de CH4 debidas a gestión de subproductos orgánicos se estima en 588,6 kt CO2 eq/año (Tabla 1).

El escenario 1 (Tabla 2) es el de máxima realización del potencial energético del biogás, en el que puede cubrirse el 12,6% de la demanda de gas natural con biometano para la ciudad de Lleida o el 31,6% de la demanda, contando autobuses de la ciudad, para los municipios de la comarca con subministro actual de gas natural, con recursos propios, y el 44,1% en caso de contar con los recursos de toda la comarca. En este último caso, la reducción de emisiones GEI, contando sólo las de CH4 a la atmosfera por gestión de subproductos orgánicos, así como las emisiones debidas al consumo de gas natural no cubierto por el aporte del biometano, es del 62,9% respecto del escenario 0. En la Figura 1 se muestra de forma gráfica el potencial anual de producción de biometano en los municipios de la comarca.

Para el global de la comarca, considerando las emisiones por gas natural que no se substituye por biometano, la aportación del biometano es de 696,2 GWh/año de energía y la reducción de las emisiones estimadas es de 629,3 kt CO2 eq/año (62,9% de las emisiones en escenario 0), esto es -0,904 kg CO2 eq/kWh. Para la ciudad de Lleida, suponiendo que queda cubierta en un 100% la demanda de energía de la flota de autobuses, estas emisiones son de -0,797 kg CO2 eq/kWh. O sea, una reducción de emisiones (signo negativo) por unidad de energía renovable producida en forma de biometano. Este valor negativo se explica por el doble efecto de reducir las emisiones de metano a la atmosfera y las de GEI del combustible fósil sustituido.

El 92,8% de las 1500 explotaciones ganaderas de porcino y bovino de la comarca tiene un potencial de producción inferior a 20 m3 biogás/h y el 70% presenta valores inferiores a 10 m3 biogás/h (ver Figura 2), valores bajos que dificultan la viabilidad técnica de su aprovechamiento. Por ello, deben analizarse alternativas que permitan aprovechar su potencial energético y reducir las emisiones actuales de GEI de las granjas de menor tamaño (escenarios 2 y 3).

En el escenario 2 (Tabla 2), llama la atención el elevado valor de emisiones debidas a residuos municipales, en comparación al escenario 1. Estas emisiones son sólo ligeramente inferiores a las del escenario 0, en el que se supone que el 60% del gas emitido por el vertedero es quemado en antorcha. Para que la digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos municipales pueda contribuir al aporte de energía y a la reducción de emisiones de GEI, es imperativa la participación ciudadana en la separación domiciliaria de los residuos de cocina, de manera que se pueda producir biogás con facilidad de la FORM y se evite que esta llegue al vertedero.

Con la separación y transporte de la fracción sólida de las deyecciones, se pasa de una producción potencial de 635,5 GWh/año de las deyecciones a 486,4 GWh/año, para el total de la comarca, mientras que las emisiones estimadas de CH4 suben de 87,8 kt CO2 eq/año a 388,6 kt CO2 eq/año. Esto es debido a las emisiones de la materia orgánica diluida que queda en la balsa de las granjas, que podrían evitarse cubriéndolas de forma estanca y recuperando el gas, ya sea para quemar en antorcha o para cubrir demandas de energía térmica de la explotación.

En el escenario 3 (Tabla 2) la producción energética de las deyecciones baja respecto de los dos escenarios anteriores, ya que la producción de biogás depende en este caso de la temperatura ambiente, pero también lo hacen ostensiblemente las emisiones de CH4 a la atmosfera a 81,2 kt CO2 eq/año, por debajo del escenario 1 de máxima producción, para deyecciones y el total de la comarca.

Se comprueba que el sector que presenta mayor potencial energético es el ganadero, pero también es en el que el aprovechamiento energético de los algo más de 3 Mt/año de deyecciones producidas en la comarca presenta mayores dificultades. Ya sea desarrollar nuevos sistemas para aprovechar el potencial de biogás a temperatura ambiente en propia granja, con transporte de gas, o ya sea concentrar sólidos volátiles en granja para transportarlos a planta centralizada, implica prestar mucha atención a solucionar el problema de logística que representa coordinar multitud de explotaciones. Sea cual sea la solución tecnológica apropiada, al igual que en el caso de la FORM donde el limitante es la participación ciudadana, en el caso de la gestión de deyecciones el limitante es la implicación del ganadero, quien debería modificar sus métodos de manejo de los purines y retirarlos a la mayor brevedad posible de las naves del ganado, a fin de que el CH4 que producen tenga la posibilidad de ser aprovechado.

Conclusiones

El estudio realizado muestra un potencial considerable tanto en lo que se refiere al aporte energético del biometano como a la reducción de emisiones. Es necesaria una visión global en lo referente a infraestructuras, áreas geográficas, desarrollo tecnológico, logística o implicación ciudadana, entre otros, para abordar con éxito proyectos de biometano que incorporan varios sectores de manera transversal y contribuir a la transición energética.

Los resultados son muy sensibles al tipo de gestión que se aplique a las deyecciones ganaderas, por lo cual es necesario dedicar un esfuerzo a organización, coordinación y participación de los ganaderos. Para asegurar el buen aprovechamiento de la fracción orgánica de residuos municipales es necesaria la participación ciudadana para una buena separación domiciliaria. Los lodos de depuradoras municipales, sin considerar la de Lleida que ya produce biogás, y los residuos orgánicos industriales ya son gestionados actualmente en plantas de compostaje. Los gestores de estas plantas deberían estudiar con detalle la adopción del proceso de digestión anaerobia.

Este estudio debe considerarse una primera aproximación y sólo pretende detectar limitantes para poder dedicarles atención preferente en estudios de campo más detallados. Así, la optimización del transporte de materias primas, sobretodo deyecciones, ya sea de sus fracciones o del gas recolectado, a instalaciones de tratamiento colectivo se considera un factor determinante para el éxito de un proyecto y, por tanto, debería tenerse en cuenta tanto su consumo energético como las emisiones de GEI asociadas. También la gestión de los nutrientes, como el nitrógeno y el fósforo, ha de merecer una atención especial, ya que afecta a las emisiones GEI, a la demanda de energía, al consumo de recursos naturales y a otros impactos ambientales.