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Tesis:

Generación y distribución de biogás en la Comunidad Autónoma de Castilla y León

  • Autor: SÁNCHEZ MARTÍN, Laura

  • Título: Generación y distribución de biogás en la Comunidad Autónoma de Castilla y León

  • Fecha: 2023

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S.I. DE MINAS Y ENERGÍA

  • Departamentos: INGENIERIA GEOLOGICA Y MINERA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/76608/

  • Director/a 1º: MORA PERIS, Pedro
  • Director/a 2º: ORTEGA ROMERO, Marcelo Fabián

  • Resumen: La crisis medioambiental ha llevado a la Unión Europea y, por tanto, a España como estado miembro a marcar nuevos y ambiciosos objetivos que impliquen conseguir una descarbonización tanto a corto como a largo plazo, es decir, se tienen objetivos marcados para los años 2030 y 2050. Uno de los pilares clave para descarbonizar y conseguir la neutralidad en carbono es la apuesta por los combustibles de origen renovable y en especial por los gases renovables, como: el hidrógeno, el biogás y el biometano. Además de la implementación en el mix energético de energías renovables es fundamental el desarrollo de tecnologías para aumentar la eficiencia energética, todo ello conllevará a conseguir la independencia energética en cada país evitando así conflictos a causa de la escasez local de los recursos energéticos. Una de las alternativas que podría aportar para esa mejora y aumento de la eficiencia e independencia energética es la valorización de residuos para producción de gases renovables. Por lo que si se demuestra el funcionamiento de un nuevo modelo de generación y distribución de biogás se podría contribuir en gran medida a cumplir con los objetivos antes planteados. Con lo antes dicho esta tesis doctoral se centra en la realización de un modelo de distribución de biogás en cinco provincias de Castilla y León que es la tercera Comunidad Autónoma, solamente después de Cataluña y Aragón, con mayor potencial de generación de biogás producido por desechos de origen porcino en territorio español y en donde se encuentra infrautilizado todo este potencial. Actualmente no existen directrices claras que pongan valor a los desechos con los que se produce biogás, por lo que con la generación y distribución de biogás no sólo se genera una energía de origen renovable y que reemplazaría la energía de origen fósil, sino que, además, se disminuiría en gran medida el impacto ambiental tanto en la atmósfera como en el suelo y las aguas subterráneas provocado por los desechos de un sector ganadero. Como desechos se han elegido los desechos de origen porcino, es decir, los purines de cerdo. El objetivo principal de esta tesis es distribuir el biogás generado en un total de 358 granjas de ganado porcino donde se aprovecharía el residuo, denominado comúnmente purín, para la generación de biogás. Para ello se han generado rutas optimizadas en tiempo y distancia para que el potencial energético del biogás sea utilizado en zonas de concentración de demanda energética. Por lo que en esta tesis doctoral se plantea un novedoso modelo de distribución que de ser implementado se llegaría a distribuir la energía procedente del 35 % del total del censo porcino de las zonas en estudio. Gracias al modelo de distribución de biogás planteado en esta tesis doctoral se consigue ser parte del proceso de descarbonización trazados por la comisión europea ya que además de aportar a una mayor independencia energética también se contribuiría a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Por tanto, en el caso de ejecutarse el modelo de distribución de biogás los beneficios serían en dos vertientes: económico para las empresas incluidas en el régimen de comercio de emisiones, y medioambiental para las empresas del sector difuso y del sector del régimen de comercio de emisiones. Para dar facilidad al lector, esta tesis doctoral se estructura de la siguiente manera: 1. Introducción: se pone en antecedente el estado actual de producción y consumo energético tanto en Europa como en España, se cuantifica el potencial biomásico que tiene España, el impacto ambiental que ocasiona el sector elegido, la sostenibilidad del sector agro-ganadero, se explican los gases renovables, el potencial del biogás en Europa y España, el futuro de éste en España, terminando con los principales aspectos del mercado de los derechos de emisión del CO2 que afectan a la investigación. 2. Materiales y métodos: que es el cuerpo principal de esta tesis doctoral, en el que se procede a detallar primeramente el procedimiento de selección del ganado porcino, la producción de purín y biogás en la Comunidad Autónoma elegida, cómo se georreferencian las granjas en estudio, los procesos de producción de biometano, sistema de compresión, el procedimiento de distribución del biogás, en qué condiciones es posible la distribución del biogás y la metodología de las emisiones de CO2 en los sectores. 3. Resultados: una vez descrita la metodología, el siguiente paso es detallar, analizar y resumir los resultados obtenidos. 4. Estudio económico: se cuantifican los costes e ingresos que conlleva el transporte del biogás y la viabilidad económica de todo el proceso. 5. Conclusiones: para terminar, se propondrán las principales conclusiones y las posibles líneas futuras de investigación. ABSTRACT The environmental crisis has led the European Union, and therefore Spain as a member state, to set new and ambitious objectives that involve achieving decarbonisation in both the short and long term, i.e. there are targets set for the years 2030 and 2050. One of the key pillars to decarbonise and achieve carbon neutrality is the commitment to fuels of renewable origin and especially renewable gases, such as hydrogen, biogas and biomethane. In addition to the implementation of renewable energies in the energy mix, it is essential to develop technologies to increase energy efficiency, all of which will lead to achieving energy independence in each country, thus avoiding conflicts due to local shortages of energy resources. One of the alternatives that could contribute to this improvement and increase in energy efficiency and independence is the recovery of waste for the production of renewable gases. Therefore, if the operation of a new biogas generation and distribution model can be demonstrated, it could make a significant contribution to meeting the objectives set out above. This doctoral thesis focuses on the development of a biogas distribution model in five provinces of Castilla y León, which is the third Autonomous Community, only after Catalonia and Aragón, with the greatest potential for generating biogas produced by pig waste in Spain, and where this potential is underused. Currently, there are no clear guidelines that place value on the waste from which biogas is produced. Therefore, the generation and distribution of biogas not only generates energy from renewable sources and replaces fossil energy, but also greatly reduces the environmental impact on the atmosphere, soil and groundwater caused by the waste from the livestock sector. Pig waste, i.e. pig slurry, has been chosen as waste. The main objective of this thesis is to distribute the generated biogas to a total of 358 pig farms where the waste, commonly called slurry, would be used for biogas generation. For this purpose, time and distance optimised routes have been generated so that the energy potential of biogas can be used in areas of concentrated energy demand. Therefore, this doctoral thesis proposes a novel distribution model that, if implemented, would distribute the energy from 35% of the total pig population in the areas under study. Thanks to the biogas distribution model proposed in this doctoral thesis, it is possible to be part of the decarbonisation process outlined by the European Commission since, in addition to contributing to greater energy independence, it would also contribute to reducing greenhouse gas emissions. Therefore, in the case of implementing the biogas distribution model, the benefits would be twofold: economic for the companies included in the emissions trading scheme, and environmental for the companies in the diffuse sector and the emissions trading scheme sector. In order to facilitate the reader, this doctoral thesis is structured as follows: 1. Introduction: the current state of energy production and consumption in Europe and Spain is presented, the biomass potential of Spain is quantified, the environmental impact caused by the chosen sector, the sustainability of the agro-livestock sector, renewable gases are explained, the potential of biogas in Europe and Spain, the future of biogas in Spain, ending with the main aspects of the CO2 emission rights market that affect the research. 2. Materials and methods: which is the main body of this doctoral thesis, in which we proceed to detail firstly the pig selection procedure, the slurry and biogas production in the chosen Autonomous Community, how the farms under study are georeferenced, the biomethane production processes, the compression system, the biogas distribution procedure, under what conditions the distribution of biogas is possible and the methodology of CO2 emissions in the sectors. 3. Results: once the methodology has been described, the next step is to detail, analyse and summarise the results obtained. 4. Economic study: the costs and revenues involved in the transport of biogas and the economic viability of the whole process are quantified. 5. Conclusions: to conclude, the main conclusions and possible future lines of research will be proposed.