Potencial de obtención de hidrógeno verde en Andalucía a partir de los lodos de depuradora y la fracción orgánica de los RDC

Abstract

Hoy en día hay un creciente interés en el hidrógeno verde (aquel generado a partir de fuentes renovables) como vector energético. Se presenta como parte de la solución al gran problema actual del cambio climático, contando con el apoyo de numerosas estrategias como el “EU Hydrogen Strategy” y la “Hoja de Ruta del Hidrógeno” en España, que tienen como objetico alcanzar la neutralidad climática en 2050. Este Trabajo Fin de Grado está integrado en las tareas del proyecto GH2T en el que se propone usar las refinerías existentes de “La Rábida” y “San Roque” como clúster para acelerar el desarrollo de tecnologías de producción y almacenamiento de hidrógeno verde. Dentro de las actividades del proyecto, se enmarca en las tareas encaminadas a determinar el potencial de producción de hidrógeno verde a partir de los recursos renovables, incluidos residuos biogénicos disponibles actualmente en la región de Andalucía Occidental, donde se ubican dichas plantas. Sin olvidar que la valorización energética pertenece al último escalón en la jerarquía de los residuos para una economía circular, se pretende usar los residuos como recurso para producir biocombustibles, como el biometano, con la finalidad de poder utilizarlo en lugar del gas natural en las refinerías, conllevando así una gran reducción de los gases de efecto invernadero emitidos, tanto por los evitados por la descomposición de los residuos orgánicos en vertederos como por la descarbonización de este sector. El objetivo general de este trabajo es el cálculo del potencial del hidrógeno verde en las provincias de Andalucía (en concreto en Cádiz, Sevilla, Córdoba y Huelva) a partir de dos tipos de residuos: la Fracción Orgánica de los Residuos Domésticos Comerciales y los lodos de las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDAR). Más concretamente, en este trabajo se ha realizado una cuantificación de los recursos disponibles en torno a las zonas de trabajo (tanto de lodos procedentes de las estaciones de depuración de aguas residuales como de la fracción orgánica de los residuos domésticos y comerciales) para lo cual se ha trabajado con el software ArcGIS con el fin de establecer la ubicación de las plantas EDAR y plantas de tratamiento de residuos, junto con la cantidad de cada uno de los recursos en cada una de ellas. Posteriormente, se ha expuesto la caracterización de los recursos, cuya finalidad es recoger toda la información característica de ambos residuos y a partir de ella determinar la cantidad de biogás que se podría producir. Finalmente, se ha determinado el potencial de producción de hidrógeno verde a partir de estos residuos. Con este propósito se ha supuesto el caso de que dichos residuos sean valorizados energéticamente por digestión anaerobia y por codigestion, es decir, de forma separada y conjunta para obtener biogás, pues ambos resultan adecuados para este tipo de tratamiento. Dicho biogás será sometido a un proceso de depuración y se podrá obtener el biometano, que será trasladado a una refinería donde se utilizará como biocombustible para producir hidrógeno verde. Así pues, se obtendrá el biogás en cada planta de tratamiento o EDAR que resulte de interés y una estimación del potencial del hidrogeno verde producido en cada provincia. Para la realización de este trabajo, se ha recurrido al Excel y al software ArcGIS simultáneamente. Los resultados en ArcGIS muestran un mapa visual sobre donde se encuentran localizadas las EDARs y plantas de tratamiento y donde el potencial de hidrógeno verde es mayor, pudiendo observar la información concreta de cada planta, es decir, la cantidad de recurso disponible en ellas y la cantidad de biogás e hidrógeno verde producido en caso de cumplir ciertas condiciones de viabilidad. Además, para las EDARs donde resulte viable la codigestión, se muestran las plantas de tratamiento más cercanas mediante el trazado de un ratio de 30 Km, de las cuales será factible trasladar los residuos. Los resultados obtenidos han permitido determinar que el potencial hidrógeno en la provincia de Andalucía es prometedor en cualquiera de los casos estudiados, aunque especialmente en la codigestión, pudiendo combinar la codigestion de ambos residuos junto con la digestión anaerobia de la fracción orgánica, pues estos métodos no resultan excluyentes ya que se podría utilizar la fracción orgánica procedente de otras instalaciones donde no se esté realizando digestión anaerobia, pudiendo alcanzar un potencial de producción de hidrógeno de 9.302 MWh/año.

Nowadays there is a growing interest in green hydrogen (generated from renewable sources) as an energy vector. It is presented as a part of the solution to the current problem of the climate change, supported by numerous strategies such as the “EU Hydrogen Strategy” and the “Hydrogen Roadmap” in Spain, which aim to achieve climate neutrality by 2050. This Final Degree Work is integrated in the tasks of the GH2T project in which it is proposed to use the exiting refineries of “La Rabida” and “San Roque” as a cluster to accelerate the development of green hydrogen production and storages technologies. Within the activities of the project, the tasks are aimed at determining the potential for green hydrogen production from renewable resources, including currently available biogenic waste, in the region of Western Andalusia, where these plants are located. Without forgetting that energy valorization belongs to the last step in the waste hierarchy for a circular economy, the purpose is to use the wastes as a resource to produce biofuels, such as biomethane, in order to be able to use it instead of natural gas in refineries, reducing the greenhouse gases emitted, not only by those avoided by the decomposition of organic waste in landfills, but also by decarbonization of this sector. The general objective of this work is to calculate the green hydrogen potential in the provinces of Andalusia (specifically in Cadiz, Seville, Cordoba and Huelva) from two types of waste: the Organic Fraction of Commercial Household Waste and sludge from Wastwater Treatment Plants (WWTP). More specifically, in this work a quantification of the resources available around the work areas (both sludge from the wastewater treatment plants and the organic fraction of domestic and commercial waste) has been carried out using ArcGIS software in order to establish the location of the WWTP and waste treatment plants, including the amount of each resources of both of them. Following this, a resource characterization was also performed, whose purpose is to collect all the characteristic information of both wastes and, from this information, to determine the amount of biogas that could be produced. Finally, the potential for green hydrogen production from these wastes has been determined. For this purpose, it has been assumed that these wastes will be energetically valorized by anaerobic digestion and codigestion, in other words, separately and jointly to obtain biogas, since both are suitable for this type of treatment. This biogas will be subjected to a purification process to obtain biomethane, which will be transported to a refinery where it will be used as biofuel for the production of green hydrogen. As a result, the biogas of each treatment plant or WWPT of interest and an estimation of the potential of green hydrogen produced in each province will be obtained. For the realization of this work, Excel and ArcGIS software have been used simultaneously. The results in ArcGIS show a visual map of where the WWTPs and treatment plants are located and where the green hydrogen potential is the highest, showing the specific information of each plant, that is, the amount of resource available in them and the amount of biogas and green hydrogen produced if certain viability conditions are met. In addition, for WWTPs where codigestion is viable, the nearest treatment plants are show by tracing a 30 km ratio from which it would be feasible to transfer the waste. The results obtained have allowed to determine that the hydrogen potential in the province of Andalusia is promising in any of the cases studied, although especially in the codigestion, being possible to combine codigestion of both waste in combination with the anaerobic digestion of the organic fraction, as these methods are not exclusive, since the organic fraction coming from other facilities where anaerobic digestion is not being carried out could be used, reaching an hydrogen production potential of 9.302 MWh/year.