El modelo de la economía circular, la energía descarbonizada, la mejora de la calidad de los suelos agrícolas y la propia disponibilidad de recursos hídricos se dan la mano cuando se pone en relación el ciclo del agua y la producción de gas renovable. Y es que el proceso de depuración de las aguas residuales da como resultado no solo la posibilidad de reutilizar este líquido esencial, sino también aprovechar los lodos de la depuración para generar gas renovable y un digestato para acondicionar y mejorar la calidad de los suelos agrícolas.

Juan Carlos Giménez

La circularidad del agua puede definirse como el conjunto de acciones, técnicas y políticas encaminadas a mejorar su sostenibilidad, a través de su reutilización para distintos usos, la valorización de los residuos asociados y la producción de energía en los procesos de depuración. Es por tanto una parte integral de la cadena de valor del biogás, ya que la purificación de tanto las aguas residuales de origen urbano como las de procedencia industrial es susceptible de utilizarse como materia prima para la producción de biogás, un gas renovable.

El tratamiento convencional de aguas residuales consta de tres fases. La primera implica la eliminación mecánica de sólidos por sedimentación o flotación. Le sigue un tratamiento secundario que elimina la materia orgánica mediante descomposición microbiana. Y puede ser necesario un tratamiento adicional, dependiendo del destino final de las aguas residuales, que tras el oportuno procesamiento pueden acabar reingresando en la red de suministro de agua.

La elección del tipo tratamiento secundario depende de factores químicos y biológicos de las aguas residuales, costes operativos y de mantenimiento, lodos y efluentes resultantes del proceso, ... Se puede optar por un tratamiento aeróbico (en presencia de oxígeno) o anaeróbico (sin él), o incluso por una combinación entre ambos. Los sistemas anaeróbicos y aeróbicos son formas de tratamiento biológico que utilizan microorganismos para descomponer y eliminar materiales orgánicos de las aguas residuales.

El sistema aeróbico se aplica habitualmente con aguas residuales de baja concentración, y el anaeróbico en el caso de aguas residuales con mayor carga orgánica. La utilización de este último procedimiento es cada vez más habitual en el sector de las aguas residuales, entre otras razones porque las instalaciones necesarias requieren menos espacio y menor inversión. Utiliza bacterias que, en ausencia de oxígeno, se encargan de descomponer la materia orgánica y permiten obtener, entre otros recursos, un biogás (un metano de origen renovable) y un digestato.

Mayor eficiencia

La digestión anaeróbica permite mayor eficiencia a la hora de tratar lodos con mayor contenido de sólidos, y además genera un biogás que puede capturarse y utilizarse como fuente de energía renovable, así como un biofertilizante. Este permite aumentar la presencia de materia orgánica en los suelos y mejorar su capacidad de retención de agua.

Además, las tecnologías de limpieza más avanzadas permiten a las plantas pioneras producir agua limpia a partir del digestato, que se puede utilizar posteriormente en procesos industriales, mantenimiento de áreas verdes o agricultura. Lo cual supone un recurso para combatir el llamado “estrés hídrico”, una situación caracterizada por una demanda de agua más alta que la cantidad disponible, o cuando su uso se ve restringido por su baja calidad.

Se grata de una amenaza para el desarrollo sostenible a escala global. Según la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, por sus siglas en inglés), se trata de una tendencia creciente a lo largo de los últimos veinte años, que se refleja especialmente en varias zonas del mundo, y también en algunas áreas de nuestro país.

Las instituciones europeas han puesto el acento el crucial papel regulador de los ciclos del agua para los ecosistemas, la vida humana y el funcionamiento de la economía. Y, para garantizarlo, se precisa una iniciativa estratégica integral de resiliencia hídrica, que debería, entre otras cosas, garantizar el pleno aprovechamiento de los beneficios que proporciona las plantas de biogás.

Asociación Europea de Biogás

En este sentido, la Asociación Europea de Biogás (EBA) participa activamente en el programa de Investigación e Innovación de la Comisión Europea, como organización asociada en proyectos como FER-PLAY (sobre fertilizantes alternativos para proteger los ecosistemas), SYSTEMIC (recuperación y producción de nutrientes minerales y orgánicos para la mejora de la calidad del suelo) o Nutri2Cycle (prácticas agronómicas basadas en un ciclo de nutrientes y carbono orgánico optimizado). 

Iniciativas que tienen por objetivo promover el intercambio de tecnología y conocimientos, en particular en la mejora y aplicación del digestato, lo que en última instancia contribuye a impulsar la resiliencia y la sostenibilidad del agua. EBA también integra la Coalición de Resiliencia del Agua, un grupo de 30 organizaciones dedicadas a priorizar las cuestiones de política hídrica en el nuevo mandato de la Comisión Europea.

Esta Asociación publicó un estudio en 2021 que concluía que, en Europa, es posible recuperar alrededor de 14 Mtep (142 TWh) de biogás por año mediante la valorización de las aguas residuales industriales de los sectores de bebidas espirituosas, biodiésel, pulpa y papel, cerveza, aceites vegetales, etanol, carne y queso. Sin embargo, el gran potencial de producción de biogás a partir de aguas residuales industriales aún no se considera en la mayoría de los estudios que evalúan el potencial de producción de biogás en Europa en 2050 entre 87-114 Mtep (1.008-1.326 TWh). Por tanto, este potencial puede ser superior al estimado actualmente.

En el ámbito español, el último estudio de la Asociación Española e Abastecimientos de Agua y Saneamiento (AEAS) pone de relieve el significativo avance del sector del agua urbana en relación con la estrategia europea sobre transición energética, economía circular, así como sobre planes de gestión y mitigación en materia de lucha contra el cambio climático e impulso de la descarbonización. En concreto, la generación de energía verde y renovable por parte de los servicios de agua urbana se sitúa en torno a los 787 GWh/año, cifra equivalente a suministrar energía eléctrica durante un año a una población de unos 580.000 habitantes.

El porcentaje de operadores que cuenta con dispositivos de aprovechamiento energético alcanza el 80%. Y las formas de aprovechamiento se centran en la generación de biogás en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) y en el potencial hidroeléctrico de los caudales de agua empleados.

El potencial de producción de biometano

Cabe resaltar que la producción anual de lodos de depuración asciende a un total de 922.390 toneladas de materia seca. Un 85% se destina a agricultura (fertilizantes biosólidos), jardinería y silvicultura; un 10% a incineración o valoración energética; y solo un 5% se retiran a vertedero.

En cuanto al volumen de biogás producido en las EDAR, ha aumentado hasta los 172 Nhm³/año. La generación de gas se produce en aquellas ciudades, de mayor tamaño, dotadas de digestión anaerobia en sus estaciones depuradoras. España cuenta con 2.232 instalaciones de este tipo, que tratan un total de 4.066 hm³ de aguas residuales, unos 245 litros de agua depurada por habitante y día.

Por su parte, la Sedigas publicó el año pasado un detallado estudio, el primer informe con datos acerca de todas las fuentes aprovechables para la producción de biometano, desglosados por comunidades autónomas y por comarcas. E incluye ubicaciones factibles para la construcción de las plantas de producción de este gas renovable que permitan aprovechar todo el potencial disponible. Las EDAR constituirían el 1,8% del potencial disponible para la producción de biometano en España, y contribuirían con una generación estimada en 2,99 TWh/año.

EDAR de Bens: biometano, hidrógeno verde y syngas a partir de aguas residuales

La estación depuradora de Bens, en A Coruña, puso en marcha en 2016 un proyecto pionero: la instalación de la primera Unidad Mixta de Gas Renovable obtenido a partir de aguas residuales. El objetivo inicial era la producción de biometano para movilidad, calderas de cogeneración e inyección en la red de gas, pero posteriormente se amplió el campo a otros gases renovables como el hidrógeno verde y el gas de síntesis.

El proyecto arrancó por iniciativa de la sociedad pública comarcal que gestiona esta infraestructura, junto con Naturgy y el centro tecnológico gallego EnergyLab. Y ha contado con financiación de la UE, a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), además de la ayuda de la Axencia Galega de Innovación.

La EDAR de Bens da servicio a una población de unos a 400.000 habitantes. Diseñada con la tecnología más avanzada, trata cada día 130.000 m3 de aguas residuales procedentes de hogares e industrias, que son entregadas al mar en condiciones óptimas.

La depuradora de Bens ya utilizaba con anterioridad el biogás: de los 10.000 m3/día generados, alrededor de un 80% se empleaban en sus propias instalaciones mediante un sistema de cogeneración eléctrica. El 20% restante (2.000 m3/día) se descartaba. Frente a esta opción de la cogeneración, inyectar el gas renovable producido en la red de gas natural o utilizarlo como combustible para el transporte supone un aprovechamiento más eficiente. La Unidad Mixta incrementa esta eficacia, con el objetivo de alcanzar el 100% de generación de energía útil. Para ello es imprescindible tratar el biogás hasta obtener un metano con las condiciones de calidad exigido por la normativa vigente para su inyección en la infraestructura gasista existente.

Con este objetivo, la EDAR de Bens puso en marcha dos instalaciones diferentes: por un lado, un equipo para purificar el biogás y prepararlo para su introducción en la red de gas natural; por otro, una gasinera para suministrar biometano comprimido y en formato líquido a vehículos.

En esta primera fase del proyecto de la Unidad Mixta de investigación del biogás y el biometano se han conseguido resultados notables, como la puesta en marcha de una planta de purificación basada en membranas, así como de la primera planta de metanación biológica en España. El objetivo del proyecto es incrementar el conocimiento no solo del biogás y el biometano, sino también de otros gases renovables, como el hidrógeno verde y el gas sintético, el denominado syngas. Y al mismo tiempo se trata de evaluar su impacto en las actuales infraestructuras de distribución.

Con esta perspectiva, la Unidad Mixta de Gas Renovable de Bens puso en marcha cinco nuevas líneas de investigación:

• Mejora en la producción de biogás a través de la codigestión y la recuperación de nutrientes.
• Generación de hidrógeno verde, gracias al aprovechamiento energético del caudal de agua depurada a través de una turbina, que a su vez generará electricidad renovable para la electrólisis del agua.
• Producción de biohidrógeno a través de la denominada fermentación oscura, un proceso biológico mediante el que se genera hidrógeno a partir de la degradación de la materia orgánica en las etapas iniciales de la digestión anaerobia.
• Gasificación de lodos para la obtención de bio-syngas.
• Estudio del impacto del uso de los diferentes gases renovables y sus mezclas, desde el punto de vista de la inyección a la red de gas y su utilización en aplicaciones tanto estacionarias como para vehículos.

En 2022 se puso en marcha la segunda fase del proyecto, con el objetivo de consolidar los desarrollos realizados en la etapa anterior, ampliar el alcance técnico con la generación de hidrógeno verde y syngas, así como evaluar su impacto en la red de distribución y en los consumidores finales.

La EDAR de Bens comenzó a inyectar biometano en la red comercial, convirtiéndose en la primera planta de tratamiento de aguas residuales de España en hacerlo de manera constante. La planta produce en torno a 400 Nm3 a la hora (23GWh/año). Y la facturación correspondiente a este suministro se reinvierte íntegramente en actividades de I+D relacionadas con la producción de energías limpias. En marzo de 2024 se firmó un convenio de colaboración entre Naturgy, el centro tecnológico EnergyLab y la multinacional gallega Inditex para suministrar gas renovable a las instalaciones de la empresa textil en Arteixo (A Coruña).

Finalmente, en octubre se dio un nuevo y significativo paso en el desarrollo del proyecto de la Unidad Mixta de Gas Renovable de Bens, con el inicio de las obras para instalar una turbina hidroeléctrica que posibilitará la generación de hidrógeno verde. El proyecto está diseñado para producir electricidad con el paso por una turbina del agua ya depurada antes de su vertido definitivo al mar. La electricidad renovable generada por este procedimiento se empleará después para activar un electrolizador que separará las moléculas de agua para obtener hidrógeno renovable.