Evaluación medioambiental de la generación de energía eléctrica a partir de biomasa agrícola en España mediante análisis de ciclo de vida

Abstract

En estos últimos años, los gobiernos han incentivado el desarrollo de las energías renovables debido al problema del calentamiento global, generado por el consumo masivo de combustibles fósiles, así como al auge de los precios y al presumible agotamiento del petróleo. La biomasa es una energía renovable cuyo desarrollo local genera unos beneficios que son particularmente relevantes para el caso de España. Estos beneficios son: la reducción de la dependencia energética exterior, la generación de empleo, la recuperación del medio rural y la prevención de incendios. Todos estos beneficios, junto con el abandono parcial de las tierras tradicionalmente dedicadas al cultivo del cereal, llevan a proponer su aprovechamiento para el desarrollo de la bioenergía. En concreto, se propone su uso para el cultivo de cereal destinado a la generación eléctrica. Esto se debe a que los agricultores conocen bien el manejo de los cereales, a que su potencial para la generación eléctrica gracias a su combustión es conocido y a que existen estudios que apuntan a un mejor desempeño cuando estos cultivos se destinan a la generación de electricidad y/o calor frente a cuando se destinan a la producción de biocarburantes. Además, se propone la utilización de la paja para este mismo fin debido a la existencia de tierras en las que se sigue cultivando cereal para alimentación y en las que este residuo no tiene un destino claro para el ganado. Sin embargo, tal como la UE propone, se debe evaluar la sostenibilidad medioambiental de estas alternativas. En concreto, se debe evaluar el ahorro de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEIs) con respecto a una referencia fósil y verificar que se logran unos ahorros mínimos, los cuales se establecen como criterio de sostenibilidad. Para ello la Unión Europea (UE) propone la utilización del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) como la herramienta para realizar estas evaluaciones. Es por esto que, esta tesis plantea la evaluación de la sostenibilidad medioambiental de la utilización de los cereales y de la paja como fuentes de energía renovable destinadas a la generación de energía eléctrica mediante su combustión y propone el ACV como herramienta principal para su evaluación. La referencia fósil elegida para las comparaciones es la generación eléctrica con gas natural por ser la menos contaminante de las opciones disponibles. Debido a las posibilidades que ofrece el ACV, en esta tesis se evalúan otros impactos medioambientales aparte del Potencial de Calentamiento Global (PCG) generado por las emisiones de GEIs. Además, se profundiza en los aspectos críticos de la aplicación de esta técnica a las evaluaciones de la bioenergía, se explora la combinación del ACV con el balance de nitrógeno del suelo para conseguir unas evaluaciones más completas, se evalúan diversas vías de optimización de la fertilización como fase crítica de los análisis y se incorpora la variabilidad e incertidumbre de los datos mediante simulación de Monte Carlo, cuando la naturaleza de los datos disponibles lo demanda.In recent years, governments have encouraged the development of renewable energies due to the global warming problem, generated by the massive consumption of fossil fuels, as well as to the rise in prices and the presumed depletion of oil. Biomass is a renewable energy whose local development generates benefits that are particularly relevant to Spain. These benefits are: reduction of energy dependence, generation of employment, recovery of the rural environment and fire prevention. All these benefits together with the partial abandonment of the lands traditionally dedicated to the cultivation of cereals lead to propose their use for the development of bioenergy. In particular, the use proposed for these lands is the cultivation of cereals destined to electricity generation. This proposed used is justified because the farmers know well the handling of cereals, because their potential for electricity generation by combustion has been proved and because there are studies that point to a better performance when these crops are destined to the generation of electricity and/or heat as opposed to when they are destined to the production of biofuels. In addition, it is proposed to use the straw for the same destination due to the existence of lands in which cereals continue to be grown for food production and where this residue has no clear destination for livestock. However, as the European Union (EU) proposes, the environmental sustainability of these alternatives should be assessed. In particular, Greenhouse Gas (GHG) emission savings with respect to a fossil energy reference should be evaluated and the achievement a minimum amount of GHG savings should be accomplished as a criterion of sustainability. To this end, the EU proposes the use of Life Cycle Assessment (LCA) as the tool to develop these assessments. Therefore, this thesis proposes the evaluation of the environmental sustainability of the use of cereals and straw as renewable energy sources for the generation of electricity through their combustion and proposes LCA as the main tool for its evaluation. The fossil reference chosen for the comparisons is the generation of electricity with natural gas because it is the least polluting option available. Due to the possibilities offered by LCA, this thesis assesses other environmental impacts apart from the Global Warming Potential (GWP) generated by GHG emissions. Besides, it delves in the critical aspects of the application of this technique to bioenergy evaluations, explores the combination of LCA with the nitrogen balance of the soil to obtain more complete evaluations, assesses ways of optimization of fertilization due to the critical importance of this phase and incorporates variability and uncertainty of data by means of Monte Carlo simulation, when the nature of data available demands it.