Environmental and techno-economic analysis of a biomethane energy community in southern Spain

Abstract

El creciente enfoque en las energías renovables ha puesto en primer plano la bioenergía a partir de materiales residuales, destacando los procesos de biorrefinería basados en residuos para la gestión de desechos y la producción de energía renovable. La codigestión anaerobia ha surgido como una alternativa viable, generando biogás de mayor densidad energética. Este estudio realiza un análisis comparativo del ciclo de vida ambiental de las prácticas actuales de gestión de residuos, el consumo de fertilizantes y el consumo de calor doméstico, con la incorporación de una planta de biometano en un pequeño municipio del sur de España. Se evalúa la combinación de más de dos sustratos a la vez que se lleva a cabo un análisis integral de toda la gama de residuos disponibles, con el fin de optimizar la producción de biometano y minimizar la huella de carbono.

Además, se introduce un modelo de negocio novedoso, que implica comunidades energéticas conformadas por actores municipales, pequeñas empresas y hogares implicados en el autoconsumo de gas. Este modelo busca beneficiar al municipio tanto económica como ambientalmente, garantizando la seguridad del suministro energético local y ofreciendo potencialmente precios asequibles de combustible renovable gracias a subvenciones de financiación europea. Actualmente, aunque existen modelos comunitarios de energía basados en gas, la inyección de biometano a la red para consumo comunitario aún no se ha materializado. Sin embargo, los objetivos de la Unión Europea de promover una economía circular y empoderar a los sectores rurales indican un avance hacia este objetivo. A partir de 2027, el nuevo régimen ETS2 (Sistema de Comercio de Emisiones de la UE) impondrá pagos por emisiones a edificios e industrias pequeñas, lo que resalta la necesidad de estrategias de descarbonización rentables en las que el biometano podría desempeñar un papel crucial.

La evaluación del impacto ambiental revela que la implementación de un sistema de inyección de biometano mitiga significativamente todas las categorías de impacto ambiental. Una mezcla de codigestión bien equilibrada mejora la producción de biometano y la reducción de emisiones, logrando una disminución del 89 % de las emisiones de CO₂-eq en calefacción doméstica. El establecimiento de un modelo cooperativo con colaboración municipal resulta viable, con una tasa interna de retorno del 17 % y la posibilidad de reducir el precio pagado por la comunidad energética por debajo de 40 €/MWh. Los ingresos potenciales derivados del CO₂-eq biogénico, el compost y las ventas de gas mediante Garantías de Origen y Certificados de Sostenibilidad refuerzan aún más la rentabilidad, subrayando el potencial ambiental y económico de la codigestión anaerobia dentro de las comunidades energéticas.

The increasing focus on renewable energy has spotlighted bioenergy from waste materials, emphasizing waste-based biorefinery processes for waste management and renewable energy production. Anaerobic co-digestion has emerged as a viable alternative, producing higher energy–density biogas. This study conducts a comparative environmental life cycle analysis of current waste management practices, fertilizer consumption, and domestic heat consumption with the incorporation of a biomethane plant in a small municipality in South-Spain. It evaluates the combination of more than two substrates while conducting a comprehensive analysis of the full range of available waste to optimize biomethane production and minimize the carbon footprint. Additionally, a novel business model is introduced, involving energy communities comprising municipal stakeholders, small businesses, and households engaged in gas self-consumption. This model aims to benefit the municipality economically and environmentally, ensuring local energy supply security and potentially offering affordable renewable fuel prices through European funding subsidies. Currently, while gas-based community energy models exist, the injection of biomethane into the grid for community consumption is yet to be realized. However, the European Union’s goals of promoting a circular economy and empowering rural sectors indicate progress towards this objective. From 2027, a new EU Emissions Trading System 2 scheme will impose emissions payments on buildings and small industries, highlighting the need for cost-effective decarbonization strategies where biomethane could play a crucial role. The environmental impact assessment reveals that implementing a biomethane injection system significantly mitigates all environmental impact categories. A well-balanced co-digestion mixture enhances biomethane production and emission abatement, achieving an 89 reduction in CO2-eq emissions in domestic heating. Establishing a cooperative model with municipal collaboration proves viable, with a 17 internal rate of return and a possibility to decrease the price paid by the energy community below 40€MWh. Potential revenue from biogenic CO2-eq, compost, and gas sales through Guarantees of Origin and Proof of Sustainability further enhances profitability, underscoring the environmental and economic potential of anaerobic co-digestion within energy communities.