Comunicación presentada al VI Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Javier Antolín Gutiérrez, Ingeniero-Investigador, División Energía, Fundación CARTIF
- Sonia Álvarez Díaz, Arquitecta-Investigadora, División Energía, Fundación CARTIF
- M. Dolores Hidalgo Barrio, Directora Área Economía Circular, División Agroalimentación y Proc., Fundación CARTIF
- Juan Castro Bustamante, Ingeniero-Investigador, División Agroalimentación y Procesos, Fundación CARTIF
Resumen
El sector de la vivienda contribuye en gran medida a los problemas globales actuales de agotamiento de los recursos y cambio climático, representando uno de los sectores que más consumen a nivel europeo: consume un 50% de todos los materiales extraídos, el 40% del consumo final de energía, el 33% del consumo de agua y causa el 30% de todos los residuos producidos por la sociedad además del 40% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Los modelos de negocio actuales basados en un enfoque lineal están causando muchos problemas ambientales siendo una de las principales barreras en la transición hacia una economía circular. El proyecto HOUSEFUL propone un cambio de paradigma innovador hacia una economía circular para el sector de la vivienda al demostrar la viabilidad de un servicio sistemático integrado de diversas soluciones circulares para que el uso de los recursos a lo largo del ciclo de vida de un edificio sea más sostenible. El concepto HOUSEFUL considera los aspectos de energía, materiales, residuos y agua y cuenta con demostradores en Austria y España, adaptando el concepto a diferentes escenarios, incluso en edificios de viviendas sociales. Las soluciones y servicios desarrollados en este proyecto se evaluarán desde el punto de vista energético, medioambiental, económico y social. La presente comunicación muestra una visión global del concepto HOUSEFUL aplicado a la renovación circular de los edificios y presenta en detalle dos de sus soluciones circulares como son los Pasaportes de Materiales basados en modelos BIM y el tratamiento conjunto de los residuos orgánicos y aguas negras para producción de biogás y valorización energética en los propios edificios.
Palabras clave
HOUSEFUL, Economía Circular, Soluciones Circulares, Eficiencia Energética, Recursos Eficientes, BIM
Introducción
La Unión Europea ha liderado la acción global sobre eficiencia energética en edificios durante las últimas décadas. Actualmente la industria está movilizando muchos recursos para entregar una nueva generación de edificios que son los llamados Edificios de Energía Casi Nula con las miradas puestas a partir de 2021.
La recomendación de la Comisión Europea 2019/786 del 8 de Mayo 2019 relativa a la renovación de edificios (Comisión Europea, 2019) obliga a los estados miembros a desarrollar una estrategia global que permita conseguir un parque inmobiliario con alta eficiencia energética antes del año 2050 y, además, conseguir transformar los edificios existentes en EECN (Edificios de Energía Casi Nula) teniendo en cuenta el coste/beneficio de las actuaciones a realizar. La Comisión Europea plantea también que la economía circular sea uno de los aspectos a tener en cuenta en la renovación del parque inmobiliario existente para conseguir emisiones bajas o nulas, considerando los beneficios positivos sobre el consumo energético que puede tener la circularidad de los materiales de un edificio en su fase de reciclaje al final de su vida útil o de otra posible renovación.
Sin embargo, a medida que van avanzando los años y nos acercamos a esta fecha límite, los principales estados y actores involucrados, se están dando cuenta de que solo estamos abordando parte del impacto del sector de la construcción y por lo tanto la visión debe extenderse hacia un impacto más global.
En Europa, si miramos los edificios considerando todo su ciclo de vida (extracción de materiales, fabricación, transporte, construcción, uso y mantenimiento y demolición), estos son responsables de aproximadamente la mitad del consumo de energía y de materiales extraídos, un 40% de da las emisiones de gases de efecto invernadero, una tercera parte del consumo de agua y un 30% de los residuos producidos por la sociedad. Esto hace al sector de la vivienda uno de los sectores más consumidores de recursos a nivel europeo (Unión Europea, 2019).
El proyecto HOUSEFUL propone un cambio en los modelos de negocio actuales basados en enfoques lineales hacia una economía circular para el sector de la vivienda. Conceptualmente el proyecto aborda los aspectos de energía, materiales, agua y residuos a través del desarrollo de una serie de soluciones y servicios circulares y de esta manera consigue abordar el impacto de una manera global.
Proyecto HOUSEFUL
El proyecto HOUSEFUL cuyo nombre completo en inglés es “Innovative circular solutions and services for new business opportunities in the EU housing sector” (HOUSEFUL consortium, 2018) es un proyecto europeo financiado por la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención nº 776708 mediante la convocatoria H2020-CIRC-2017 para proyectos de demostración a gran escala considerando el enfoque de la economía circular. El proyecto, que se inició en mayo del 2018 y terminará en octubre de 2022, está coordinado por el Centro Tecnológico LEITAT y en él colaboran 16 entidades de 8 países distintos que cubren un amplio rango de conocimiento. Los socios españoles que colaboran en el proyecto son el Centro Tecnológico CARTIF, ITeC, la Agència de l’Habitatge de Catalunya, AIGUASOL, WE&B e IDP.
HOUSEFUL persigue sus objetivos mediante el diseño de intervenciones innovadoras para la gestión eficiente de materiales, residuos, agua y energía a lo largo de toda la cadena de valor de los edificios. Para ello cuenta con un completo conjunto de soluciones y servicios circulares que serán demostrados en edificios demostradores en Austria y España.
El objetivo principal del proyecto es desarrollar y demostrar un servicio sistémico integrado (Servicio HOUSEFUL) compuesto de diversas soluciones circulares (Figura 1). Este Servicio HOUSEFUL pretende alcanzar una gestión circular y uso eficiente de los recursos como son el agua, energía, residuos y materiales en todas las fases del ciclo de vida de los edificios en Europa.
El concepto HOUSEFUL será implantado en varios edificios demostradores ubicados en España y Austria, donde será adaptado a las peculiaridades de los diferentes escenarios, incluidas las viviendas sociales. Las diversas soluciones circulares implementadas serán evaluadas desde un punto de vista energético, medioambiental, económico y social.
Objetivos del proyecto
Los principales objetivos del proyecto HOUSEFUL son:
- Desarrollo de una metodología para cuantificar el grado de circularidad de los edificios en las diferentes fases de su ciclo de vida.
- Demostrar y validar las soluciones del proyecto a escala laboratorio y a gran escala en los demostradores seleccionados.
- Evaluar los impactos energéticos, ambientales y socioeconómicos obtenidos tras la implementación de las soluciones circulares.
Impactos esperados con el proyecto
Se espera que las intervenciones tengan los siguientes impactos:
- Reducción en el uso de los recursos (materiales, energía y agua) en el sector de la vivienda.
- Reducción de los residuos que van a vertedero del 40% actual a un 10% en 10 años.
- Recuperación de más del 95% de los residuos de comida a escala doméstica.
- Reciclar más del 90% del agua de lluvia, aguas grises y negras.
- Producción de biogás de alta calidad y valorización eficiente para aprovechamiento energético en las viviendas.
- Producción de compost a partir de digestato.
- Reducción del consumo de energía primaria no renovable en los edificios de hasta un 50%.
- Reducción de las emisiones de CO2 de hasta un 60%.
Descripción de las soluciones HOUSEFUL
Las soluciones circulares HOUSEFUL (Tabla I) se desarrollarán y demostrarán para ser integradas a escala de edificio en cada uno de los demostradores.
Estas soluciones se pueden categorizar de la siguiente manera:
- Soluciones materiales: de acuerdo con las recientes iniciativas políticas europeas para promover la construcción y rehabilitación de edificios de manera eficiente en cuanto al uso de recursos, HOUSEFUL implementará un enfoque circular en el uso y fin de vida de los materiales de construcción.
- Soluciones agua: el sector de la vivienda es responsable del 33% del consumo de agua anual. Con la ayuda de las “Nature Based Solutions (NBS)”, el agua se puede reciclar y reutilizar en entornos domésticos.
- Soluciones residuos: el sector de la construcción y demolición, es una de las cinco áreas prioritarias que deben abordarse en el contexto de la economía circular europea. En HOUSEFUL se implementará e incorporará la gestión de los residuos a través de soluciones sostenibles y viables.
- Soluciones energía: a nivel europeo, el sector de la vivienda es responsable del consumo de alrededor del 40% de la energía disponible y se debe principalmente a la baja tasa de renovación de los edificios existentes. HOUSEFUL abordará la reducción de la demanda energética y el incremento de las energías renovables con el objetivo de conseguir Edificios de Energía Casi Nula.
Desarrollo de pasaportes de materiales basados en modelos BIM (s3)
En HOUSEFUL, los Pasaportes de los Materiales basados en modelos BIM se llevarán a cabo para cada edificio demostrador. La generación de la documentación en un Pasaporte de Material dará una visión general de los productos, componentes y materiales utilizados en los objetos de la construcción existentes. El uso de los modelos BIM para la creación del Pasaporte de Materiales nos permitirá disponer de toda la información necesaria del edificio en todo su ciclo de vida, desde su fase de diseño, construcción, gestión y mantenimiento, hasta su fase de demolición o rehabilitación. Esta información será obtenida de los modelos IFC (Industry Foundation Classes) (International Organization for Standardization, 2013), donde cada elemento constructivo tendrá además añadida información sobre KPIs (Key Performance Indicators) relacionados con la circularidad de los edificios. Para añadir la información necesaria a cada elemento en el IFC se utilizarán diferentes Property Sets (Pset) definidas dentro del estándar IFC, como la Pset: Environmental Impact Indicators, entre otras.
Algunas de las categorías incluidas en las Property Sets son: Vida Útil Esperada (en años), Energía Primaria Total Consumida por Unidad (Joules), Energía Renovable Consumida por Unidad (Joules), Energía No Renovable Consumida por Unidad (Joules), Emisiones de Gases de Efecto Invernadero (CO2 eq.), Residuos Peligrosos Generados (kg), Residuos No Peligrosos Generados (kg), Agua Consumida por Unidad (m3), Residuos Inertes Generados (kg), etc.
Los KPIs, además de utilizarlos para la creación del Pasaporte de Materiales, permitirán analizar la circularidad de los edificios utilizándose para la evaluación del LCC (Life Cycle Cost) y del LCA (Life Cycle Assessment). Los datos complementarios que se quieran usar o sean necesarios, y que no estén reflejados en el modelo IFC, se añadirán mediante unos formatos de tablas establecidos que complementarán la información para realizar los análisis.
Generación de biogas/biometano, a partir de residuos orgánicos y aguas negras, y posterior aprovechamiento (s7A – s7c)
La demanda de biogás está aumentando en todo el mundo debido principalmente a una creciente preocupación por los problemas ambientales relacionados con las altas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) procedentes de la combustión de combustibles fósiles. Este aumento en la demanda de biogás ha tenido como consecuencia una creciente instalación de digestores anaeróbicos para el tratamiento de residuos orgánicos, principalmente en Europa, promovida por la legislación medioambiental vigente. En los últimos años, también hay una creciente demanda de biogás rico en metano (biometano), ya que el uso de este producto como combustible sustituto del gas natural se está convirtiendo en una práctica común. Según estudios previos (Adelt et al., 2011), las emisiones específicas de GEI asociadas a la producción de biometano ascienden a 44,6 g CO2eq/kWh, lo que corresponde a una reducción global de las emisiones de GEI del 82% respecto al gas natural. Estas cifras convierten al biometano en una opción clave en el camino hacia fuentes de energía sostenibles y renovables.
Para producir biometano, el biogás debe ser limpiado primero para eliminar los oligoelementos y luego mejorado para eliminar el CO2 y ajustar el valor calorífico a los usos previstos. Al separar el CO2 del biogás, aumenta el valor calorífico de la corriente de gas y disminuye tanto el volumen del gas transportado como su tendencia a la corrosión. La purificación del biogás es, por tanto, una cuestión clave hoy en día para enriquecer el biometano y producir un sustituto del gas natural
Cinco tecnologías se utilizan principalmente en plantas de mejora de biogás, algunas de ellas disponibles comercialmente y otras a nivel piloto o de demostración: absorción de agua, absorción por oscilación de presión (PSA), depuración química, depuración física y separación de membranas. La absorción de agua ha sido tradicionalmente la tecnología de mejora más popular, con un 40% hace años, seguida por el PSA y el lavado químico, con un 20% cada uno (IEA, 2013). Sin embargo, hoy en día, la separación por membranas compite por el primer lugar con el lavado con agua.
Dentro del proyecto HOUSEFUL una de las soluciones utilizadas para la obtención de biogás se basa en el tratamiento conjunto de aguas negras (fluidos procedentes de instalaciones de saneamiento) y residuos orgánicos (restos de alimentos) triturados a escala de edificio para su aprovechamiento mediante digestión anaerobia húmeda, utilizando la tecnología AnMBR (Biorreactor Anaerobio de Membranas). La solución prevé la recuperación de más del 95% de los residuos orgánicos alimenticios y más del 95% de la materia orgánica de las aguas negras.
Para la posterior obtención del biometano, en HOUSEFUL se ha optado por sistemas de absorción de membranas gas líquido, denominados contactores de membranas, que a bajas presiones ofrecen perspectivas muy prometedoras en la purificación de biogás (Belaissaoui, et al., 2016) (Fougerit, et al., 2019). Este sistema, combina la membrana con una operación convencional de contacto entre fases, como la absorción, y por lo tanto los beneficios de ambas tecnologías pueden ser utilizados plenamente (Belaissaoui & Favre, 2018). Esto permitirá obtener un biometano con un contenido en CH4 superior al 98%, lo que garantizará un combustible de alta calidad (Figura 2).
Posteriormente, tras dicha purificación, el biometano será óptimo para su uso en sistemas de micro-cogeneración (producción conjunta de energía eléctrica y térmica), combustión en caldera de gas u otras rutas de valorización propuestas para su aprovechamiento energético en los propios edificios contribuyendo a la reducción del consumo de energía procedente de fuentes no-renovables.
Conclusiones
Las nuevas políticas europeas, donde la economía circular toma gran protagonismo, están obligando a los estados miembros a desarrollar una estrategia global que permita conseguir un parque inmobiliario de alta eficiencia energética y a que la industria europea esté movilizando muchos recursos para la nueva generación de edificios, los llamados Edificios de Energía Casi Nula. Sin embargo, los principales estados y actores clave, se están dando cuenta que solamente están abordando parte del impacto del sector de la construcción y por lo tanto la visión debe extenderse hacia algo más global. Para ello, el proyecto HOUSEFUL propone un cambio de los modelos de negocio actuales basados en enfoques lineales hacia una economía circular en el sector de la vivienda, abordando los aspectos de energía, materiales, agua y residuos a través de soluciones y servicios circulares y consiguiendo así abordar el impacto de una manera global.
Las soluciones y servicios circulares de HOUSEFUL se desarrollarán y demostrarán a escala de edificio en varios demostradores de España y Austria. La solución para el desarrollo de Pasaportes de Materiales basados en modelos BIM dará una visión general de los productos, componentes y materiales de los edificios en todo su ciclo de vida, además de permitir analizar la circularidad de estos a través de evaluaciones LCA (Life Cycle Assessment) y LCC (Life Cycle Cost). Por otro lado, con otra de las soluciones aquí descritas, basada en la digestión anaerobia húmeda con tecnología AnMBR mediante el tratamiento conjunto de aguas negras y residuos orgánicos, se consigue obtener biometano de alta calidad para su aprovechamiento energético en los propios edificios.
Con todo esto, el proyecto HOUSEFUL espera conseguir una reducción en el uso de los recursos (energía, agua y materiales) y producción de residuos en el sector de la vivienda.
Agradecimientos
Los autores quieren reconocer al proyecto HOUSEFUL como marco principal de la presente comunicación, proyecto a su vez financiado bajo el Programa de Innovación e Investigación Horizon 2020 de la Unión Europea, bajo el acuerdo de subvención nº 776708, y agradecer a todos los miembros del consorcio las contribuciones técnicas y científicas. Toda la información relativa al proyecto está disponible en houseful.eu/es/
Referencias
- Adelt, M., Wolf, D. & Vogel, A., 2011. LCA of biomethane. Journal of Natural Gas Science and Engineering, Volumen 3, pp. 646-650.
- Belaissaoui, B. y otros, 2016. Potentialities of a dense skin hollow fiber membrane contactor for biogas purification by pressurized water absortion. Journal of Membrane Science, Volumen 513, pp. 236-249.
- Belaissaoui, B. & Favre, E., 2018. Novel dense skin hollow fiber membrane contactor based process for CO2 removal from raw biogas using water as absorbent. Separation and Purification Technology, Volumen 193, pp. 112-126.
- Comisión Europea, 2019. RECOMENDACIÓN (UE) 2019/786 DE LA COMISIÓN de 8 de mayo de 2019 relativa a la renovación de edificios. Diario Oficial de la Unión Europea, pp. L127/34-79.
- Fougerit, V. y otros, 2019. Experimental and numerical investigation binary mixture mass transfer in a gas-liquid membrane contactor. Journal of Membrane Science, Volumen 572, pp. 1-11.
- HOUSEFUL consortium, 2018. HOUSEFUL: Innovative circular solutions and services for new business opportunities in the EU housing sector. [En línea] [Último acceso: 5 julio 2019].
- IEA, 2013. Annual Report of the International Energy Agency. [En línea] [Último acceso: mayo 2019].
- International Organization for Standardization, 2013. Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries (ISO 16379-1:2018).
- Unión Europea, 2019. Taking action on the TOTAL impact of the construction sector.