Análisis de la viabilidad económica de la implementación de digestión anaerobia de residuos alimentarios hospitalarios para la producción de energía

Abstract

Food waste represents one of the most critical challenges on the global environmental and social agenda. According to the FAO, approximately one-third of the food produced worldwide is wasted each year, equivalent to nearly 1.3 billion tons. This phenomenon not only entails a significant loss of resources such as water, energy, land, and labour, but also contributes considerably to greenhouse gas emissions, exacerbating climate change. This study focuses on the recovery of food waste in the hospital context, which takes on characteristics. Hospitals generate large volumes of food waste due to factors such as personalized diets, patient refusals, errors in menu planning, and strict sanitary protocols. This type of organic waste is especially important due to its high energy load and its potential to be transformed into useful resources, such as biogas. In this sense, the study of the Biodegradable Methanogenic Potential (BMP) of hospital food waste is presented as a fundamental tool for its recovery. The BMP allows quantifying the amount of methane that can be generated from these wastes through anaerobic digestion processes. Understanding this energy capacity is key to evaluating the viability of bioenergy projects that, in addition to reducing the environmental impact of food waste, can contribute to the energy self-sufficiency of hospital facilities. The study also analyzes the profitability of performing an alkaline chemical pretreatment of the food substrate to improve methane production and the resulting energy. Conducting a study on the BMP in this context not only provides technical data for efficient waste management but also opens the door to sustainable strategies that integrate the circular economy, energy efficiency, and social responsibility. Thus, the energy recovery of hospital food waste represents a real opportunity to mitigate waste and promote more responsible resource management in the healthcare sector. These experimental data, together with a comprehensive economic study of the real feasibility of implementing anaerobic digestion to reclaim these wastes, allow for the development of projects of great social and economic value. With high scalability and extrapolation to different contexts, thus facilitating the transition to more environmentally sustainable and economically competitive systems. In conclusion, the ultimate goal of this thesis is to produce a comprehensive, reliable, and in-depth study on the viable use of anaerobic digestion to recover organic waste from a hospital. This feasibility is analyzed both experimentally in a laboratory using BMP analysis and economically through calculations, assumptions, comparisons, and literature research. The final data show that chemical pretreatment is not cost-effective given its benefits and acquisition costs, but that implementing anaerobic digestion is, with small monetary savings in energy and organic waste management.

El malbaratament d'aliments representa un dels desafiaments més crítics a l'agenda ambiental i social global. Segons la FAO, aproximadament un terç dels aliments produïts al món es desaprofita cada any, cosa que equival a prop de 1.300 milions de tones. Aquest fenomen no només implica una pèrdua significativa de recursos com aigua, energia, terra i treball, sinó que també contribueix considerablement a les emissions de gasos amb efecte d'hivernacle, agreujant el canvi climàtic. Aquest estudi se centra en la revaloració de malbaratament alimentari en el context hospitalari, el qual adquireix característiques particulars. Els hospitals generen grans volums de residus alimentaris a causa de factors com dietes personalitzades, rebutjos per part dels pacients, errors en la planificació de menús i estrictes protocols sanitaris. Aquest tipus de residu orgànic és especialment important a causa de la seva alta càrrega energètica i el seu potencial per ser transformat en recursos útils, com ara biogàs. En aquest sentit, l'estudi del potencial metanogènic biodegradable (BMP) dels residus alimentaris hospitalaris es presenta com una eina fonamental per a la seva valorització. El BMP permet quantificar la quantitat de metà que es pot generar a partir d'aquests residus a través de processos de digestió anaeròbia. Conèixer aquesta capacitat energètica és clau per avaluar la viabilitat de projectes de bioenergia que, a més de reduir l'impacte ambiental del malbaratament alimentari, poden aportar a l'autosuficiència energètica de les instal·lacions hospitalàries mateixes. També s'analitza la rendibilitat de dur a terme un pretractament químic alcalí al substrat alimentari per millorar la producció de metà i la conseqüent energia. Realitzar un estudi sobre el BMP en aquest context no només proporciona dades tècniques per a la gestió eficient de residus, sinó que també obre la porta a estratègies sostenibles que integren economia circular, eficiència energètica i responsabilitat social. Així, la valorització energètica de residus alimentaris hospitalaris representa una oportunitat real per mitigar el malbaratament i fomentar una gestió més responsable dels recursos al sector sanitari. Aquestes dades experimentals, juntament amb un estudi econòmic exhaustiu de la viabilitat real d'implementar digestió anaeròbia per revalorar aquests residus, permeten produir projectes de gran valor social i econòmic. Amb una alta escalabilitat i extrapolació a diferents contextos, facilitant així la transició a sistemes més mediambientalment sostenibles i competitius econòmicament. En conclusió, la finalitat última d'aquest treball de fi de grau és produir un estudi complet, fiable i profund sobre la problemàtica ús viable de la digestió anaeròbia per valoritzar residus orgànics d'un hospital. Aquesta viabilitat és analitzada tant experimentalment en un laboratori amb l'anàlisi BMP, com econòmicament mitjançant càlculs, assumpcions, comparatives i investigació bibliogràfica. Les dades finals mostren que el pretractament químic no és rendible atès els beneficis i les despeses d'adquisició, però que la implementació de digestió anaeròbia sí que ho és, amb petits estalvis monetaris en energia i gestió de residus orgànics.

El desperdicio de alimentos representa uno de los desafíos más críticos en la agenda ambiental y social global. Según la FAO, aproximadamente un tercio de los alimentos producidos en el mundo se desperdicia cada año, lo que equivale a cerca de 1.300 millones de toneladas. Este fenómeno no solo implica una pérdida significativa de recursos como agua, energía, tierra y trabajo, sino que también contribuye considerablemente a las emisiones de gases de efecto invernadero, agravando el cambio climático. Este estudio se centra en la revalorización de desperdicio alimentario en el contexto hospitalario, el cuál adquiere características particulares. Los hospitales generan grandes volúmenes de residuos alimentarios debido a factores como dietas personalizadas, rechazos por parte de los pacientes, errores en la planificación de menús, y estrictos protocolos sanitarios. Este tipo de residuo orgánico es especialmente importante debido a su alta carga energética y su potencial para ser transformado en recursos útiles, como biogás. En este sentido, el estudio del Potencial Metanogénico Biodegradable (BMP) de los residuos alimentarios hospitalarios se presenta como una herramienta fundamental para su valorización. El BMP permite cuantificar la cantidad de metano que puede ser generado a partir de estos residuos a través de procesos de digestión anaerobia. Conocer esta capacidad energética es clave para evaluar la viabilidad de proyectos de bioenergía que, además de reducir el impacto ambiental del malgasto alimentario, pueden aportar a la autosuficiencia energética de las propias instalaciones hospitalarias. También se analiza la rentabilidad de llevar a cabo un pretratamiento químico alcalino en el sustrato alimentario para mejorar la producción de metano y la consecuente energía. Realizar un estudio sobre el BMP en este contexto no solo proporciona datos técnicos para la gestión eficiente de residuos, sino que también abre la puerta a estrategias sostenibles que integran economía circular, eficiencia energética y responsabilidad social. Así, la valorización energética de residuos alimentarios hospitalarios representa una oportunidad real para mitigar el desperdicio y fomentar una gestión más responsable de los recursos en el sector sanitario. Estos datos experimentales, junto a un estudio económico exhaustivo de la viabilidad real de implementar digestión anaerobia para revalorizar dichos residuos, permiten producir proyectos de gran valor social y económico. Con una alta escalabilidad y extrapolación a diferentes contextos, facilitando así la transición a sistemas más medioambientalmente sostenibles y competitivos económicamente. En conclusión, la finalidad última de este trabajo de fin de grado es la de producir un estudio completo, fiable y profundo sobre la problemática uso viable de la digestión anaerobia para valorizar residuos orgánicos de un hospital. Esta viabilidad es analizada tanto experimentalmente en un laboratorio con el análisis BMP, como económicamente mediante cálculos, asunciones, comparativas e investigación bibliográfica. Los datos finales muestran que el pretratamiento químico no es rentable dado sus beneficios y gastos de adquisición, pero que la implementación de digestión anaerobia sí lo es, con pequeños ahorros monetarios en energía y gestión de residuos orgánicos.

Objectius de Desenvolupament Sostenible::11 - Ciutats i Comunitats Sostenibles

Objectius de Desenvolupament Sostenible::11 - Ciutats i Comunitats Sostenibles