Producción de hidrógeno verde a partir de la generación de residuos sólidos del distrito metropolitano de Quito-Ecuador

Abstract

El presente trabajo fin de máster evalúo la viabilidad técnica, económica y ambiental de la producción de hidrógeno verde a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) generados en el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), como estrategia de transición energética y economía circular en Ecuador. A través de una revisión bibliográfica exhaustiva, se identificaron quince tecnologías relevantes para la conversión de residuos en hidrógeno, clasificadas en procesos directos, indirectos y combinados en función de la forma en que se utiliza la energía renovable. Estas fueron analizadas mediante una matriz multicriterio considerando factores técnicos (eficiencia, madurez tecnológica), económicos (costes de capital y de operación), ambientales (emisiones y residuos secundarios) y sociales (aceptación y escalabilidad) agrupados en 7 variables que proporcionan un valor máximo de 28. La tecnología con mejor desempeño fue el reformado de biometano de rellenos sanitarios con un Índice de Desempeño Global (IDG) de 19, seguido tanto de la gasificación de RSU, como de la fermentación oscura con reciclaje de efluente, ambas con un IDG de 17. La estimación teórica indica que Quito podría producir hasta 3.360 toneladas anuales de hidrógeno verde, equivalente a más de 113.000 GJ de energía. Los resultados revelan que, si se optimizan las etapas de pretratamiento, valorización energética y purificación de gases, y se implementan incentivos adecuados, la producción de hidrógeno verde mediante gasificación sería técnica y económicamente viable. La investigación también evidenció, a través de una encuesta específica a expertos, una limitada familiaridad sobre el tema a nivel nacional, lo que resalta la necesidad de fortalecer capacidades técnicas y desarrollar marcos normativos estables. En conclusión, el hidrógeno verde representa una alternativa estratégica para diversificar la matriz energética, reducir emisiones de gases de efecto invernadero y consolidar un modelo de desarrollo bajo en carbono y alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de gases de efecto invernadero y la transición hacia una economía circular en el Ecuador.

This master's thesis assesses the technical, economic, and environmental feasibility of producing green hydrogen from municipal solid waste (MSW) generated in the Metropolitan District of Quito (MDQ), as part of Ecuador’s strategy for energy transition and the advancement of a circular economy. An extensive literature review identified fifteen relevant technologies for converting waste into hydrogen, classified into direct, indirect, and hybrid processes according to the way renewable energy is integrated. These technologies were evaluated using a multi-criteria analysis matrix encompassing technical (efficiency, technological maturity), economic (capital and operating costs), environmental (emissions and secondary waste), and social (public acceptance, scalability) dimensions. The variables were grouped into seven categories, with a maximum achievable score of 28. The highest performance was achieved by biomethane reforming from sanitary landfills, with a Global Performance Index (GPI) of 19, followed by MSW gasification and dark fermentation with effluent recycling, each scoring a GPI of 17. Theoretical estimates suggest that Quito has the potential to produce up to 3,360 tons of green hydrogen annually, equivalent to more than 113,000 GJ of energy. The findings indicate that, provided pretreatment, energy recovery, and gas purification stages are optimized and appropriate policy incentives are implemented, green hydrogen production via gasification could be both technically and economically viable. Furthermore, a targeted expert survey revealed limited awareness and technical expertise on the subject at the national level, emphasizing the need to strengthen human capacities and establish stable regulatory frameworks. In conclusion, green hydrogen emerges as a strategic alternative to diversify Ecuador’s energy mix, reduce greenhouse gas emissions, and foster a low-carbon development model aligned with the United Nations Sustainable Development Goals (SDGs).