Determinación de la huella de carbono derivada del consumo de energía eléctrica convencional para el uso de agua de riego

El cambio climático es una realidad. El aumento de la contaminación atmosférica acentúa el efecto invernadero que provoca el aumento de la temperatura global del planeta. Algunas de las consecuencias son difícilmente reversibles, como la desertificación de zonas cálidas o el deshielo de glaciares que provoca el aumento del nivel de los mares y océanos. Debemos tomar conciencia de que las consecuencias de nuestra actividad pueden llegar a un punto de no retorno. Por ello, el ser humano debería llevar a cabo acciones que estuviesen encaminadas a revertir esta situación mientras sea posible. La agricultura es una actividad ligada al ser humano desde sus inicios. El incremento de la población a nivel global provoca que la producción de alimentos repercuta notable en el cambio climático; aunque la agricultura es, en parte, una actividad que supone un sumidero de carbono, porque el proceso de fotosíntesis contribuye a reducir los niveles de carbono del aire. Cada vez se producen más cosechas en menos tiempo, se intensifica la actividad agrícola y se elevan los consumos de agua y la demanda de energía. Si la energía consumida no es renovable, se emiten Gases de Efecto Invernadero (GEI) y se incrementa su concentración en la atmósfera. La disponibilidad de energía renovable en explotaciones agrícolas es una cuestión que depende de los acuerdos que alcancen los organismos públicos y privados. Este es un aspecto que se sitúa fuera del alcance de la presente Tesis, pero modificar las pautas de uso del agua y la energía, de manera que se reduzcan las emisiones GEI, depende del propio agricultor. El objetivo de la presente Tesis Doctoral es desarrollar una metodología para la cuantificación precisa de la huella de carbono en el manejo del agua de riego. Como zona de estudio se eligió La Mancha Oriental (MO), una zona situada en el sureste de España, donde la principal fuente de agua destinada a la agricultura proviene de la masa de agua subterránea MO. Se abarcó la serie de años 2007?2017, debido a que, por un lado, es una serie de años suficientemente amplia para poder detectar tendencias en la información de partida y en los resultados obtenidos, y por otro, por abarcar el último año completo del que se disponía información en el momento de comenzar el estudio. El concepto de "manejo del agua de riego" considerado en la Tesis, abarca el proceso desde su extracción mediante sondeos hasta su transporte y aplicación a los cultivos mediante sistemas de riego. A la hora de abordar el objetivo principal surgieron varios factores a considerar, por ejemplo: la manera en la que se emplea el agua y la energía para el riego de los cultivos, el tipo de energía empleada para el riego, cómo influye el momento en el que se demanda la energía en la cantidad de emisiones GEI generada, la relevancia de los distintos factores a la hora de calcular las emisiones GEI debidas al uso del agua. Para abarcar estos aspectos, se plantearon varios objetivos secundarios que contribuyeron a alcanzar el objetivo principal. Los objetivos secundarios establecidos en la Tesis fueron: i) conocer el estado del arte de los estudios publicados relativos a la energía que se emplea en el manejo del agua en la agricultura; ii) estudiar la relación entre la demanda energética y las emisiones GEI ligadas a ella, así como su relación con el manejo del agua en el riego; iii) determinar si las pautas que se siguen para decidir el momento en el que se ponen en funcionamiento los sistemas que intervienen en el manejo del agua en el riego, son las más adecuadas para de reducir las emisiones GEI, y proponer alternativas en caso de no serlo; iv) identificar los aspectos más influyentes a la hora de plantear una metodología para la cuantificación de la huella de carbono, y proponer herramientas para su estimación, v) analizar casos concretos y representativos de la zona de estudio para calcular, mediante la metodología propuesta las emisiones GEI que se originan por el manejo del agua para riego. En primer lugar, y como primer capítulo de la Tesis, se llevó a cabo una Revisión Sistemática (RS) de la bibliografía publicada. Para comenzar la búsqueda se planteó una cuestión principal: "¿Estimamos adecuadamente la huella de carbono debida al manejo del agua en la agricultura?" De esta búsqueda, se obtuvo información de distintos estudios relacionados con el tema de la Tesis, por ejemplo: la manera en la que han enfocado las peculiaridades para calcular las emisiones GEI originadas por el manejo del agua en la agricultura, los diferentes puntos de vista de los autores ante un mismo problema o los índices de trasformación que se han empleado, entre otros muchos aspectos. Finalizada la RS de la bibliografía, en el capítulo 2 se analizó el índice de transformación (kgCO2e/kWh) ligado a la producción y consumo de energía eléctrica convencional en España. Se observó que, tradicionalmente se han empleado índices de transformación de la energía eléctrica fijos, invariables en el tiempo e independientemente de la zona, como por ejemplo los empleados con la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC). Pero la proporción de los distintos tipos de fuentes para la generación de energía (mix energético) es variable, y repercute directamente en el índice de transformación de la energía, que también varía a lo largo del tiempo. En España, tradicionalmente se ha consumido energía eléctrica convencional (la procedente de la red de distribución de Red Eléctrica de España (REE)) destinada al manejo del agua en el riego en períodos en los que la energía es más económica; evitando, en la medida de lo posible, consumir energía en el período más caro. Como la elección del momento de consumir energía para el riego está influenciada directamente por los períodos tarifarios, se calculó un índice de transformación de la energía eléctrica mensual para la serie de años analizada (2007?2017) distinguiendo entre períodos tarifarios. De esta manera, se estimaron las emisiones GEI asociadas al manejo del agua de riego de una forma más precisa que empleando índices de transformación fijos anuales. En zonas áridas, donde los recursos hídricos superficiales son escasos, el agua para riego procede normalmente de origen subterráneo. Para extraer agua de zonas subterráneas, se necesitan bombas hidráulicas que demandan grandes cantidades de energía. A mayor profundidad de la cota piezométrica con respecto a la superficie, mayor cantidad de energía se consume, y por tanto, mayor cantidad de emisiones GEI se producen. En el capítulo 3, se obtuvo la energía necesaria para extraer cada m3 de agua subterránea de la masa de agua MO, partiendo únicamente de la ubicación de los sondeos. Para ello, se realizó un estudio de la profundidad de la cota piezométrica de los sondeos que extraen agua de la masa de agua subterránea MO a partir de piezómetros controlados por la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ). Estos piezómetros proporcionan información puntual de la profundidad de la cota piezométrica desde la que se extrae el agua para regar los cultivos de la zona de MO. A partir de esta información puntual, y tras aplicar técnicas geoestadísticas de interpolación como el krigeado (o kriging) e incluir el Modelo Digital de Elevaciones (MDE) se obtuvieron mapas continuos mensuales de la serie de años analizada (2007?2017) de la profundidad de extracción de la zona donde se concentra la agricultura de regadío sobre la masa de agua MO. Con los índices de transformación calculados en el capítulo 2 se obtuvieron mapas continuos mensuales de la huella de carbono asociada a la extracción de recursos hídricos subterráneos en la zona de estudio. En el capítulo 4 se calcularon las emisiones GEI generadas por el manejo del agua de riego, empleando la metodología desarrollada en anteriores capítulos de la Tesis, en dos casos de estudio representativos de MO: una explotación agrícola de 145 ha con un único propietario y una comunidad de 741 regantes y 951 ha. Se siguieron dos enfoques o aproximaciones, atendiendo a la información de partida disponible. Por un lado, partiendo del registro de la cantidad de energía mensual consumida y, por otro lado, partiendo de la mínima información (esta última aproximación es la más común), es decir, de las necesidades hídricas de los cultivos. Se calculó el coste económico de las emisiones GEI así como las mínimas y máximas que podrían originar. Además, se determinaron las horas más propicias para poner en funcionamiento los sistemas de manejo de agua con el fin de reducir las emisiones GEI originadas por esta actividad