A circular economy has been suggested to be able to respond to environmental challenges caused by over-production and consumption of products. Reuse is a circularity measure ranked high in the waste management hierarchy and is especially relevant for passive durable products such as furniture. Reusing furniture has the potential to contribute to the decarbonization of companies. This thesis aimed to explore the potential of reuse contribution to climate change mitigation. An Excel model was developed to explore different reuse scenarios from a life cycle perspective, accounting for potential avoided emissions by selling second-hand furniture. The results indicated that reusing furniture resulted in about 42% reduced climate impacts, although it depended on the characteristics of second-hand trade. Furthermore, the second-hand furniture trade characteristics that influence the GHG emissions were identified, such as replacement rates, second-hand transport, and variability of items sold. An improved scenario by optimizing the furniture trade characteristics can save up to 80% of climate impact. The results indicated that reuse could significantly contribute to the climate commitments of companies, although it cannot be the only mitigation measure to reach carbon neutrality. / Att implementera en cirkulär ekonomi har föreslagits för att kunna adressera miljöutmaningar orsakade av överproduktion och konsumtion av produkter. Återanvändning är ett cirkulärt mått som rankas högt i avfallshanteringshierarkin och är särskilt relevant för passiva och slitstarka produkter som möbler. Återanvändning av möbler har potential att bidra till att minska koldioxidutsläppen hos företag. Denna avhandling syftade till att undersöka potentialen om återanvändning kan bidra till att minska klimatförändringen. En Excel-modell utvecklades för att utforska olika återanvändnings- scenarier ur ett livscykelperspektiv som räknar ut potentiella undvikna utsläpp genom att sälja begagnade möbler. Resultaten visade att återanvändning av möbler resulterade i cirka 40 % minskad klimatpåverkan, även om det berodde på second-handhandelns egenskaper. Vidare identifierades second-handmöbelhandelns egenskaper som påverkar utsläppen av växthusgaser, t.ex. som ersättningstaket, second-handtransport och variation av sålda varor. Ett förbättrat scenario genom att optimera möbelhandelns egenskaper kan spara upp till 80 % av klimatpåverkan. Resultaten visade att återanvändning avsevärt skulle kunna bidra till företagens klimatåtaganden, även om det inte kan vara den enda begränsningsåtgärden för att nå koldioxidneutralitet.

The exigent need to address climate change and its adverse effects is felt all around the world. As pioneers in tackling carbon emissions, the European Union continue to be head and shoulders above other continents by implementing policies and keeping a tab on its carbon dependence and emissions. However, being one of the largest importers of Natural Gas in the world, the EU remains dependent on a fossil fuel to meet its demands.  The aim of the research is to investigate the barriers and constraints in the EU policies and framework that affects the natural gas decarbonization and to investigate the levelized cost of hydrogen production (LCOH) that would be used to decarbonize the natural gas sector. Thus a comprehensive study, based on existing academic and scientific literature, EU policies, framework and regulations pertinent to Natural gas and a techno economic analysis of possible substitution of natural gas with Hydrogen, is performed. The motivation behind choosing hydrogen is based on various research studies that indicate the importance and ability to replace to natural gas. In addition, Portugal provides a great environment for cheap green hydrogen production and thus chosen as the main region of evaluation.  The study evaluates the current framework based on a SWOT ((Strength, Weakness, and Opportunities & Weakness) analysis, which includes a PESTEL (Political, Economic, Social, Technological, Environmental & Legal) macroeconomic factor assessment and an expert elicitation. The levelized cost of hydrogen is calculated for blue (SMR - Steam Methane Reforming with natural gas as the feedstock) and green hydrogen (Electrolyzer with electricity from grid, solar and wind sources). The costs were specific to Portuguese conditions and for the years 2020, 2030 and 2050 based on availability of data and the alignment with the National Energy and Climate Plan (NECP) and the climate action framework 2050. The sizes of Electrolyzers are based on the current Market capacities while SMR is capped at 300MW. The thesis only considers production of hydrogen. Transmission, distribution and storage of hydrogen are beyond the scope of the analysis.  Results show that the barriers are mainly related to costs competitiveness, amendments in rules/regulations, provisions of incentives, and constraints in the creation of market demand for low carbon gases. Ensuring energy security and supply while being economically feasible demands immediate amendments to the regulations and policies such as incentivizing supply, creating a demand for low carbon gases and taxation on carbon.  Considering the LCOH, the cheapest production costs continue to be dominated by blue hydrogen (1.33 € per kg of H2) in comparison to green hydrogen (4.27 and 3.68 € per kg of H2) from grid electricity and solar power respectively. The sensitivity analysis shows the importance of investments costs and the efficiency in case of electrolyzers and the carbon tax in the case of SMR. With improvements in electrolyzer technologies and increased carbon tax, the uptake of green hydrogen would be easier, ensuring a fair yet competitive gas market. / Det starka behovet av att ta itu med klimatförändringarna och deras negativa effekter är omfattande världen över. Den europeiska unionen utgör en pionjär när det gäller att såväl hantera sina koldioxidberoende och utsläpp som att implementera reglerande miljöpolitik, och framstår därmed som överlägsen andra stater och organisationer i detta hänseende. Unionen är emellertid fortfarande mycket beroende av fossilt bränsle för att uppfylla sina energibehov, och kvarstår därför som en av världens största importörer av naturgas.  Syftet med denna forskningsavhandling är att undersöka befintliga hinder och restriktioner i EU: s politiska ramverk som medför konsekvenser avkolningen av naturgas, samt att undersöka de utjämnande kostnaderna för väteproduktion (LCOH) som kan användas för att avkolna naturgassektorn. Därmed utförs en omfattande studie baserad på befintlig akademisk och vetenskaplig litteratur, EU: s politiska ramverk och stadgar som är relevanta för naturgasindustrin. Dessutom genomförs en teknisk-ekonomisk analys av eventuella ersättningar av naturgas med väte. Valet av väte som forskningsobjekt motiveras olika forskningsstudier som indikerar vikten och förmågan att ersätta till naturgas. Till sist berör studien Portugal. som tillhandahåller en lämplig miljö för billig och grön vätgasproduktion. Av denna anledning är Portugal utvalt som den viktigaste utvärderingsregionen.  Studien utvärderar det nuvarande ramverket baserat på en SWOT-analys ((Strength, Weakness, and Opportunities & Weakness), som inkluderar en PESTEL (Political, Economical, Social, Technological, Environmental och Legal) makroekonomisk faktoranalys och elicitering. Den utjömnade vätekostnaden beräknades i blått (SMR - Ångmetanreformering med naturgas som råvara) och grönt väte (elektrolyser med el från elnät, sol och vindkällor). Kostnaderna var specifika för de portugisiska förhållandena under åren 2020, 2030 och 2050 baserat på tillgänglighet av data samt anpassningen till den nationella energi- och klimatplanen (NECP) och klimatåtgärdsramen 2050. Storleken på elektrolyserar baseras på den nuvarande marknadskapaciteten medan SMR är begränsad till 300 MW. Avhandlingen tar endast hänsyn till produktionen av vätgas. Transmission, distribution och lagring av väte ligger utanför analysens räckvidd.  Resultaten visar att hindren är främst relaterade till kostnadskonkurrens, förändringar i stadgar och bestämmelser, incitament och begränsningar i formerandet av efterfrågan på koldioxidsnåla gaser på marknaden. Att säkerställa energiförsörjning och tillgång på ett ekonomiskt hållbart sätt kräver omedelbara ändringar av reglerna och politiken, såsom att stimulera utbudet, att skapa en efterfrågan på koldioxidsnåla gaser och genom att beskatta kol.  När det gäller LCOH dominerar blåväte beträffande produktionskostnaderna (1,33 € per kg H2) jämfört med grönt väte (4,27 respektive 3,68 € per kg H2) från elnät respektive solenergi. Osäkerhetsanalysen visar vikten av investeringskostnader och effektiviteten vid elektrolysörer och koldioxidskatten för SMR. Med förbättringar av elektrolys-tekniken och ökad koldioxidskatt skulle upptagningen av grön vätgas vara enklare och säkerställa en rättvis men konkurrenskraftig gasmarknad.

Tesis por compendio / [ES] Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) plantean un llamamiento global para conseguir la sostenibilidad en aspectos esenciales de la vida humana. El actual consumo de energía para el tratamiento de aguas residuales es muy elevado, y las previsiones apuntan a un incremento de la demanda en la próxima década. En este contexto, resulta necesario aplicar la perspectiva de sostenibilidad, para conseguir de forma simultánea todos los ODS. Un desempeño energético más sostenible de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) implica acciones en dos líneas, reducir el consumo, y generar energías renovables in situ. Para implantar medidas a corto plazo, es necesario explorar las posibilidades que pueden ofrecer las tecnologías ya maduras, y evaluar su potencial contribución a la descarbonización del sector. La generación de electricidad mediante maquinaria hidráulica aprovechando la energía potencial de los efluentes podría ser una de ellas. El principal objetivo de esta tesis doctoral consiste en desarrollar una metodología, dirigida a los agentes de gobernanza, para evaluar el potencial de generación de energía hidráulica en EDAR, considerando las tres dimensiones de sostenibilidad. De este modo, poder ilustrar las posibilidades de aplicación de esta tecnología, actualmente poco conocida para el sector, que podría contribuir a una gestión más sostenible de las aguas residuales. Las fases desarrolladas incluyeron: 1) Contextualización: Se revisó el estado del arte sobre las necesidades energéticas y las tecnologías para la generación de energía renovable en EDAR. Paralelamente sobre el estado de la tecnología para la recuperación de energía en redes de agua existentes mediante maquinaria hidráulica. Para completar este marco, la revisión se amplió con una búsqueda exhaustiva de casos de estudio reales de aplicación en EDAR. En esta fase se identificaron 49 casos de estudio y se analizó su desempeño energético. Los resultados de esta fase en general demostraron que existe una experiencia real en la aplicación práctica de esta tecnología que no se está utilizando para el desarrollo de todo su potencial en este sector. 2) Desarrollo de la metodología: Se analizaron las metodologías existentes para evaluación del potencial de esta tecnología, y el resultado se comparó con la información obtenida en la contextualización. Como resultado, durante esta tesis se ha desarrollado una metodología con una nueva perspectiva. En primer lugar, se introduce la necesidad de considerar el nivel al que se produce la toma de decisiones, para adaptar el alcance del estudio (un grupo de EDAR). A continuación, la metodología se desarrolla en dos etapas. En la etapa 1 (evaluación técnica) el potencial de generación de energía hidráulica se estima de forma individual para cada EDAR. En la etapa 2 (evaluación global) se propone un método de decisión multicriterio (MCDA) introduciendo criterios de sostenibilidad. La alineación de la metodología con su contexto de aplicación se considera una cuestión clave, de modo que el método propuesto se basa en las directrices del instrumento de gobernanza para aguas residuales en España (Plan DSEAR). 3) Aplicación práctica: Esta fase completa el estudio con la aplicación a un grupo de 186 EDAR de la Comunidad Valenciana (España), con la misma modalidad de financiación. Se estimó una generación de electricidad de 340,472 kWh/año, aunque como hallazgo se observó la posibilidad de que dicho potencial sea mayor. En la etapa 2 se mostró que, cuando los resultados de la etapa 1 se ponen en el contexto de sostenibilidad, se obtiene una nueva perspectiva. Esta investigación demuestra que, en el marco de los ODS, la recuperación de energía hidráulica del agua residual podría ser una opción más en la descarbonización de este sector. Tomando como base esta propuesta, agentes de gobernanza para la gestión de aguas residuales en otro contexto podrían desarrollar metodologías similares adaptadas a su propio entorno. / [CA] Els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) plantegen una crida global per a aconseguir la sostenibilitat en aspectes essencials de la vida humana. L'actual consum d'energia per al tractament d'aigües residuals és molt elevat, i les previsions apunten a un increment de la demanda en la dècada vinent. En este context, resulta necessari aplicar la perspectiva de sostenibilitat, per a aconseguir de manera simultània tots els ODS. Un acompliment energètic més sostenible de les Estacions Depuradores d'Aigües Residuals (EDAR) implica accions en dues línies, reduir el consum, i generar energies renovables in situ. Per a implantar mesures a curt termini, és necessari explorar les possibilitats que poden oferir les tecnologies ja madures, i avaluar la seua potencial contribució a la descarbonització del sector. La generació d'electricitat mitjançant maquinària hidràulica aprofitant l'energia potencial dels efluents podria ser una d'elles. El principal objectiu d'esta tesi doctoral consisteix a desenvolupar una metodologia, dirigida als agents de governança, per a avaluar el potencial de generació d'energia hidràulica en EDAR, considerant les tres dimensions de sostenibilitat. D'aquesta manera, poder il·lustrar les possibilitats d'aplicació d'esta tecnologia, actualment poc coneguda per al sector, que podria contribuir a una gestió més sostenible de les aigües residuals. Les fases desenvolupades van incloure: 1) Contextualització: Es va revisar l'estat de l'art sobre les necessitats energètiques i les tecnologies per a la generació d'energia renovable en EDAR. Paral·lelament sobre l'estat de la tecnologia per a la recuperació d'energia en xarxes d'aigua existents mitjançant maquinària hidràulica. Per a completar este marc, la revisió es va ampliar amb una cerca exhaustiva de casos d'estudi reals d'aplicació en EDAR. En esta fase es van identificar 49 casos d'estudi i es va analitzar el seu acompliment energètic. Els resultats d'esta fase en general van demostrar que existeix una experiència real en l'aplicació pràctica d'esta tecnologia que no s'està utilitzant per al desenvolupament de tot el seu potencial en este sector. 2) Desenvolupament de la metodologia: Es van analitzar les metodologies existents per a avaluació del potencial d'esta tecnologia, i el resultat es va comparar amb la informació obtinguda en la contextualització. Com a resultat, durant esta tesi s'ha desenvolupat una metodologia amb una nova perspectiva. En primer lloc, s'introdueix la necessitat de considerar el nivell al qual es produeix la presa de decisions, per a adaptar l'abast de l'estudi (un grup de EDAR). A continuació, la metodologia es desenvolupa en dues etapes. En l'etapa 1 (avaluació tècnica) el potencial de generació d'energia hidràulica s'estima de manera individual per a cada EDAR. En l'etapa 2 (avaluació global) es proposa un mètode de decisió multicriteri (MCDA) introduint criteris de sostenibilitat. L'alineació de la metodologia amb el seu context d'aplicació es considera una qüestió clau, de manera que el mètode proposat es basa en les directrius de l'instrument de governança per a aigües residuals a Espanya (Pla DSEAR). 3) Aplicació pràctica: Esta fase completa l'estudi amb l'aplicació a un grup de 186 EDAR de la Comunitat Valenciana, amb la mateixa modalitat de finançament. Es va estimar una generació d'electricitat de 340,472 kWh/any, encara que com a troballa es va observar la possibilitat que aquest potencial siga major. En l'etapa 2 es va mostrar que, quan els resultats de l'etapa 1 es posen en el context de sostenibilitat, s'obté una nova perspectiva. Esta investigació demostra que, en el marc dels ODS, la recuperació d'energia hidràulica de l'aigua residual podria ser una opció més en la descarbonització d'este sector. Prenent com a base esta proposta, agents de governança per a la gestió d'aigües residuals en un altre context podrien desenvolupar metodologies similars adaptades al seu propi entorn. / [EN] The Sustainable Development Goals establish a universal agenda to call for action and achieve sustainability in essential aspects of human life. Nowadays the energy demand for wastewater treatment is very high and it is expected to increase in the next decade. Therefore, the performance of this industry will have an effect on SDG 6, but also on SDG 7 and 13. In this context, it is necessary to apply the sustainability approach to wastewater systems to simultaneously achieve all these goals. More sustainable energy performance of wastewater treatment plants (WWTPs) implies two parallel steps: a reduction of energy consumption and the implementation of renewable energy technologies. To take action in the short term, existing mature technologies should be explored to evaluate their potential contribution to the decarbonization roadmaps in the wastewater industry. Hydropower might be one of these technologies. The main objective of this thesis is to develop a methodology, addressed to wastewater governance stakeholders, to assess the potential of hydropower application to WWTPs, regarding all three dimensions of sustainability. According to this, the final aim of this study is to illustrate the practical possibilities, usually unknown, that hydropower could offer to the wastewater sector in the pathway towards more sustainable systems. To achieve that aim, the steps in this research included: 1) Contextualization: The review of the state of the art was conducted in two lines. Firstly, about the energy needs for wastewater treatment and technologies for renewable energy generation. Secondly, about hydropower for energy recovery from existing networks. To complete the framework, this stage was extended with an exhaustive search and analysis of real case studies of hydropower applications to WWTPs. In this stage, 49 case studies were identified, and their energy data were extracted to obtain energy self-sufficiency indicators and analyze their renewable energy profiles. Furthermore, the technical data of their hydropower systems were examined. The overall results of this stage showed that there is an existing experience that is not being used to explore hydropower as an option for energy recovery in the wastewater sector. 2) Methodology development: In a preliminary step, existing methodologies for hydropower potential assessment were analyzed and compared with the framework obtained from the contextualization. As a result, a methodology with a broader approach was developed. First, it introduces the consideration of the decision-making level to select the scope of the study (a group of WWTPs). Then, the proposed methodology consists of two steps. In step 1 (technical assessment of hydropower potential) individual power output is estimated for each site. This step was validated with the data obtained during the contextualization. In step 2 (global assessment), after analyzing existing guidelines, a multi-criteria decision analysis (MCDA) method with sustainability criteria is defined. As the alignment with the context is a key issue introduced in this proposal, this method is based on the guidelines in the wastewater governance instrument in Spain (PDSEAR). 3) Practical application: This stage completes the research with the application of the proposed methodology to a case study, a group of 186 WWTPs in the region of Valencia (Spain), selected according to their management model. The generation was estimated at 340,472 kWh/year, but it was found that the potential could be higher. The results also showed that the perspective may be different, if the outcomes from step 1, are put into context in step 2, with the application of the MCDA method. This research demonstrates that, in a sustainability framework, hydropower might be an interesting option to consider for the decarbonization of wastewater systems. Based on this study, decision-making stakeholders could design their own methodologies, adapted to the specific context. / The authors would like to acknowledge grant PID2020–114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033. / Llácer Iglesias, RM. (2023). Hydropower Potential for Energy Recovery in Wastewater Systems. Assessment Methodology and Practical Application [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201558 / Compendio