Biogás, biometano e hidrógeno verde

Biogás, biometano e hidrógeno verde

El reto de lograr la transición energética abre las puertas al desarrollo de proyectos seguros y competitivos, con un enfoque hacia las necesidades de las empresas, la sociedad y el medioambiente.

Proyectos que van más allá de la producción de energía renovable eléctrica, como son la producción de gases renovables.

Entre estos gases renovables se encuentran el biogás, el biometano y el hidrógeno verde, que pueden utilizarse en sectores como el transporte, la industria, el residencial y el comercial.

Además, estos gases renovables cuentan con la ventaja de ser alternativas fácilmente almacenables, que permiten la valorización energética de los recursos, el aprovechamiento de las infraestructuras existentes y ofrecen una solución a determinados sectores no susceptibles de electrificación (transporte pesado, marítimo y sector industrial, entre otros).

Estas ventajas son claves en el proceso de descarbonización de la economía al incidir en la reducción de costes y en la viabilidad tecnológica.

El biogás y el biometano pueden obtenerse a partir de la valorización de residuos orgánicos procedentes de los residuos sólidos urbanos, agrícolas, ganaderos, forestales y aguas residuales, contribuyendo de esta forma a la economía circular.

El biogás puede emplearse para la generación de calor y electricidad, además de como biocombustible que sustituya a los combustibles fósiles.

Y el biometano, obtenido de la purificación del biogás (upgrading), presenta características similares al gas natural, pudiendo emplearse para sus mismos usos y utilizar su misma infraestructura.

Por su parte, el hidrógeno verde constituye un vector energético que se obtiene, principalmente, a partir de la electrólisis del agua, utilizando para ello electricidad procedente de otras fuentes renovables. Su principal ventaja es que no emite CO2 y que cuenta con múltiples aplicaciones: industria, vehículos de pilas de combustible y almacenamiento de energía.

 

La producción del biogás a partir de residuos orgánicos

El proceso para la obtención de biogás supone la digestión anaerobia en condiciones controladas (digestores) de los residuos orgánicos.

El biogás que se obtiene está compuesto principalmente de metano y dióxido de carbono, tiene múltiples aplicaciones energéticas, en especial por su alta capacidad calorífica, y contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Unos ejemplos de residuos orgánicos valorizables para la obtención de este biogás son los residuos ganaderos como el estiércol, los purines o la gallinaza.

Residuos que se generan como resultado de la cría intensiva o extensiva de ganado en cualquiera de sus tipologías y que, si no se gestionan de forma adecuada, derivan en una serie de problemas medioambientales (emisión de GEI, contaminación de suelos, agua, etc.).

La promoción e implantación de sistemas de producción de biogás colectivos (varias granjas), y de codigestión (tratamiento conjunto de residuos orgánicos de diferentes orígenes) permite la implantación de sistemas de gestión integral de residuos orgánicos por zonas geográficas, con beneficios sociales, económicos y ambientales.

 

Proceso de purificación del biogás para generar biometano

La producción de biometano tiene lugar a partir de biogás, resultando un gas renovable de mejor calidad y con una composición similar a la del gas natural, lo que permite su inyección en la actual infraestructura gasista.

La conversión tiene lugar mediante un proceso de depuración y enriquecimiento, donde se eliminan distintas impurezas, como el CO2. Este proceso se le conoce como upgrading y el biometano obtenido alcanza una pureza media en metano cercana al 95%.

Este proceso de upgrading se puede realizar por medio de diferentes tecnologías. De ellas, las que ofrecen una alta eficiencia en la purificación (> 96%) y suponen bajos costes de operación son:

  • La absorción química: se produce la adsorción química del CO2 mediante el lavado en contracorriente del biogás en una columna con un relleno compuesto por una dilución de aminas.
  • La separación con membranas: se hace circular al biogás a presión a través de membranas de polímeros, más permeables al CO2 que al CH4. La eficacia del proceso dependerá del tipo de material de la membrana.

 

El reto de conseguir hidrógeno a partir de residuos orgánicos

En cuanto al hidrógeno verde o renovable, este ha recibido un gran impulso a nivel mundial como fuente de energía del futuro.

Se le considera el vector energético que hará que las energías renovables proporcionen una contribución mayor gracias a su capacidad de almacenar y transportar la energía.

La tecnología más utilizada para su obtención es la electrólisis del agua mediante el uso de electricidad renovable. El agua se descompone en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) por medio de una corriente eléctrica continua que se conecta mediante electrodos al agua.

Pero la producción de este hidrógeno verde en la actualidad no es suficiente debido al alto coste asociado a los equipos necesarios.

Así que, hoy por hoy, el 90% del hidrógeno que se consume en el mundo es el denominado hidrógeno gris, es decir, que se obtiene mediante reformado de gas natural y emite CO2 a la atmósfera.

Es por ello que se plantean otras vías tecnológicas para la obtención de hidrógeno renovable. 

Una de estas vías tecnológicas alternativas para la obtención de hidrógeno verde a corto plazo es una derivada del reformado de gas natural, sustituyendo al gas de origen fósil por el biometano.

Es decir, el biometano puede emplearse como materia prima para la obtención de hidrógeno mediante la misma tecnología de reformado de gas natural y el CO2 emitido al final del proceso sería capturado con un sistema de captura y almacenamiento de carbono, reduciendo las emisiones del mismo.

Otra alternativa en la que ha trabajado el centro de investigación AINIA es el desarrollo de un nuevo proceso sostenible para obtener hidrógeno y biogás en una misma instalación agroindustrial.

El proceso consiste en una variación del proceso de digestión anaerobia con la que se obtiene originalmente el biogás a partir de residuos orgánicos agroalimentarios.

La digestión anaerobia en este caso tendría lugar en dos fases microbiológicas o doble etapa: la hidrólisis o fermentación oscura, donde se genera hidrógeno, y la metanogénesis donde se genera metano.

Esta nueva tecnología daría como resultado una mayor eficiencia en términos de rendimiento energético por unidad de volumen, lo que se traduce en un mejor aprovechamiento de la inversión realizada en la planta.

Además, supone la ventaja de ya disponer de la tecnología necesaria para aplicar este proceso a escala industrial, al ser la misma que se está aplicando para la digestión anaerobia convencional, pero con algunas modificaciones. La única dificultad estaría principalmente en el ajuste de las condiciones de operación.

La aplicación de esta tecnología permitirá que a partir de unos mismos residuos y en una misma instalación sea posible generar hidrógeno verde y biogás de forma totalmente sostenible, viable y con menor coste.

 

Existe un gas renovable mejor que otro

Decantarse por un gas renovable u otro no resulta una decisión sencilla cuando comparamos sus ventajas y sus inconvenientes.

Tanto la utilización de biometano como del hidrógeno en las infraestructuras gasistas existentes, combinada con electricidad renovable, supondrá una importante reducción del coste de la transición energética, que puede alcanzar un ahorro de hasta 140.000 millones de euros al año en Europa.

La diferencia está en que el biogás/biometano se puede obtener del tratamiento de todo tipo de residuos orgánicos (sólidos urbanos, aguas residuales, agroganaderos y agroindustriales, biomasa…) y las tecnologías de producción requerida se encuentra en diferentes grados de maduración (digestión anaerobia, upgrading, gasificación, power to gas, …).

Mientras que, para el hidrógeno, las fuentes convencionales de producción son limitadas y se basan en procesos químicos de transformación de recursos fósiles, como el reformado de gas natural, la hidrólisis o gasificación del carbón lo que supone, además del consumo de recursos perecederos, altos niveles de emisiones de CO2.

El hidrógeno verde es el combustible del futuro, al no generar emisiones contaminantes de CO2 y porque ofrece una importante cantidad de energía utilizable, tanto en sistemas de combustión habituales, como en los nuevos sistemas de conversión energética. Pero la tecnología para su producción a la escala necesaria está todavía inmadura y supone un coste elevado.

Es quizás por esto, que el biometano saca puntos de ventaja. Su tecnología de producción está ya madura y permite el aprovechamiento de los residuos orgánicos como materia prima para la obtención, siendo un proceso enmarcado dentro de los principios de economía circular. Además, entre los usos que se pueden dar al biometano, se encuentra la posibilidad de ser la materia prima para la obtención de hidrógeno verde.

La producción de biometano se puede amoldar a las necesidades de cada región o país, contribuyendo a la generación energética y al tratamiento de residuos de sectores como el industrial, agrícola o ganadero. Esto permite reducir la dependencia energética en estas regiones, al tiempo que contribuye al desarrollo económico y social, y mejora la calidad del aire.

En base a esto, podemos decir que el biometano presenta un gran potencial e importantes ventajas para contribuir a la transición energética, siendo sus procesos de generación los más efectivos, en estos momentos, para reducir y evitar emisiones a la atmósfera, y como vía alternativa para la producción del hidrógeno verde.

 

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