La producción de biometano está reconocida como una alternativa energética renovable que puede desempeñar un papel crucial en la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, según la Agencia Internacional de Energía (IEA), en 2018, casi dos tercios del consumo de biogás se destinaron a la generación de electricidad, y solo alrededor del 5% se purificó a biometano.
La tecnología para la purificación del biogás a biometano viene siendo revisada desde 2011, abordando aspectos como el funcionamiento, la calidad del biogás empleado, la eficiencia, las dificultades operativas, la madurez tecnológica, los costes de inversión y operación, los requisitos de pretratamiento, la demanda de energía, la recuperación y pérdida de metano, la sostenibilidad ambiental y el desarrollo de materiales.
Se trata de una tecnología con un alto nivel de madurez, donde la búsqueda de una mejor eficiencia energética y medioambiental, así como la reducción de costes, resultan factores fundamentales para la I+D, a fin de garantizar la sostenibilidad y la competitividad del biometano.
Mejora de la eficiencia energética en la producción de biometano
La purificación del biogás en biometano (upgrading) implica, principalmente, la eliminación de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, siloxanos, vapor de agua y algunos compuestos volátiles. Para llevar a cabo este proceso, existen diversas tecnologías disponibles:
- Lavado con agua o PWS (Pressurized Water Scrubbing): El biogás se pone en contacto con agua a contracorriente. El CO2 es absorbido en la fase líquida por ser más soluble que el CH4.
- Separación por presión o PSA (Pressure Swing Adsortion): se produce la circulación del biogás a presión a través de depósitos de carbón molecular, donde se adsorbe el CO2.
- Separación criogénica: basada en operaciones de compresión, enfriamiento y expansión continua (destilación en frío) del biogás para la separación del CO2.
- 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.
- 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.
En la práctica, se suelen combinar varias de estas tecnologías en series o hibridaciones para obtener un mayor rendimiento. Las más extendidas actualmente son la absorción química y la separación por membranas.
La mejora de la eficiencia de estas tecnologías permitirá maximizar la producción de biometano a partir de una cantidad dada de biogás. Algo que implica los siguientes beneficios:
- Se libera más biometano para su uso como biocombustible.
- Se reduce el consumo energético del proceso de purificación, lo que mejora la sostenibilidad y rentabilidad.
- Permite purificar biogás de menor calidad, ampliando las fuentes de materia prima.
- Maximiza el rendimiento energético por unidad de biogás tratado.
La innovación en nuevos materiales absorbentes, en la integración energética entre etapas y en la optimización de procesos ofrece un margen de mejora en la eficiencia de los procesos de purificación del biogás.
El desarrollo tecnológico enfocado en soluciones técnicas avanzadas es un factor determinante para la competitividad futura del biometano y uno de los retos que afronta la I+D del sector.
Como ejemplo de esto, podemos mencionar el proyecto UPbiomet+, desarrollado por AINIA, cuyo objetivo es establecer una nueva tecnología de digestión anaerobia para la producción de una mayor cantidad de biometano, mediante la transformación de CO2 en CH4 extra.
Para ello, el proyecto plantea la integración de la electrometanogénesis y la ruta metabólica “Diet electron transfer” (DIET) al proceso de digestión anaerobia convencional.
Esto facilitará la obtención directa de biogás más rico en CH4 y el incremento de la producción de biometano gracias a la transformación adicional del CO2. Así, se obtendría un mayor rendimiento energético del biogás y se reducirían los costes destinados a la purificación.
Mejora de la sostenibilidad ambiental
La sostenibilidad ambiental de las tecnologías de purificación de biogás implica el análisis del impacto ambiental durante el ciclo de vida completo, desde la construcción de la planta y su operativa hasta el final de su vida útil.
Algunos aspectos ambientales importantes a considerar son las emisiones accidentales (fugas) de gases de efecto invernadero (GEI), el consumo de energía, el uso de recursos y la generación de residuos y efluentes.
El libro blanco publicado por la European Biogas Association (EBA), “Diseño, construcción y monitoreo de las plantas de biogás y biometano para reducir las emisiones de metano”, hace una revisión del riesgo de fugas adicionales de GEI y proporciona una serie de estrategias de mitigación aplicables a las plantas de biogás y biometano.
La conclusión a las que llega la EBA, tras el análisis de los datos realizados, es que la industria del biogás está muy avanzada en el desarrollo de estrategias de mitigación de emisiones. Las plantas actuales están planificadas, construidas y operadas específicamente para prevenir las fugas de metano y se trabaja de forma continua en nuevas mejoras.
A esto hay que sumarle los avances en la mejora de los procesos de codigestión, que permiten el tratamiento de distintos tipos de residuos orgánicos para lograr una mayor eficiencia en la producción de biogás y biometano, el aprovechamiento de los excedentes de energía térmica de una planta para reducir su consumo energético o el desarrollo tecnológico de la valorización de los digestatos en productos de valor añadido.
Respecto a esto último, proyectos como BIOGAS PASTEUR están llevando a cabo la investigación para la mejora de la eficiencia en el tratamiento de los digestatos.
Este proyecto, en concreto, tiene como objetivo el desarrollo de un sistema de pasteurización modular, integrado en la planta, que permita el aprovechamiento del calor para su reutilización en el propio proceso.
La reducción de costes
La reducción de costes, tanto de inversión como de operación, es un factor clave para impulsar la mejora tecnológica del biometano. Lograr una disminución en la inversión inicial y en los gastos operativos hacen que la opción del biometano sea aún más atractiva y competitiva.
Entre las estrategias para disminuir costes se encuentran la optimización de los procesos, el escalado de la producción, la integración energética o el desarrollo de nuevos materiales más eficientes y baratos para la purificación del biogás.
También es clave avanzar en el aprovechamiento del potencial del biometano para generar ingresos adicionales, por ejemplo, mediante la valorización de los digestatos en forma de fertilizantes orgánicos u la recuperación de compuestos químicos de interés para la industria química.
Cualquier avance tecnológico que permita reducir los costes de producción de biometano va a ser determinante para acelerar su implantación y lograr los beneficios medioambientales asociados.
La I+D en la tecnología para la producción de biometano es lo que va a permitir aprovechar todo el potencial de este gas renovable como vector energético clave para la descarbonización. Los avances en eficiencia energética, sostenibilidad ambiental y económica son claves para impulsar la implementación del biometano a gran escala.
