Del biogás al biometano

¿Biogás o biometano?

El biogás y el biometano, producidos a partir de residuos orgánicos, son alternativas renovables al gas natural. El biogás es el primer subproducto de una planta de digestión anaerobia. Compuesto principalmente de metano, puede utilizarse para producir calor o electricidad.

Una vez tratado y purificado de otros compuestos como el dióxido de nitrógeno_(CO2), el dióxido de oxígeno _(O2), el sulfuro de hidrógeno_(H2S)o el vapor de agua_(H2O), este mismo biogás se convierte en biometano. Este combustible recién formado tiene las mismas propiedades que el gas natural, con la ventaja añadida de que fomenta el uso de energía verde al tiempo que reduce los niveles de emisión de gases de efecto invernadero, protegiendo así el medio ambiente gracias a los esfuerzos de transición energética en todo el mundo.

¿Cómo se produce el biogás de forma natural?

La metanización es un proceso asombroso que utiliza el poder natural de las bacterias para descomponer y transformar la materia fermentable en biogás. Este fenómeno puede encontrarse, por ejemplo, en los pantanos. El gas generado es rico en metano, un componente que también se encuentra en los combustibles fósiles.
Este proceso ecológico también convierte en biogás diversos materiales orgánicos como papel y cartón, restos de comida, subproductos vegetales, residuos animales, purines, estiércol y lodos de depuradora.

¿Qué es la digestión anaerobia?

Una planta de digestión anaerobia de residuos produce biogás a partir de materia orgánica. Este proceso tiene lugar en tanques llamados reactores, fermentadores o digestores, que funcionan a una temperatura de 35°C. Las versiones más recientes pueden transformar los residuos en energía renovable en cuestión de días, con una producción estimada de entre 1 y 10 metros cúbicos al día por cada metro cúbico de residuos tratado.

Desde granjas rurales hasta enormes complejos industriales, las unidades de producción de biogás tienen todo tipo de formas y tamaños. Por ejemplo, la producción de un pequeño digestor agrícola puede ser de sólo 100 metros cúbicos, mientras que las plantas más grandes producen decenas de megavatios.

¿Cómo producen biogás los vertederos?

Los vertederos, o ISDND (Installations de Stockage de Déchets Non Dangereux), también son una fuente de biogás. Al descomponerse la materia orgánica, se produce metano.

Los residuos se compactan y luego se depositan en unas fosas denominadas contenedores. Para garantizar unos resultados óptimos, también se puede sellar la zona. Estos espacios se rellenan con varios metros de tierra y están atravesados por una red de drenajes horizontales que recogen el biogás producido, mientras que los verticales permiten que llegue a la superficie para que se produzca una fermentación regular durante unos veinticinco años.

Evitar que el metano _(CH4), un potente gas de efecto invernadero, entre en la atmósfera es esencial en la lucha contra el cambio climático. Cuando el metano no puede recuperarse, quemarlo en antorcha es una alternativa mejor que liberarlo. Así se libera dióxido de carbono_(CO2), un gas de efecto invernadero que, según el IPCC, tiene 28 veces menos impacto que el metano en nuestro medio ambiente.

¿Qué otros procesos existen para producir biogás?

Hay otros procesos de producción de biogás que están menos extendidos hoy en día, ya que se basan en tecnologías más recientes, algunas de las cuales aún no están totalmente maduras.
Un ejemplo es la generación de biometano por metanación de dióxido de carbono_(CO2) en reacción con hidrógeno_(H2). El dióxido de carbono y el hidrógeno se producen por gasificación de biomasa procedente de recursos lignocelulósicos o por electrólisis del agua (power-to-gas).

Por último, las microalgas pueden utilizarse como insumo primario o complementario de la reacción de metanización. Cultivadas en biorreactores, las microalgas tienen la ventaja de no consumir tierras agrícolas, por lo que no compiten con la producción de alimentos animales o humanos.

• El biogás es una fuentede energía renovable, a diferencia de los combustibles fósiles como el gas natural. A veces se le denomina gas virgen. El biogás tarda varios millones de años en formarse bajo tierra, y las cantidades disponibles son lógicamente limitadas aescala humana.
• El biogás también se califica de renovable porque su ciclo de producción y utilización es continuo. En cuanto se genera, la biomasa puede cosecharse, transformarse y utilizarse. A continuación, se renueva continuamente en ciclos cuya escala temporal es a escala humana, o incluso estacional.
• Además, el biogás es una fuente de energía renovable, porque los volúmenes de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono_(CO2), emitidos durante la conversión del biogás en energía (esencialmente la combustión), son equivalentes a las cantidades de _CO2 presentes en la atmósfera y absorbidas por la biomasa durante su crecimiento.
• Por último, el biogás es una energía renovable, porque se produce y se seguirá produciendo a partir de la metanización o gasificación de nuestros residuos alimentarios, agroalimentarios, agrícolas y animales. Los seres humanos y los animales producen continuamente estos residuos.

El biogás se utiliza para producir calor y electricidad.

El biogás puede recuperarse en forma de calor únicamente utilizándolo como combustible en una caldera. Sin embargo, lo más frecuente es utilizar el biogás para producir calor y electricidad. De ahí el término cogeneración.

La electricidad producida por la turbina de cogeneración se utiliza para el consumo propio de la planta de biogás, y el excedente -la mayor parte de la energía generada- se vende.

El calor producido por la combustión del biogás suele utilizarse para calentar el digestor de la planta de biogás y, de forma más general, para mejorar el balance energético de la planta. Pero este calor también se utiliza para :

• Calefacción de edificios industriales, públicos y residenciales
• Calefacción de invernaderos hortícolas
• Producción de microalgas
• Calefacción de naves ganaderas
• Secado de madera o forraje

El biogás se trata y purifica para poder inyectarlo como biometano en las redes de gas natural.

Antes de inyectar biometano en la red es necesario pasar por varias etapas de purificación.

Los principales procesos son :

• Desulfuración (eliminación o reducción significativa de la cantidad de sulfuro de hidrógeno_H2S)
• Secado (reducción significativa del contenido de humedad_H2O)
• Descarbonatación (separación del dióxido de carbono_CO2)

Una vez purificado el biometano y transportado a la estación de inyección, aún hay que :

• Huele igual que el gas natural
• Al biometano se le añade una molécula con un fuerte olor a azufre, el tetrahidrotiofeno (THT), para que las instalaciones y los usuarios sean más seguros.
• Comprobado conforme a la normativa vigente en materia de especificaciones fisicoquímicas
• Presión regulada
• Cuantificado para determinar la proporción de biometano inyectado en el gas natural

El biogás se compone de diferentes gases, cuyas proporciones varían en función de las materias primas y el método a partir del cual se produce.

Los gases son esencialmente :

• metano _(CH4)
• dióxido de carbono_(CO2)
• oxígeno _(O2)
• vapor de agua_(H2O)
• sulfuro de hidrógeno_(H2S)
• siloxanos

¿Cuánto metano (CH4) hay en el biogás?

El metano es el principal componente del biogás. Es el combustible que se utilizará para crear energía.

El biogás contiene entre un 50% y un 75% _{de CH4}.

¿Cuánto dióxido de carbono (CO2) hay en el biogás?

El dióxido de carbono es un subproducto del biogás, presente en cantidades muy grandes pero sin valor energético. El CO2 debe eliminarse del biogás mediante diversos métodos para generar biometano utilizable. Sin embargo, puede conservarse si el biogás se recupera en forma de calor (caldera) y/o electricidad (cogeneración).

El biogás contiene entre un 20% y un 50% de_CO2.

¿Cuánto oxígeno (O2) hay en el biogás?

El oxígeno está presente en el biogás en cantidades relativamente pequeñas pero significativas. El biogás contiene oxígeno, que precipita parte del sulfuro de hidrógeno^(H2S) en el digestor.
Además, como es difícil de eliminar, se tolera cierta cantidad de oxígeno en el biogás purificado (biometano) antes de inyectarlo en la red de gas natural.

El biogás contiene menos de un 1% de _O2.

¿Cuánto vapor de agua (H2O) hay en el biogás?

El biogás bruto es un gas muy húmedo. Es necesario secar el biogás, normalmente por refrigeración, antes de mejorarlo para proteger el equipo de la corrosión.

El biogás bruto está saturado de humedad.

¿Cuánto sulfuro de hidrógeno (H2S) hay en el biogás?

El sulfuro de hidrógeno es un gas muy peligroso y nocivo. Por un lado, es un gas corrosivo, que genera ácido sulfúrico en presencia de humedad y cuando se quema en calderas o plantas de cogeneración.
Por otro lado, niveles bajos de_H2Sdesprenden un fuerte y característico olor a huevo podrido. Esto hace que sea fácil de detectar. Pero a concentraciones más elevadas, afecta al sentido del olfato de forma más o menos reversible. Entonces se vuelve inodoro, y tanto más peligroso cuanto que el ser humano ya no lo detecta de forma natural.

El H2S presente en el biogás a 1500 ppm llega a ser letal si se inhala durante más de un minuto.

El H2S puede estar presente en el biogás en cantidades muy grandes. Por lo tanto, es esencial reducir significativamente su contenido, sea cual sea el método utilizado para recuperar el biogás.

El biogás suele contener más de 100 ppm_{de H2S}, y este nivel puede superar las 10.000 ppm cuando se fermentan ciertos tipos de residuos de la industria alimentaria.

¿Cuánto siloxano hay en el biogás?

Los siloxanos presentes en el biogás son moléculas derivadas del silicio. El biogás contiene siloxanos cuando se extrae de los vertederos (ISDND). Estos compuestos son susceptibles de dañar las instalaciones, ya que se vitrifican (se transforman en arena) una vez inyectados en los motores de cogeneración o en las calderas de biogás, provocando importantes daños mecánicos.

El biogás puede contener hasta 50 ^mg/m3 de siloxanos.

La composición del biogás puede medirse utilizando un analizador de biogás multigás para cuantificar de forma continua y precisa los niveles exactos de los distintos gases presentes en el biogás o biometano.

Es importante medir la composición del biogás con un analizador para garantizar su uso óptimo y eficiente. El análisis de la composición química del biogás permite controlar y optimizar la producción de biogás cuantificando sus distintos componentes. El análisis del biogás también garantiza la seguridad de las personas y los procesos al comprobar si hay gases potencialmente nocivos en la mezcla.