BIOGÁS Y BIOMETANO: ENERGÍA A PARTIR DE RESIDUOS

Compartía recientemente en LinkedIn la noticia de que la empresa donde trabajo actualmente, CEPSA desembarcaba en el negocio del biometano junto a algunas de mis reflexiones sobre el tema. Parece que la publicación despertó cierto interés (al menos por encima del habitual en mis publicaciones, no soy ningún influencer en esta red social) motivo por el que me he decidido a preparar este post ¡espero que os guste!



¿Qué son el Biogás y el Biometano?

El biogás es un combustible que se genera por la biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores, en un ambiente anaeróbico (en ausencia de oxígeno).

Puede originarse en entornos naturales en los que se den las circunstancias apropiadas, como por ejemplo, en pantanos, ciénagas y turberas (por eso se le llama también “gas de los pantanos”) o artificiales como en vertederos, plantas de procesado de residuos y estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o en instalaciones diseñadas específicamente para la producción de biogás a escala industrial.

El biogás se viene utilizando para fines energéticos desde el siglo XIX, aunque es conocido desde hace muchos años más. Infinidad de antiguas leyendas mencionan los fuegos fatuos que no son más que el resultado de la combustión espontánea del biogás generado de forma natural.

El biometano se produce a partir del biogás, al que se somete a un proceso de upgrading para retirarle impurezas y conseguir un gas con unas características similares al metano.

Tanto el biogás como el biometano son biocombustibles de segunda generación que pueden utilizarse para generar energía eléctrica o térmica, o como una fuente de carburante para vehículos. El biometano puede reemplazar al metano “fósil” en todos sus usos.

Se consideran una alternativa viable a los combustibles fósiles, como el petróleo, el gas natural y el carbón. Se trataría por tanto de una fuente de energía limpia y eficiente y por ello se incluye dentro de las energías renovables y sostenibles.

¿Cómo se produce el Biogás?

No pretendo dar aquí una master class sobre el tema, porque no soy especialista en él. Para los interesados en conocer al detalle el proceso, en el apartado Para saber más os he dejado muchos enlaces.

Resumiendo, de forma industrial el biogás se obtiene de desperdicios orgánicos, como son los residuos de la agricultura, la ganadería, la industria agroalimentaria, procesado de alimentos, residuos municipales y depuradoras.

Estos residuos se introducen en un digestor biológico o biodigestor, donde se favorecen las condiciones para que una serie de microorganismos descompongan la materia orgánica en ausencia de oxígeno, produciendo el biogás y un residuo sólido en un proceso llamado biometanización.

El proceso consta de varias etapas, liderando cada una de ellas diferentes grupos de bacterias. La etapa final es la de metanogénesis, de las que son responsables las bacterias metanogénicas que son las que forman CO₂ y CH4 (los principales componentes del biogás).

En cuanto a las instalaciones para producción de biogás, los equipos principales son los siguientes:

  • Sistema de homogeneización y alimentación de sustratos
  • Digestores
  • Sistema de desulfuración

Los sistemas de alimentación y homogenización de la “materia prima” empleada para la producción varían según las características propias de las mismas (sólidas o líquidas) y pueden ser equipos de bombeo, sinfines, cintas transportadoras, etc.

Los digestores son unos depósitos cilíndricos (de hormigón o acero) provistos de equipos de agitación y calefacción que aseguran unas condiciones óptimas para el proceso de la biometanización. El biogás generado se acumula en un gasómetro (el cual puede instalarse directamente en la parte superior de los digestores o como unidad separada).

Figura 1: Gasómetros colocados sobre los digestores. Fuente: Upbiogas.es

La última fase del proceso es la eliminación del ácido sulfhídrico (H2S) mediante un sistema de desulfuración y deshumidificado mediante condensación.

Tras este paso, el biogás puede emplearse en una unidad de cogeneración donde se transforma en electricidad y calor. La electricidad generada puede venderse a la Red o ser autoconsumida, el calor cubre la propia demanda de la instalación y el excedente puede utilizarse para calefacciones o sistemas industriales externos.

Después de todo este proceso que hemos descrito muy brevemente, se obtiene el biogás que puede contener entre un 55 – 70% de metano (CH4), un 30 – 45% de dióxido de carbono (CO2) y menos de un 5% de trazas de otros gases (considerados impurezas), como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno (H2S), así como agua (H2O). La composición química del biogás depende primordialmente de dos factores:

  • las materias primas empleadas en la digestión.
  • la tecnología utilizada para el proceso.

Además de biogás se produce digestato, que es el material sólido que queda tras la digestión anaeróbica en el biodigestor. Después de someterse a procesos de acondicionamiento y tratamiento puede emplearse como fertilizante orgánico, aportando nutrientes -nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K)- en forma mineral , lo que facilita su absorción por parte de las plantas.

Figura 2: Materias primas para la producción del biogás, subproductos obtenidos en su producción y aplicaciones típicas. Fuente: EBA Statistical Report 2021

El siguiente video de Bioconstruct, aunque algo antiguo describe todo el proceso:

¿Cómo funciona una planta de biogás?

Upgrading del Biogás, producción de Biometano

El biogás inicial se puede transformar en biometano, un gas renovable de mayor calidad y similar al gas natural. Esta similitud entre el gas natural y el biometano permite que pueda usarse con la misma infraestructura de las redes existentes para el gas natural.

Ya hemos visto que el principal componente del gas natural es el metano (CH4) en un 60%-95%, pudiendo contener cantidades apreciables (5%-20%) de etano (C2H6) según la región de origen.

CONTENIDO TÍPICO DE METANO (CH4) EN %
Gas natural Biogás
60%-95% 55 – 70%

Para lograr esta transformación, el biogás debe pasar por un proceso de limpieza y enriquecimiento (el poder calorífico del biogás es inferior al del gas natural, ya que depende fundamentalmente del contenido en metano), en el que se eliminan las impurezas que contiene el biogás, aumentando así el contenido de metano, de manera que el gas obtenido cumpla con los estándares de la red de gas natural. A este proceso se le llama upgrading.

Figura 3: Ciclo completo de la producción de biogás y biometano. Fuente: Campus New Holland.

El biometano así obtenido puede reemplazar al gas natural en todas sus aplicaciones y hacer uso de las infraestructuras existentes para el gas natural sin necesidad de ninguna modificación en las mismas.

En este video del fabricante de tractores New Holland podéis ver una instalación piloto en una granja avícola, donde los residuos son utilizados para producir el biometano que se utiliza como combustible para sus tractores movidos por gas natural comprimido (GNC).

¿Cómo se obtiene el biometano?

Usos y Aplicaciones del Biometano

Como ya se ha comentado, el biometano que resulta del proceso de upgradingtiene unas características muy parecidas al gas natural, por lo que sus usos son muy similares, así como su rendimiento. Además, puede inyectarse y transportarse en las mismas redes que el gas natural, llegando así a hogares e industrias.

En resumen, el biometano puede ser usado para:

  • Generar electricidad para todo tipo de uso: en el hogar, en espacios públicos, todo tipo de negocios, industria, etc.
  • Alimentar los sistemas de calefacción.
  • Como carburante para vehículos a gas.
  • Para combustión en motores de generación.
  • Producción de biohidrógeno mediante la misma tecnología de reformado de vapor (SMR) que se emplea actualmente para la producción de hidrógeno gris a partir de gas natural. Este biohidrógeno sería “cero emisiones netas”, pero si se añade captura de CO2 (CCS), se produciría hidrógeno dorado, un hidrógeno de origen biológico y de emisiones negativas.
Figura 4: Esquemas de producción de hidrógeno a partir del reformado con vapor (SMR) de metano de origen fósil (izqda) y de biometano (dcha) procedente de la digestión anaerobia (DA) en este caso proveniente de residuos sólidos urbanos (RSU). Fuente: RETEMA, Revista Técnica de Medio Ambiente

Situación del biogás/biometano en España y en Europa

La Asociación Europea de Biogás (EBA) y Gas Infrastructure Europe (GIE) elaboran el mapa de la producción de biometano en Europa, que ya tiene tres ediciones (2018, 2021 y 2023).

Desde la penúltima edición (la de 2021), el número de plantas de biometano en Europa ha crecido un 30%, alcanzando un total de 1.322 instalaciones en abril de 2023. Europa ahora produce más de 3,5 bcm de biometano, y más del 75% de las plantas están conectadas a las redes de transporte o distribución.

En términos absolutos, Alemania fue el mayor productor 12.753 GWh, liderando también el crecimiento en la producción de biometano, junto a Francia y Dinamarca (donde el 28% del gas consumido es biometano).

Este crecimiento refleja los esfuerzos de la industria para avanzar en la transición energética y alcanzar el objetivo de 35 bcm para 2030, establecido por la Comisión Europea en el plan REPowerEU. La Comisión Europea estima que el biogás puede representar entre el 20% y el 60% de la demanda de gas en 2050.

España es uno de los últimos países europeos en producción de biogás y biometano, y está muy lejos de los objetivos establecidos por la Unión Europea. Este hecho resulta especialmente doloroso considerando el gran potencial del país por la importancia de su industria agrícola, su dependencia de las importaciones de gas y su gran exposición a las consecuencias del Cambio Climático. Actualmente, España sólo cuenta con 5 plantas de biometano con capacidad para producir 250 GWh.

El sector culpa a las barreras regulatorias, económicas y fiscales, como la falta de un marco legal eficaz y la ausencia de incentivos específicos. Otros países como Alemania, Francia o Dinamarca han implementado mecanismos de apoyo legislativo y económico para impulsar el desarrollo del sector del biometano y lograr una transición energética más sostenible y eficiente.

La Hoja de Ruta del Biogás del MITECO no parece demasiado ambiciosa: plantea multiplicar la producción por 3,8 hasta 2030 y prevé que ese mismo año al menos un 1 % del gas consumido a través de la red de gas natural sea biometano. En otros países europeos, la cuota estimada es de alrededor del 10 % del consumo final de gas para el año 2030 (el 20 % en para Alemania).

Y es que el potencial del biometano en España es mucho mayor, ya que el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) lo calcula en el triple que el objetivo de producción del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) y otros informes recientes. De hecho, se estima que el biometano español podría cubrir el 45% de toda la demanda de gas natural .

¿Y si hablamos del precio? En este artículo de 18/02/2022 en RETEMA, titulado “La salida a la crisis del gas: el biometano europeo es ya un 30 % más barato” se afirmaba que el biometano se puede producir a partir de 55 €/MWh, mientras que el gas natural cuesta alrededor de 80 €/MWh, sin considerar los precios del CO2. Esto era justo antes de la invasión rusa de Ucrania, y es que los precios del gas natural han estado sometidos a grandes vaivenes: a finales de 2022, los precios cayeron a 76€/MWh, pero durante el año, los precios del gas natural en Europa se dispararon, llegando hasta los 311, 58€/MWh.

Ventajas del uso del biogás y del biometano

El desarrollo de la capacidad de producción de biogás y biometano conlleva varias ventajas, entre ellas:

  • Reducción de la dependencia de los combustibles fósiles: Al utilizarlos como combustibles, se reduce la dependencia de los combustibles fósiles. Se estima que España tiene un potencial de hasta 163 Twh/año, lo que equivale al 100% del consumo doméstico o al 48% del consumo industrial del país.
  • Lo anterior, redunda además en la mejora de la seguridad energética. Desde la invasión rusa de Ucrania, hemos visto las consecuencias de la tremenda dependencia de Europa del gas ruso vía gasoducto. Al reemplazarlo por GNL, el gas se ha encarecido, pero sobre todo su precio se ha vuelto muy volatil y a lo largo de los meses hemos visto como accidentes en plantas de gas, amenazas de huelga, etc han disparado los precios.
  • Aprovechamiento de residuos: La producción de biogás y biometano puede aprovechar los residuos orgánicos, como los residuos agrícolas, para producir energía en lugar de desecharlos en vertederos o incinerarlos con los problemas medioambientales que eso supone (emisiones de CO2 o fugas de metano, un gas con incluso un mayor efecto invernadero).
  • Generación de empleo: La producción de biogás y biometano puede crear oportunidades de empleo en las zonas rurales, la conocida como España Vacía o Vaciada lo que permitiría combatir la despoblación de estas zonas.
  • Reducción de emisiones: El uso del biogás y el biometano como combustibles puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, al tratarse de combustibles “0 emisiones netas” (el CO2 que se libera con su combustión es el mismo que previamente se capturó en la materia orgánica empleada para su producción).

Conclusiones

  • El biogás y el biometano son gases renovables con capacidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en diversos sectores.
  • Su uso es esencial para acelerar la reducción de emisiones en edificios, industria, transporte y agricultura.
  • La implementación del biometano no requiere una inversión adicional en infraestructura, puesto que es compatible con la infraestructura ya existente desarrollada para el gas natural.
  • El biometano puede reemplazar directamente al gas natural en todas sus aplicaciones.
  • El biometano se almacena y produce fácilmente, equilibrando el suministro de energía de fuentes intermitentes de energía renovable.
  • Puede comerciarse y producirse en Europa, garantizando la seguridad de suministro de la Unión Europea y reduciendo la dependencia de proveedores externos.
  • El biogás y el biometano están disponibles y son competitivos en costos, considerando las externalidades positivas de su producción.
  • Europa es el principal productor de biogás y biometano en el mundo, pero es esencial aumentar la producción de estos gases para cumplir con la demanda de energía renovable para 2030 y alcanzar objetivos climáticos para 2050.

Para saber más

En español

Biogás, en Wikipedia

Digestión anaeróbica, en Wikipedia

Manual del Biogás, editado por la FAO. De lectura obligada para conocer al detalle el proceso de biogidgestión y de la formación de biogás/biometano.

Digestato, del residuo al recurso agrícola, artículo en la web de Genia Bioenergy.

¿Cómo se obtiene el biometano a partir del biogás?, artículo en la web de Genia Bioenergy.

El Mapa del Biometano (edición 2022-2023), en la web de la Asociación Española de Biogás (AEBIG). Muestra el inventario actualizado de las plantas de biometano operativas en Europa en octubre de 2022.

Estudio de la capacidad de producción de biometano en España, 2023. Informe sobre el potencial de producción de biometano y definición de medidas específicas para su desarrollo en las Comunidades Autónomas elaborado por SEDIGAS.

Hoja de ruta del biogás, enlace a la versión 6 de este documento elaborado por el MITECO.

¿Qué es el biometano? Un gas renovable clave para el futuro, artículo del 14/03/2022 en la web de Caloryfrio.com

El biometano español podría cubrir toda la demanda doméstica de gas natural, noticia del 12/01/2023 en la revista on line Energías Renovables.

El aprovechamiento de biogás en EDARs, una presentación interesante del trabajo que desarrolla FCC Aqualia

España, de los últimos países europeos en producción de biogás y biometano, noticia del 23/06/2023 en el diario El Independiente.

España se sube al tren del biometano con 200 proyectos en cartera, noticia del 26/10/2023 en elEconomista.

Gas renovable, la energía sostenible de ‘kilómetro cero’ que activa la economía circular, reportaje publicado por NATURGY en el diario on line El Español.

El biogás y el biometano como palanca clave en la descarbonización de la economía española, informe elaborado por la consultora PwC y el CIEMAT

Y para los que sois más de videos, os dejo estos:

Biogás y biometano: potencial de desarrollo en España y su impacto en la reducción de la huella de carbono, webinar de la Fundación Naturgy.

Biometano en España, estado actual y perspectivas, webinar organizado por AEBIG (Asociación Española de Biogás)y AVEBIOM (Asociación Española de la Biomasa).

Biogás, mercado y oportunidades, webinar de 3IE Energía.

De los residuos a la generación de energía renovable, webinar de 3IE Energía.

En inglés

About Biogas and Biomethane en la web de la European Biogas Association (EBA)

Artículos relacionados, aquí en MyTips