Del gas natural al biogas y el metano
En el arduo camino hacia un desarrollo sostenible, la investigación para la obtención de combustibles alternativos a los fósiles se presenta como punto clave. En este marco, dos interesantes actores han surgido para quedarse: el biogás y el biometano.
Antes de entrar en materia, ahondemos un poco en el actual sistema gasístico nacional. El gas natural es uno de los combustibles más utilizados por la sociedad, tanto en la industria como en los hogares. Químicamente, se trata de un gas compuesto principalmente por metano 95-99% (CH4) y por pequeñas proporciones de otros compuestos. De su tratamiento, gestión y consumo en España, debemos conocer dos aspectos importantes:
- El 99% del gas natural consumido en España el año pasado provino de fuentes no renovables.
- Es importado en su mayoría desde países como Argelia, Noruega, Nigeria o Catar, bien a través de la red de gaseoductos o mediante el transporte de gas licuado en grandes barcos gasistas.
Si bien es cierto que, en comparación con otros combustibles tradicionales, la utilización de gas natural está mejor vista ya que rebaja las emisiones de CO2, partículas y NOx, no deja de ser un combustible fósil. Actualmente, se estima que quedan unas reservas mundiales de 193 billones de m3, suficientes como para cubrir la demanda durante 52 años.
El biogás y biometano se plantean como una interesante alternativa sostenible en la cadena de suministro de combustibles. Se conoce como biogás al gas combustible resultante de la degradación de compuestos orgánicos mediante un proceso biológico. Dependiendo de los precursores utilizados, la composición en volumen del biogás oscila entre el 50% y 70% de metano y 50% y 30% de CO2. El biogás es un combustible idóneo para generar calor o electricidad, pero, debido a su baja concentración de metano, no puede ser utilizado en su forma original como combustible para el transporte ni se puede inyectar a la red de gas natural. No obstante, puede ser “mejorado” (upgrading) para ser apto para estas dos últimas aplicaciones. A este biogás mejorado se le conoce como biometano. El ratio CH4/CO2 del biometano oscila entre 95/5 y 99/1, composición muy similar a la del gas natural.
La clave para que el biogás y el biometano sean considerados gases sostenibles reside en utilizar como materia prima del proceso residuos que no pueden ser ni reutilizados ni reciclados. No solo hablamos de los típicos residuos urbanos que van al vertedero, también resultan de alto interés residuos agrícolas, ganaderos o provenientes de aguas residuales. Estos residuos, al degradarse, emiten espontáneamente metano a la atmósfera, cuya repercusión en emisiones de efecto invernadero (GEI) es 21 veces superior a la del CO2. De esta manera, este metano es generado de manera controlada y tras combustionar se transforma en CO2, reduciendo así el impacto de emisiones de GEI.
El potencial que tiene España para desarrollar biogás y consecuentemente biometano es muy amplio. La agricultura y la ganadería, dos de los principales motores de la economía nacional, generan una extensa cantidad de residuos de muy buenas características “metanables”. Así mismo, cada español genera al año media tonelada de residuos directos, lo que supone un total nacional de aproximadamente 22 millones de toneladas por año. El hecho de poder convertir estos residuos en un combustible permite reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, así como cubrir parte del consumo de gas natural importado. Las ventajas no son solo ambientales y económicas, pues este nuevo modelo permite además la creación de nuevos puestos de trabajo.
Para la generación del biometano existen múltiples tecnologías, y la digestión anaerobia seguida de un upgrading (mejora) es una de las más conocidas y explotadas. La digestión anaerobia consiste en introducir un residuo en un digestor en ausencia de oxígeno. En este digestor el residuo entra en contacto con un cultivo biológico (sí, bacterias) que será el responsable de ir descomponiendo (hidrólisis) las largas cadenas de carbono, típicas de la materia orgánica, en cadenas más sencillas. Con el paso de los días, estas bacterias prosiguen degradando las cadenas carbonadas más simples en metano. El producto de este proceso es una mezcla de gases, conocida como biogás, principalmente compuesta por metano (60%), CO2 (40%) y una mínima concentración de impurezas como ácido sulfhídrico. En el proceso se genera un residuo líquido llamado digestato, que puede ser reutilizado como fertilizante puesto que es rico en nitrógeno y fósforo.
Finalizada la digestión anaerobia, y como ya mencionamos anteriormente, es necesario mejorar la calidad del biogás para que pueda ser utilizado como combustible de vehículos o inyectado a la red de gas natural. A este proceso se le conoce como ‘upgrading’, y permite que el biogás alcance una concentración cercana al 99%. Existen diferentes tecnologías que permiten realizar este proceso:
- Absorción con Aminas: las aminas tienen gran selectividad para atraer al CO2. El proceso consiste en “duchar” el biogás con una disolución de aminas, las cuales van a arrastrar el CO2, dejando casi puro el metano. El gran inconveniente de este proceso es que las aminas no son ambientalmente favorables.
- Adsorción con oscilación de presión: a altas presiones, los gases tienden a ser atraídos a superficies sólidas o «adsorbidos». Cuanto mayor sea la presión, más gas se adsorbe. Una vez se reduce la presión, el gas se libera o se des-adsorbe. Este proceso necesita una inversión inicial muy elevada.
- Membranas: se trata de una separación física, pues se hace pasar la corriente de biogás a través de una membrana porosa. El CO2 pasa por los poros, mientras que el metano permanece. Para obtener buenos rendimientos de separación es necesario aplicar altas presiones encareciendo el proceso, adicionalmente se suelen producir pérdidas de metano de entorno a un 20% a través de los poros de las membranas, especialmente según se van deteriorando.
- Contactores de membranas: son los más novedosos de los expuestos. Esta tecnología aglutina numerosas membranas en una misma carcasa, permitiendo hacer pasar el líquido por el interior de las membranas y la corriente gaseosa por la carcasa. De esta manera se combina una separación física y química. Así se puede trabajar a presiones más bajas que en las membranas tradicionales, pues el agua es capaz de disolver parte del CO2, así mismo se reducen las pérdidas de metano.
Una vez purificado el biometano, este estaría casi listo para su utilización final o inyección a la red. El último proceso necesario sería comprimirlo hasta la presión normal de trabajo. Por ejemplo, la red de gas natural se encuentra a una presión de entre 16 y 60 bares, o, si se desea utilizar como combustible, se requiere una presión de aproximadamente 200 bares.
Los esfuerzos en investigación y desarrollo en campo del biogás y biometano son múltiples. Los temas de mayor interés actualmente son la búsqueda de pretratamientos para materias primas, co-digestión de residuos, captura del CO2 del biogás, tratamientos alternativos de upgrading o fermentación de gas de síntesis entre otros.
En algunos países europeos como Alemania o Italia ya existen instalaciones industriales que permiten la producción de biometano, sin embargo, en España el mercado del biometano está aún por explotar. Conociendo el potencial que tenemos para desarrollar la tecnología, son necesarias políticas que hagan que este mercado se vaya abriendo poco a poco y así poder producir nuestro propio biometano. De esta manera, se reducirían las importaciones de gas, la cantidad de residuos producidos y las emisiones de efecto invernadero (y sus correspondientes sanciones de UE), y a la vez se crearían nuevos empleos.
