Desde hace unos años, se escucha cada vez más frecuentemente hablar de algo en apariencia tan «abstracta» como son los modelos matemáticos. Con la epidemia del COVID-19 los telediarios se llenaban de noticias con «predicciones» sobre lo que podría pasar en el futuro y el impacto de diferentes medidas de confinamiento. Esta situación de emergencia global, y la falta de experiencia ante algo completamente nuevo, convirtieron el problema en algo demasiado inabarcable como para no emplear alguna herramienta que nos ayudara a evaluar cuáles eran las mejores alternativas para gestionar la pandemia, y aquí es donde los modelos jugaron un papel fundamental.
Primero, es necesario remarcar que los modelos no son una «ciencia adivinatoria», sino que son solo una representación de la realidad. De hecho, en nuestra cabeza diariamente construimos modelos mentales y escenarios futuros para tomar decisiones, es decir, en base a nuestra experiencia pasada nos anticipamos y evaluamos las consecuencias en el futuro de diferentes alternativas y en base a ello elegimos por ejemplo que tipo de calzado llevar a una boda, o nos organizamos la semana. Pero cuando el sistema se vuelve demasiado complejo (muchas variables interconectadas), solo nos quedan tres opciones
2) Arriesgarnos sin pensar en las consecuencias futuras.
3) Apelar a la ayuda que proveen los modelos o herramientas más formales a la hora de tomar decisiones.
Por supuesto, no vamos a construir un modelo para decidir qué tipo de ropa llevar a un viaje, pero en el caso de análisis de decisiones importantes, como son ciertas políticas y estrategias que requieren grandes inversiones o cuyas consecuencias son relevantes para la sociedad, sí que parece la opción más apropiada.
Ante situaciones de emergencia, y de alta incertidumbre como ocurrió durante la pandemia, los modelos y las herramientas de planificación construidas a partir de ellos, nos sirven de guía, ya que por mucha incertidumbre que inevitablemente el futuro implica, es mejor tomar decisiones «guiados bajo la luz de un faro» que totalmente a oscuras: según George E.P.Box «en esencia todos los modelos son ‘ incorrectos ´ , la cuestión práctica es si nos son útiles».
Otra situación sin duda de emergencia, aunque en apariencia más lejana, es el cambio climático. Debido al aumento de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) desde la Revolución Industrial, se ha alterado el equilibrio en el planeta, ya que estos gases funcionan como una «manta» atmosférica y no dejan salir la energía que proviene del sol. El CO2 es el gas que más está contribuyendo actualmente a este calentamiento, básicamente porque es el que más hemos emitido en estos últimos años. Este gas, junto con el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O) se denominan GEI «de larga vida», debido a que persisten en la atmósfera durante décadas e incluso siglos. Debido a esto, en las políticas climáticas es fundamental tener en cuenta las dinámicas del sistema climático en el que los efectos son a largo plazo, y además se presentan inercias, es decir si en este año 2021 cortáramos todas las emisiones de GEI la temperatura seguiría aumentando. Por lo tanto, el momento (año) en el que se aplican e implementan las políticas es también clave.
Debido a esto, es fundamental el empleo de modelos dinámicos para el diseño de políticas climáticas, es decir, modelos en los que la variable tiempo es la pieza fundamental y precisamente el objetivo es poder determinar cómo ciertas variables de interés van a evolucionar en el tiempo, construyendo escenarios (o diferentes «posibles» futuros). Igualmente, debido a las características del problema la evaluación de políticas climáticas no se realiza solo a corto-medio plazo, sino que también requiere hacerse a largo plazo. Por ejemplo, el objetivo de neutralidad climática de la Unión Europea se fija en 2050: ¡para casi dentro de 30 años!
Ante este problema global, se hace necesario la definición de instrumentos de planificación para dar una «respuesta internacional y coordinada». En concreto la Unión Europea demanda a cada Estado miembro la elaboración del PNIEC (Plan Nacional Integrado de Energía y Clima) en el que cada país indica sus propios objetivos de descarbonización así como las medidas para alcanzarlos incluyendo políticas de transición energética, junto a un análisis previo de dichas políticas, precisamente empleando este tipo de modelos y proyecciones futuras.
Así, los modelos son herramientas de soporte clave para ayudar al político o al responsable a diseñar políticas o estrategias a partir de la información que ofrecen. Sabemos que la perfección en la vida real (en los sistemas reales) no existe, pero sí podemos tomar mejores decisiones evaluando qué alternativas son mejores, o si simplemente son viables antes de implementarlas. No tendría ningún sentido en un plan político definir objetivos y medidas tirando números al aire. ¿Qué confianza darían estas promesas políticas a largo plazo? ¿Qué sentimiento produciría en la población? No solo enfado, sino algo peor: desconfianza, derivando esta en desesperanza e inacción. Por ello, las herramientas de planificación tienen que: ayudar a entender el problemas y concienciar, y en segundo lugar, analizar y comparar las soluciones, incluyendo su eficacia, motivando así la aceptación de dichas soluciones así como su futura implantación.
Pero el cambio climático no es el único problema de nuestra sociedad. Hace poco en las noticias se dio a conocer una investigación de la revista Science, en las que se alertaba sobre la amenaza de la biodiversidad debido al futuro despliegue masivo y si ordenación de energías renovables en el territorio. Por ello, los instrumentos de planificación deben ir más allá y ayudarnos a responder a preguntas «algo» más complejas: ¿ cómo llevar a cabo la transición energética de una manera ordenada y socialmente justa? ¿ cómo planificar el territorio actuando frente al cambio climático, favoreciendo el desarrollo local, y a la vez respetando la biodiversidad? A este respecto, es clave en el diseño de políticas climáticas y de energía considerar también los diferentes objetivos de desarrollo sostenible (sociales, económicos, medioambientales, etc..), y por tanto el emplear modelos que permitan realizar análisis holísticos teniendo en cuenta el resto de aspectos, como por ejemplo mediante los denominados Modelos de Evaluación Integrada (Integrated Assessment Models, IAMs)
CARTIF participa en el desarrollo de este tipo de herramientas de soporte a la toma de decisiones en materia de cambio climático en proyectos como CCLiMAP1 y LOCOMOTION2. En el primer caso desde el modelado de las emisiones de GEI derivadas de los instrumentos de ordenación del territorio a nivel municipal. En el segundo proyecto, mediante el desarrollo de IAMs (Modelos de evaluación integrada) en dinámica de sistemas, permitiendo el análisis y diseño de políticas de transición energética y de sostenibilidad incluso a nivel mundial.
En las empresas es fundamental el diseño y evaluación de estrategias antes de tomar decisiones con el fin de usar eficazmente los recursos. Nuestro planeta es el hogar que compartimos, el cual nos provee de los recursos que necesitamos. ¿Qué nos puede interesar más que el definir una buena estrategia para mantener el equilibrio en nuestro planeta? Está claro que si hace falta cambiar radicalmente de rumbo es mejor que sepamos cuanto antes «cómo».
Tanto el biometano como el biohidrógeno son dos gases que vienen pisando fuerte en nuestro panorama energético actual. Ambos tienen un origen renovable y su formación puede ir asociada a procesos de captura y almacenamiento de CO2, otro de los grandes objetivos de nuestra sociedad para luchar contra el calentamiento global.
El biometano no es otra cosa que metano con origen renovable, en contraposición al gas natural donde el metano tiene un origen fósil. El biometano se genera habitualmente al purificar el biogás que se produce en los digestores anaerobios que tratan corrientes residuales como fangos de depuradora, estiércoles u otras corrientes biodegradables. Es la operación generalmente conocida como proceso de upgrading [1]. El biometano tiene la ventaja añadida de que es químicamente idéntico al gas natural, por lo que le puede sustituir en cualquiera de sus aplicaciones. Se espera, por ello, que el biometano juegue un papel trascendental para la descarbonización de la economía española y europea con miras al 2050 [2].
Si volvemos del biogás, su otro componente mayoritario es el CO2, pero existe la posibilidad de reintroducir este CO2 al digestor anaerobio o tratarlo en otro reactor y, a través de los que se conoce como proceso de metanación, generar más biometano [3]. Es decir, podemos emplear CO2 para generar metano, ¿quién da más? Pero este proceso no está tan maduro como el de la digestión anaerobia convencional y, si bien se ha demostrado que es técnicamente factible ( se conocen en Europa más de 100 plantas operativas), el rendimiento del proceso necesita mejorar para que su viabilidad económica esté fuera de toda duda.
Una vez que disponemos del biometano, otra opción que tenemos es generar hidrógeno verde (denominado así por su origen renovable) a través de un conocido proceso de reformado. El reformado de gas natural para producir hidrógeno es una práctica industrial habitual, por lo que reformar biometano es una opción totalmente plausible. El reformado habitual se realiza haciendo reaccionar el metano con vapor de agua, pero ya hay trabajos que han demostrado la posibilidad de sustituir ese vapor de agua por CO2, por lo que volvemos a utilizar el dióxido de carbono como materia prima, retirándolo de la atmósfera y produciendo en su lugar el tan deseado hidrógeno.
Pero el hidrógeno también puede tener un origen biológico, que es lo que se conoce como biohidrógeno. En la naturaleza existen algas y bacterias que generan hidrógeno a través de sus ciclos metabólicos. Dichos organismos, cultivados en un medio controlado, pueden convertirse también en una fábrica de biohidrógeno. En este caso, y al igual que ocurría en los procesos de metanación, se ha demostrado que los procesos funcionan y pueden ser escalables, pero los rendimientos que se alcanzan en la actualidad siguen siendo una barrera a su implementación con fines industriales.
Pero para eso está la investigación, para seguir trabajando y hacer que estos procesos (y otros de los que hablaremos en otra ocasión) sean una realidad en el corto-medio plazo.
[1] Hidalgo, D., Sanz-Bedate, S., Martín-Marroquín, J. M., Castro, J., & Antolín, G. (2020). Selective separation of CH4 and CO2 using membrane contactors. Renewable Energy, 150, 935-942.
[2] Elguera, N. M., Salas, M. D. C., Hidalgo, D., Marroquín, J. M., & Antolín, G. (2020). Biometano, el gas verde que pide paso en España. IndustriAmbiente: gestión medioambiental y energética, (30), 50-56.
[3] Hidalgo, D. Martín-Marroquín, J.M. (2020). Power-to-methane, coupling CO2 capture with fuel production: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 132, 110057.
A modo de introducción, conviene destacar que la tecnología blockchain tiene el potencial de transformar el sector energético (y, de hecho, ya ha comenzado a hacerlo). El World Economic Forum ya identificó en 2018 ( en su publicación titualda «Building Block(chain)s for a Better Plannet» (septiembre de 2018) más de 65 casos de uso de aplicación de Blockchain en el sector energético y medioambiental. Estos casos de uso incluyen modelos de negocio para los mercados energéticos, el intercambio de créditos de carbono e incluso la utilización de una cadena de bloques para almacenar la información relativa a certificados energéticos.
El registro distribuido e inmutable que proporciona la tecnología Blockchain permite la compartición de información entre iguales de forma segura y sin la necesidad de intermediarios o entidades centrales que gestionen el intercambio de información. Se trata de una tecnología capaz de transformar completamente muchos procesos en el ámbito de los negocios, la gobernanza y la sociedad, brindando múltiples oportunidades para luchar contra el cambio climático, la pérdida de biodiversidad o la escasez de agua.
Una aplicación muy interesante de blockchain es su utilización en el intercambio de energía entre iguales. Hoy en día, muchos consumidores de energía se han convertido en «prosumidores» (es decir: además de consumir energía pueden también generarla (son capaces de generar energía renovable)). Por ello, y dada la intermitencia y la enorme dificultad de predecir con exactitud la disponibilidad de las energías renovables, los prosumidores pueden decidir instalar dispositivos de almacenamiento para poder almacenar dicha energía y así tenerla disponible cuando la necesiten, e incluso pueden vendérsela a otros consumidores que puedan necesitarla en otro momento. La utilización de Blockchain en este caso es clara: dicha tecnología proporciona un registro distribuido e inmutable de las transacciones realizadas, y elimina la necesidad de entidades centrales que gestionen dichos intercambios. Cuando se plantean estas situaciones, la mayor parte de nosotros pensamos en la energía eléctrica, pero también es posible intercambiar otros tipos de energía, como pueden ser el calor y/o frío residual.
En el ámbito del poyecto SO WHAT, CARTIF ha participado en la definición del modelo de negocio asociado a la utlización de Blockchain para el intercambio de calor y frío residual. Por otra parte, tanto en el proyecto de investigación interno OptiGrid (financiado por el Instituto de Competitividad e Innovación Empresarial (ICE), cuyo objetivo principal era el desarrollo de soluciones innovadoras en el ámbito de las smart grids), como en el proyecto Energy Chain (proyecto financiado también por el ICE y en el cual CARTIF participa en calidad de subcontratado por Alpha Syltec Ingeniería) se ha trabajado y está trabajando en soluciones blockchain para desplegar plataformas de intercambio de energía entre iguales. En el caso del proyecto Energy Chain, los algoritmos de machine learning desarrollados por Alpha Syltec Ingeniería generarán valiosa información sobre predicción de la generación y la demanda que será utilizada como entrada por los contratos inteligentes desplegados en la plataforma blockchain anteriormente mencionada.
Por otra parte, la utilización de Blockchain en el ámbito de las Ciudades Inteligentes o Smart Cities está cada vez más extendido dada su capacidad para transmitir información de forma segura y sin intermediarios. Además de su utilización en el sentido comentado en el párrafo anterior, blockchain puede impulsar la utilización del vehículo eléctrico, puede utilizarse como soporte a la participación ciudadana (incrementando la seguridad, transparencia y fiabilidad en las consultas a la población tales como elecciones, encuestas, referéndums…)
También existen iniciativas que ayudan a las entidades (o incluso a particulares) a compensar su huella de carbono invirtiendo en proyectos de descarbonización, y muchas de ellas utilizan la tecnología blockchain para dotar de una mayor seguridad y transparencia a sus operaciones. Este es el caso de ClimateTrade, cuyo principal objetivo es ayudar a las empresas a alcanzar la neutralidad de carbono ofreciéndoles su servicio de compensación de emisiones.
Otra iniciativa muy interesante es la utilización de blockchain para resolver el problema de la garantía de origen (GdO), que actualmente únicamente puede realizarse mediante acreditación por parte de un tercero que asegurará que un número, X, del total de megavatios-hora de energía eléctrica producidos em una central en un periodo temporal determinado han sido generados a través de fuentes de energía renovables. Utilizando acreditación, lo cual reduce costes y tiempos de espera.
Ciudades como Nueva York y estados como Virginia Occidental han utilizado blockchain para realizar intercambio de energía o para votar utilizando el móvil, Estonia lo está utilizando para la gestión de datos personales, y el Smart City Program de Dubái contempla más de 500 proyectos blockchain que cambiarán la forma de interactuar con la ciudad. Block chain es ya una realidad, y ha venido para quedarse.
La mayoría de usuarios llevamos consumiendo electricidad de la misma forma toda la vida. Simplemente sabemos que podemos enchufar el dispositivo eléctrico que queramos en cualquier instante, y que, a cambio, a final de mes nos llega una factura (para muchos, más difícil de entender que un jeroglífico egipcio, por cierto). Pero este modo de consumir electricidad puede cambiar muy pronto (si no lo ha hecho ya). Desde hace no mucho, podemos contribuir con nuestra propia energía a la red sin muchas complicaciones, decidir cuál es el mejor momento para consumir, o asociarnos con otros usuarios para beneficiarnos mutuamente…o todo al mismo tiempo.
Dicho de otra forma, se está pasando de un modelo en el que el usuario tenía un rol meramente pasivo, a otro totalmente distinto, donde el usuario puede tener una participación activa en la producción, gestión y consumo de electricidad. Para este cambio de paradigma, ha surgido una nueva palabra que probablemente cada vez escuchemos más, como resultado de combinar productor y consumidor: prosumidor.
Y es que, aunque ahora el concepto de prosumidor es más amplio, originalmente (y todavía mayoritariamente) se refiere a aquel usuario que produce su propia energía para su autoconsumo, y vierte los excedentes a la red eléctrica. De esta forma, no sólo se puede consumir menos de la red, sino que también se aporta nuestra electricidad al sistema principal, y contribuimos a alcanzar un modelo más sostenible a la vez que podemos reducir nuestra factura.
Dado el auge de las instalaciones de generación distribuida para autoconsumo impulsadas en gran medida por la publicación del RD 244/2019, no es de extrañar que este tipo de prosumidor sea de lo más habitual. Sin embargo, las opciones para los prosumidores son cada vez más variadas, y no sólo se limitan a instalar paneles solares en nuestro tejado.
Por poner un ejemplo, se puede considerar también la interacción de forma más proactiva con la red mediante la combinación de un consumo consciente de electricidad con lastarifas eléctricas dependientes del precio del mercado(tarifas indexadas al pool-el mercado horario- o las llamadas tarifas PVPC-Precio Voluntario del Pequeño Consumidor, para usuarios con una potencia contratada menor a 10kW). Con este tipo de tarifas, cada día se puede conocer el precio horario de la electricidad del día siguiente, de manera que, si hoy nos dicen que mañana por la mañana el precio de la electricidad va a costar una octava parte de loq ue nos cuesta ahora mismo (como ocurrió hace unos días), podemos decidir si preferimos no poner hoy ciertos electrodomésticos (lavadora, secadora, lavavajillas, en el caso de los consumidores residenciales), y ponerlos mañana, ahorrándonos un pellizquito por el término de energía asociada a sus consumos.
Pero, ¿ y qué ocurre cuando apenas hay sol o viento, y los precios del mercado eléctrico se disparan a máximos históricos, como se dio hace unas semanas durante la borrasca Filomena? En el caso anterior, básicamente tendríamos que «aguantar el chaparrón» (nunca mejor dicho), y pagarlo a final de mes. Sin embargo, si dispusiéramos de soluciones de almacenamiento de energía, podríamos evitar este tipo de situaciones, y en general podríamos reducir nuestros consumos de la red durante períodos en los que el precio de la energía es alto (conocidos como períodos pico). Esta alternativa de prosumidor es también muy sencilla: por las noches o por las mañanas, cuando la electricidad es más barata, podríamos programar la carga de nuestros equipos de almacenamiento de energía (baterías eléctricas, incluido nuestro propio vehículo eléctrico, pero también sistemas térmicos o termoeléctricos), de manera que, cuando subiera el precio de la electricidad, no tendríamos que pagar sus desorbitados costes, sino que podríamos utilizar nuestra energía almacenada.
Precisamente, esta combinación de opciones de prosumidor -instalación de un sistema de producción renovable, almacenamiento, tarifas dinámicas y gestión activa de nuestra demanda-, es parte del estudio que se está considerando en elproyecto MiniStor, donde CARTIF participa desde hace algo más de un año. En él, se está desarrollando un sistema de almacenamiento termoeléctrico que integra baterías de litio, materiales de cambio de fase y un reactor termoquímico, combinado con paneles solares híbridos que producen tanto calor como electricidad, y una gestión energética óptima, teniendo en cuenta tanto la predicción de nuestro consumo, como la producción de nuestra instalación y el coste de la electricidad. Un reto interesantísimo del que podremos contaros pronto nuestros primeros resultados.
Como hemos visto, las opciones de participación de los prosumidores van mucho más allá de tener nuestra propia instalación de autoconsumo (que no es poco), y, aunque esta vez hemos presentado unas pocas, las alternativas donde este actor tiene un papel fundamental son casi infinitas (agregadores de la demanda, integración del blockchain, microrredes, Comunidades Energéticas…) Seguramente, dentro de poco tiempo surgirán otras que ahora mismo no somos capaces de imaginar. Lo que queda claro, es que el peso de los prosumidores ya se considera determinante, nos encontramos al principio de lo que puede ser un auténtico cambio de paradigma del sector energético, y desde CARTIF estamos a pie de pista para ser líderes en esta revolución.
Como ya sabrás, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (principalmente dióxido de carbono y metano) como consecuencia de la actividad humana es una de las principales causas del ritmo más acelerado del cambio climático en las últimas décadas. Y entre la amplia gama de causas, los turismos son una de las principales fuentes de emisiones de CO2, representando un 12% de las emisiones totales (Comisión Europea).
Por este motivo, la Unión Europea viene adoptando medidas cada vez más estrictas para regular los niveles de emisiones. En 2015, se estableció un límite de 130 gramos de CO2 / km. Además, para 2021 se prevé fijar un objetivo más ambicioso en 95 gramos de CO2 / km.
En este contexto, los fabricantes de automóviles se han visto obligados a reducir el consumo de combustible (o aumentar la autonomía en los vehículos eléctricos) y las emisiones en sus modelos de gasolina y diésel. ¿Cómo pueden hacer eso los fabricantes de automóviles? Además de diseñar motores más eficientes, la estrategia principal es el aligeramiento. Esta técnica consiste en reducir el peso del coche sustituyendo los materiales más pesados (es decir, el acero) por otros más ligeros como el plástico o los composites.
Sin embargo, actualmente la mala gestión y el mal uso de los plásticos en lugar del material en sí es uno de los principales problemas ambientales, ya que 8 millones de toneladas de los 300 millones de toneladas de plástico que se producen anualmente terminan en el océano (según datos de International Unión para la Conservación de la Naturaleza). Entonces parece que aumentar el uso de plásticos en los automóviles no parece una solución ideal, ¿verdad? Bueno, ¿qué tal si se utiliza un material alternativo con un rendimiento similar o incluso mejor que los plásticos convencionales y una huella medioambiental reducida? No parece una tarea fácil, aunque los bioplásticos pueden ser parte de la respuesta.
¿Qué son los bioplásticos y por qué parecen estar tan de moda hoy en día? Según European Bioplastics, se trata de un conjunto heterogéneo de materiales con diferentes propiedades y aplicaciones que pueden ser de base biológica, biodegradables o ambos.
En otras palabras, los bioplásticos, al ser de base biológica, su uso reduce potencialmente el consumo de combustibles fósiles mientras que su biodegradabilidad amplía las posibilidades de tratamiento en la etapa final de su vida útil. Como resultado, estos materiales podrían lograr la combinación deseada de rendimiento y sostenibilidad..
De eso se trata el proyecto BIOMOTIVE. Intenta desarrollar materiales (fibras textiles, espumas de poliuretano para asientos de automóviles y otras piezas a base de poliuretano para el interior de automóviles) a partir de fuentes de origen biológico que combinan buenas propiedades técnicas con un impacto ambiental reducido. Partiendo de materias primas renovables como biomasa forestal y aceites vegetales que no compiten con la cadena alimentaria, se espera producir a escala industrial productos con hasta un 80% de contenido de base biológica.
El proyecto ha recibido financiación del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea y reúne a empresas e instituciones privadas europeas que comparten el ideal de reducir el impacto de la industria allanando el camino hacia una economía más sostenible.
El papel de CARTIF en el proyecto es realizar la evaluación de la sostenibilidad de los productos finales, ya que el prefijo «bio» no significa necesariamente que un producto sea mejor para el medio ambiente que su contraparte de origen fósil. Para determinar que con base científica, es importante evaluar los impactos del producto a lo largo de todo su ciclo de vida (es decir, desde la extracción de las materias primas hasta el final de su vida útil) considerando no solo los impactos ambientales, sino también sociales y aspectos económicos.
Entonces, la próxima vez que sostenga un objeto de plástico, antes de tirarlo, vale la pena considerar de dónde vino y adónde irá.
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.
