En la búsqueda de soluciones frente al cambio climático y la creciente demanda energética global, el biogás y el biometano emergen como una de las alternativas más prometedoras en el ámbito de las energías renovables.
Su producción a partir de residuos agrícolas, residuos municipales, lodos de depuradora y otras fuentes de materia orgánica, no solo contribuye a la gestión eficiente de estos residuos, sino que también reduce la dependencia de combustibles fósiles y las emisiones asociadas a su combustión.
El biogás es una mezcla rica en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), resultado de la descomposición de materiales orgánicos en ausencia de oxígeno tras un proceso conocido como digestión anaeróbica.
Esta mezcla también puede contener trazas de otros gases como el hidrógeno sulfuroso (H2S), amoníaco (NH3), vapor de agua y siloxanos.
El contenido energético del biogás proviene principalmente del metano, el cual permite su combustión y utilización como fuente de energía.
El biometano, por otro lado, es el producto de la purificación del biogás, donde se eliminan los componentes no deseados, concentrando el metano hasta niveles que lo hacen asimilable al gas natural.
Esta conversión mejora la calidad y el poder calorífico del gas, permitiendo su inyección en las red de gas natural o su uso como combustible para el transporte, entre otros usos.
La amplia variedad de usos del biometano lo posiciona como un recurso valioso para la descarbonización de diversos sectores, incluyendo el transporte, la industria y la generación de calor y electricidad para uso doméstico e industrial.
En este escenario, la tecnología juega un papel crucial con constantes innovaciones en la producción y purificación del biogás que buscan maximizar la eficiencia y la sostenibilidad del proceso.
Estas innovaciones no solo abren nuevas vías para la expansión de la bioenergía, sino que también fortalecen la resiliencia de los sistemas energéticos frente a los desafíos del cambio climático.
Mejoras de la eficiencia en la producción de biogás
La producción de biogás a través de la digestión anaeróbica implica varias etapas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Algunas innovaciones como el pretratamiento de sustratos, la co-digestión de diferentes tipos de residuos o la optimización de los consorcios microbianos han logrado mejoras significativas en la eficiencia de producción de este gas renovable.
Selección y pretratamiento de sustratos
La elección del sustrato es fundamental para la eficiencia del proceso de digestión anaeróbica. Los materiales ricos en energía, tales como residuos alimentarios, estiércol y residuos agrícolas, ofrecen un mejor rendimiento en la producción de biogás.
Sin embargo, la complejidad y la diversidad de estos materiales pueden requerir pretratamientos específicos para hacer accesibles sus componentes energéticos a los microorganismos.
Técnicas como la hidrólisis térmica, la trituración mecánica y los tratamientos químicos y enzimáticos se utilizan para descomponer estructuras complejas, aumentando la disponibilidad de sustratos para la digestión anaeróbica.
Co-digestión de residuos orgánicos
La co-digestión de diferentes tipos de residuos orgánicos ha demostrado ser una estrategia efectiva para equilibrar la nutrición de los microorganismos y mejorar la estabilidad del proceso.
La combinación de diferentes tipos de residuos puede ajustar la relación carbono/nitrógeno, proporcionando un ambiente más favorable para los microorganismos y, por lo tanto, aumentando la producción de biogás.
Optimización de la digestión anaeróbica
La eficiencia de conversión del residuo orgánico en biogás puede mejorarse mediante la optimización de las condiciones operativas del digestor, como la temperatura, el pH y la retención de sólidos.
La digestión termofílica (a temperaturas más altas) puede aumentar la tasa de degradación y la producción de biogás, aunque requiere un control más estricto para evitar inhibiciones.
Alternativamente, la digestión mesofílica ofrece estabilidad y es más tolerante a fluctuaciones en la composición del sustrato.
Bioaumentación
La bioaumentación, o la adición de cultivos microbianos específicos al digestor, es otra estrategia prometedora para mejorar la producción de biogás.
Mediante la introducción de cepas microbianas seleccionadas por su capacidad para degradar componentes difíciles o para incrementar la velocidad de producción de metano es posible superar las limitaciones biológicas del proceso de digestión anaeróbica.
La investigación en ingeniería genética y biología sintética abre nuevas vías para diseñar microorganismos con capacidades mejoradas de degradación o producción de metano, prometiendo futuras innovaciones en la eficiencia de la producción de biogás.
Avances tecnológicos en monitorización y control
Los avances en la monitorización y control del proceso, incluyendo sensores en línea y sistemas de control automatizados, permiten ajustes en tiempo real de las condiciones, asegurando operaciones óptimas y maximizando la producción de biogás.
Estas mejoras en la producción de biogás no solo aumentan el rendimiento energético obtenido de los residuos orgánicos, sino que también contribuyen a la sostenibilidad del proceso.
Avances en la purificación del biogás a biometano
La purificación del biogás para obtener biometano de alta calidad es un paso crucial para su uso eficiente como combustible o para su inyección en la red de gas natural.
Este proceso implica la eliminación de impurezas como el dióxido de carbono (CO2), el sulfuro de hidrógeno (H2S), los vapores de agua y los siloxanos.
Los avances tecnológicos en este campo están enfocados en mejorar la eficiencia, reducir los costes y minimizar el impacto ambiental de la purificación del biogás.
Tecnologías de separación por membrana
Las membranas ofrecen una solución eficiente y económica para la separación de dióxido de carbono (CO2 y metano (CH4), aprovechando las diferencias en la permeabilidad de los gases.
Los avances recientes han mejorado significativamente su selectividad y resistencia, reduciendo el coste operativo y aumentando la pureza del biometano producido.
Además, se están desarrollando membranas con mayor resistencia a contaminantes, lo que prolonga su vida útil y disminuye la necesidad de mantenimiento.
Adsorción por cambio de presión (PSA)
La tecnología PSA es ampliamente utilizada para la purificación del biogás debido a su simplicidad y eficacia en la separación de gases.
La innovación en materiales adsorbentes ha mejorado su capacidad para capturar CO2 y H2S, aumentando la eficiencia del proceso y la calidad del biometano obtenido.
Los sistemas PSA de nueva generación ofrecen mayor flexibilidad operativa y se adaptan mejor a las variaciones en la composición del biogás, lo que permite un ajuste más eficiente a las necesidades específicas de cada planta.
Lavado con agua a presión y absorción química
El lavado con agua a presión sigue siendo una técnica efectiva para la eliminación de CO2, aprovechando su mayor solubilidad en agua en comparación con el metano.
Las mejoras en el diseño de los sistemas de lavado y en los procesos de reciclaje del agua utilizada han incrementado la eficiencia y reducido el consumo de agua y energía.
Por otro lado, la absorción química, utilizando aminas u otros solventes, se ha optimizado para ofrecer una eliminación más eficaz de CO2 y H2S, con desarrollos recientes centrados en solventes regenerables y de menor impacto ambiental.
Separación criogénica
La separación criogénica, que involucra la licuefacción de gases a bajas temperaturas, se está explorando como método para obtener biometano de alta pureza.
Aunque tradicionalmente su coste ha sido mayor, la investigación en eficiencia energética e integración de procesos está ayudando a reducir los costes operativos y de capital, haciendo de la criogenia una opción más viable para ciertas aplicaciones.
Innovaciones en la bioaumentación y la biotecnología
La bioaumentación, que implica el uso de microorganismos especializados para la transformación selectiva de componentes del biogás, está emergiendo como una estrategia prometedora para la purificación in situ. Paralelamente, los avances en biotecnología y en el diseño de microorganismos mediante ingeniería genética están abriendo nuevas posibilidades para la captura y conversión biológica de impurezas en subproductos valiosos.
Impacto de las innovaciones en la producción y purificación del biogás
Todas estas innovaciones en la tecnología del biogás y biometano buscan la optimización de los procesos, junto a una mayor sostenibilidad, minimizando el consumo de recursos y la generación de residuos.
La implementación de estas innovaciones mejora la eficiencia energética y contribuye a la gestión de residuos y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
Un ejemplo de esto lo tenemos en el proyecto europeo LIFE BIOGASNET, que ha desarrollado una tecnología para mejorar la desulfuración del biogás producido en plantas de tratamiento de residuos y depuradoras de aguas residuales, con el fin de obtener un biogás de mayor calidad, reducir la huella de carbono del ciclo de la energía y promover la economía circular.
A medida que estas tecnologías maduran y se implementan a mayor escala, el biogás y el biometano se consolidarán como pilares de un sistema energético renovable, resiliente y sostenible.
La transición hacia fuentes de energía limpia es imprescindible en la lucha contra el cambio climático. La inversión en investigación y desarrollo, junto con políticas de apoyo, será fundamental para superar los desafíos técnicos y económicos, asegurando que el biogás y el biometano jueguen un papel protagonista en el panorama energético mundial.
