Autor: Dr. Carlos Rodríguez Rubio

Introducción

El biometano es un gas renovable con un alto contenido de metano, producido mediante la depuración del biogás generado en procesos de digestión anaerobia de residuos orgánicos. Al ser un combustible limpio y renovable, el biometano se ha convertido en una solución sostenible para mitigar el cambio climático y reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

Existen diversas formas de emplear el biogás como recurso energético, las cuales dependen de factores técnicos, económicos y legislativos. Este proyecto se focalizará en la utilización del biogás para la producción de biometano, que representa uno de los métodos más económicos en la actualidad. Los principales países que emplean biogás para producir biometano se encuentran en Europa: Alemania y Suecia.

El biometano no es más que el biogás, procedente de vertederos o de otras fuentes, sometido a un proceso llamado valorización, mediante el cual se separan los componentes no deseados y se adecúa su composición a los estándares marcados por la legislación correspondiente a la aplicación a la que se destine este gas. Principalmente existen tres aplicaciones finales del biometano: pueden emplearse directamente para la generación energética, puede emplearse como combustible para vehículos, en forma de gas natural comprimido (GNC), o bien puede suministrarse a la red de gas como un sustituto del gas natural (SGN). Actualmente, en Europa, en torno al 65% de las plantas de valorización de biogás se dedican a producir gas para suministrarlo a la red de gas natural, mientras que un 35% produce biometano para producir GNC como combustible para vehículos (Niesner, Jecha, & Stehlík, 2013).

El biogás que se trata, es producido por bacterias debido a la digestión anaerobia de distintos sustratos. Estos sustratos pueden ser residuos biológicos y cultivos energéticos, lodos de aguas residuales o gases de vertederos. En Europa, en torno al 65% de las plantas de biometano emplean cultivos energéticos y residuos biológicos como sustrato y el 30% emplea lodos de aguas residuales, mientras que el 5% emplea gases de vertederos como sustrato.

Para transformar el biogás en biometano, este gas debe pasar por dos etapas: una primera etapa de limpieza, donde se elimina el agua, H2S y las partículas sólidas, y una segunda etapa llamada etapa de valorización, donde se elimina el CO2 del biogás, con el fin de separarlo del metano.

El biometano fue descubierto como parte del estudio del gas inflamable que se produce durante la descomposición de materia orgánica. En 1776, Alessandro Volta, el físico italiano conocido por sus investigaciones sobre electricidad, observó que los gases inflamables presentes en pantanos provenían de este proceso de descomposición. Volta descubrió que estos gases, como el metano, eran el resultado de la descomposición de material orgánico bajo condiciones anaeróbicas, lo que sentó las bases para la investigación del biometano como combustible renovable. Volta mismo escribió sobre este descubrimiento en su correspondencia científica, destacando la inflamabilidad del gas producido (Vochozka et al., 2017).

A principios del siglo XIX, Sir Humphry Davy, un químico británico, realizó experimentos que demostraron que el estiércol animal generaba gases similares, especialmente metano, durante su descomposición (Wellinger et al., 2013). Esto llevó a una mayor comprensión de la digestión anaerobia y de los procesos biológicos que generan metano, que luego se denominó biometano cuando se optimizó su producción a partir de residuos orgánicos para aplicaciones energéticas.

Producción del Biometano

El biometano se obtiene a partir del biogás, que es una mezcla de gases producida por la descomposición anaerobia de residuos orgánicos como residuos sólidos urbanos, lodos de depuradoras, estiércol animal y residuos agrícolas. El biogás está compuesto principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), junto con otros gases en menor proporción. Para convertir el biogás en biometano, es necesario someterlo a un proceso de purificación o enriquecimiento que elimine impurezas como el CO2, el vapor de agua, el sulfuro de hidrógeno (H2S) y otras trazas de gases.

La producción de biometano es un proceso que implica la conversión de materia orgánica en gas metano (CH₄) a través de la digestión anaeróbica, un proceso biológico en ausencia de oxígeno. Los principales residuos utilizados son residuos sólidos urbanos (RSU), residuos agrícolas, estiércol y aguas residuales. A continuación, se describe el proceso en detalle: La materia prima, como los RSU o desechos agrícolas, primero se recoge y, en algunos casos, se somete a un pretratamiento para eliminar contaminantes no deseados (Venkatesh, et al., 2017). Este paso puede incluir trituración, homogeneización y eliminación de materiales como plásticos o metales.

Utilización del Biometano

El biometano puede utilizarse de manera similar al gas natural, ya sea para la generación de electricidad, como combustible para vehículos o para la calefacción. Una de las principales ventajas es que es un combustible renovable y contribuye a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. (European Biogas Association, 2019).

Aplicaciones del Biometano

El biometano puede ser utilizado de manera similar al gas natural convencional, pero con la ventaja de ser una fuente de energía renovable y con bajas emisiones de carbono.

El biometano puede ser utilizado como combustible en vehículos de gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL). Esto es particularmente útil para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en el sector del transporte, que es uno de los mayores contribuyentes a las emisiones de carbono.

Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), el biometano puede reducir hasta un 80% las emisiones de CO2 en comparación con los combustibles fósiles tradicionales (IRENA, 2020).           

En plantas de cogeneración, el biometano puede ser utilizado para generar electricidad y calor, mejorando la eficiencia energética y reduciendo el uso de combustibles fósiles en las redes de electricidad.

El biometano puede ser inyectado directamente en las redes de gas natural, permitiendo una integración sencilla con las infraestructuras existentes. Esto lo convierte en una opción ideal para áreas urbanas con sistemas de distribución de gas           

Al igual que el gas natural, el biometano puede ser utilizado para calefacción y procesos industriales que requieren calor, como la producción de cemento y acero.

A pesar de sus numerosos beneficios, la producción y uso del biometano enfrentan ciertos desafíos:

El costo de producción del biometano es actualmente más alto que el del gas natural fósil debido a los procesos de depuración y la inversión en infraestructura. Sin embargo, con el avance tecnológico y las políticas de apoyo gubernamentales, se espera que los costos disminuyan.

En muchos países, la infraestructura para la producción, almacenamiento y distribución del biometano está en desarrollo. La integración del biometano en las redes de gas natural es una oportunidad clave para su expansión, pero requiere de inversiones importantes.

El biometano compite con otros biocombustibles como el bioetanol y el biodiésel. Sin embargo, su capacidad para integrarse fácilmente en infraestructuras existentes lo posiciona favorablemente en mercados donde la transición hacia fuentes de energía renovable está en marcha.

Conclusión:

El biometano representa una solución energética sostenible con múltiples beneficios tanto ambientales como económicos. Su capacidad para aprovechar residuos orgánicos y generar energía limpia lo convierte en un componente clave para la transición hacia una economía baja en carbono. Si bien enfrenta desafíos en cuanto a costos y desarrollo de infraestructura, el apoyo de políticas públicas y el avance tecnológico pueden catalizar su adopción a gran escala, contribuyendo significativamente a los objetivos globales de reducción de emisiones de carbono y mitigación del cambio climático.

Referencias Bibliográficas:

• Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA). (2020). Biogas for Road Vehicles: Technology Brief. Recuperado de: irena.org
• European Biogas Association. (2020). The Potential of Biogas and Biomethane in the EU. Bruselas: European Biogas Association.
• Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2014). Fifth Assessment Report: Climate Change 2014.
• Niesner, Jecha, & Stehlík, 2013
• Venkatesh, G., Brattebø, H., & Hammervold, J. (2017). Urban metabolism of consumer services. Journal of Industrial Ecology, 21(5), 1212-1225.
• Pöschl, M., Ward, S., & Owende, P. (2010). Evaluation of energy efficiency of various biogas production and utilization pathways. Applied Energy, 87(11), 3305-3321.
• Clements, R., Miller, S., & Shaffer, A. (2020). Biogas upgrading techniques: Evaluating potential for biogas market expansion. Renewable Energy Reviews, 130, 109915.
• European Biogas Association. (2019). Biomethane in the energy transition: A summary of current and future potential.

Artículo elaborado por:
Dr. Carlos Rodriguez Rubio
Tijuana, B.C., Mexico
ofita1@yahoo.com.mx