En los últimos años, la matriz energética europea ha experimentado importantes cambios en su composición, cobrando un gran protagonismo las energías renovables, impulsadas tanto por los objetivos de descarbonización y transición energética como por la necesidad de diversificar las fuentes energéticas.
De este modo, los gases renovables como el biogás y el biometano están ganando relevancia debido a su versatilidad y compatibilidad con las infraestructuras existentes, posicionándose como elementos clave en los esfuerzos de descarbonización en los próximos años. Estos gases ofrecen una solución energética local, fomentando la economía circular de los países y su independencia energética.
Biogás: Transformando residuos orgánicos en energía
El biogás es el resultado de la degradación de materia orgánica, como residuos agroalimentarios o sólidos urbanos, mediante un proceso llamado digestión anaerobia o biometanización.
Durante este proceso, distintos microorganismos descomponen los desechos en una atmósfera libre de oxígeno, generando una mezcla de gases, principalmente metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), con pequeñas cantidades de otros gases como vapor de agua (H2O), sulfuro de hidrógeno (H2S), monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2).
En términos energéticos, el componente de interés es el metano, ya que el resto o no son combustibles o se encuentran en proporciones muy bajas para aportar cantidades significativas de energía. El biogás puede usarse para la generación de energía eléctrica y térmica mientras que el biometano puede sustituir al gas natural en procesos industriales y como combustible.
Figura 1. Infografía sobre el biogás.
Dentro de una instalación de producción de biogás, la digestión anaerobia tiene lugar en reactores químicos conocidos como biodigestores. Para el diseño de estos es necesario tener en cuenta que la digestión tiene lugar en 4 etapas distintas:
- Hidrólisis: Fraccionamiento de moléculas grandes como proteínas o grasas en compuestos simples. Permite que los compuestos orgánicos se solubilicen en agua y puedan ser empleados en las siguientes etapas por otros microorganismos.
- Acidogénesis: Los compuestos simples se convierten en ácidos orgánicos y CO₂.
- Acetogénesis: Los ácidos orgánicos se transforman en acetato, CO₂ y H₂.
- Metanogénesis: En esta fase final, el ácido acético, el dióxido de carbono y el hidrógeno son transformados por las bacterias metanogénicas en metano.
Conocer estas reacciones es imprescindible para optimizar las condiciones del proceso, ya que las bacterias encargadas de cada una de las fases necesitan condiciones de temperatura y pH distintas, pudiendo llegar a competir entre ellas e incluso inhibir ciertas reacciones, lo que reduce la producción de metano
Las bacterias encargadas de la hidrólisis/acidogénesis requieren temperaturas entre los 25 y los 35 ºC y pH entre 5,2 y 6,3. Por su parte, la acetogénesis/metanogénesis es algo más compleja. Se pueden tener organismos mesofílicos, que sobreviven a temperaturas de entre 30 y 40 ºC mientras que los termofílicos necesitan entre 50 y 60 ºC. A pesar de que los termofílicos son más rápidos y eficientes, se suele operar con organismos mesofílicos, ya que la reacción es más estable y económica.
Por su lado, el biometano se obtiene tras un proceso de purificación del biogás llamado upgrading que elimina compuestos no deseados y eleva el contenido porcentual de metano a niveles comparables con el gas natural, permitiendo su inyección en la red de gasista y su uso en la infraestructura ya existente.
Figura 2. Esquema funcionamiento biodigestor.
El potencial de los gases renovables.
La Comisión Europea ha establecido un objetivo de producir 35.000 millones de metros cúbicos de biometano para 2030, 18.000 millones más que el plan «Fit for 55», que establece una reducción de los gases de efecto invernadero (GEI) del 55% para ese mismo año. Para lograrlo, varios países europeos han fijado un consumo mínimo de biometano del 10%, con países como Francia y Dinamarca alcanzando hasta un 20% y un 75%, respectivamente. La producción de biogás y biometano ha aumentado rápidamente, con Alemania, Francia y Dinamarca liderando la generación de biometano. España presenta una enorme perspectiva de crecimiento en este sector, estimándose un posible potencial de producción de más de 100 TWh anuales, presentando grandes oportunidades de inversión y desarrollo de proyectos [3]. En el año 2024, el número de plantas de biometanización alcanzó la cifra de 1548, elevando la producción de biogás y biometano a 22 bcm (billion cubic meters).
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El desarrollo de proyectos de biogás y biometano exige un enfoque integral que combine conocimientos técnicos y herramientas específicas, destacando la importancia de adaptar software de otras industrias y crear herramientas propias para diseñar plantas eficientes y sostenibles.
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En CADE hemos desarrollado herramientas propias basadas en datos obtenidos tanto de plantas existentes, como en los últimos artículos científicos publicados sobre el sector. Esta herramienta permite modelar procesos de generación de biogás a partir de residuos orgánicos, optimizar FEEDs y evaluar el rendimiento de las instalaciones de manera rápida y simple, acelerando las etapas iniciales de nuestros proyectos, lo que permite tomar decisiones más informadas y rentables desde las primeras fases de estos.
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