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La produzione di biometano rappresenta un’importante soluzione per l’economia circolare e la transizione energetica, incluso il discusso processo di decarbonizzazione. Per produrlo, il biogas generato dalle biomasse organiche deve subire un processo di purificazione dai contaminati in esso contenuto, altresì conosciuto col nome di upgrading. Esistono diverse tecnologie impiegate nella produzione di biometano, ognuna con caratteristiche specifiche e un determinato impatto sull’ambiente.

Le principali tipologie di impianti di purificazione e upgrading sono riconducibili all’adsorbimento a pressione oscillante (PSA), al lavaggio ad acqua sotto pressione (Pressure Water Scrubbing), al lavaggio chimico (MEA, DMEA), al lavaggio fisico con solventi organici ed ai diffusi metodi di separazione tramite membrane.

PSA

Il PSA si basa sul principio dell’adsorbimento selettivo dei gas, sfruttando la capacità di determinati materiali adsorbenti, come il carbonio attivo o le zeoliti, di trattenere specifici componenti presenti nel biogas. Durante il processo di PSA, il biogas viene fatto passare attraverso uno o più letti di adsorbente. Mentre alcune impurità, come l’acqua e l’anidride carbonica, vengono trattenute dall’adsorbente, il metano puro viene lasciato passare e raccolto come biometano.

MEA, DMEA

Le tecniche MEA (Monoetanolammina) e DMEA (Dimetiletanolammina) sono utilizzate nella produzione di biometano per rimuovere l’anidride carbonica (CO2) presente nel biogas. Queste tecniche, note come processi di assorbimento chimico, possono adattarsi a diverse condizioni operative, garantendo una purificazione efficace anche in presenza di fluttuazioni nel contenuto di CO2 nel biogas di alimentazione. Tuttavia, è importante considerare alcuni aspetti critici legati al loro utilizzo, come la corrosività e la tossicità degli assorbitori chimici usati. Sono infatti necessarie precauzioni appropriate per garantire la sicurezza degli operatori e la protezione dell’ambiente durante la gestione di tali sostanze chimiche.

Lavaggio fisico con solventi organici

Secondo questa tecnica, il biogas viene fatto passare attraverso una colonna di solvente organico selezionato, come l’etanolo o il metanolo. Durante il processo, il solvente assorbe selettivamente le impurità come la CO2 e l’acqua presenti nel biogas. Il risultato è un biometano purificato, con un contenuto di CO2 e umidità inferiore ai requisiti richiesti. Un vantaggio del lavaggio fisico con solventi organici è la possibilità di regolare il processo in base alle condizioni specifiche. È possibile controllare la temperatura, la pressione e la composizione del solvente, nonché di riutilizzare il solvente organico adoperato per ottimizzare l’efficienza  e i costi operativi del processo.

PWS

Una delle tecniche più efficaci ed efficienti, non solo a livello di costi ma anche di impatto ambientale, è il lavaggio ad acqua sotto pressione (Pressure water scrubbing). Durante questo processo, il biogas viene fatto passare attraverso una colonna d’acqua (colonna di lavaggio), dove il liquido assorbe impurità quali NH3, H2S, CO2 e CH4. Il risultato è un biometano con un contenuto di metano superiore al 98%.

L’importanza del lavaggio ad acqua sotto pressione nel processo di upgrading del biogas è fondamentale per la rimozione di quegli elementi che potrebbero danneggiare gli impianti e i motori che utilizzano il biometano. 

Il lavaggio ad acqua sotto pressione offre numerosi vantaggi rispetto ad altre tecniche di upgrading del biogas: un processo semplice, che non comporta eccessive manutenzioni e  con un’efficienza di rimozione delle impurità superiore al 99%. L’acqua utilizzata nel processo può essere poi facilmente rigenerata e riutilizzata, rendendo il lavaggio ad acqua sotto pressione una soluzione sostenibile.

CMA sostiene e promuove il PWS come principale tecnica di upgrading del biogas, efficiente ed efficace per ottenere un biometano di qualità elevata a costi ridotti e riducendo l’impatto sull’ambiente.

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El proceso de purificación del biogás no se limita a separar el metano del dióxido de carbono, sino que incluye una serie de procesos para eliminar impurezas y productos indeseables como el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y compuestos orgánicos volátiles (COV) como siloxanos y terpenos, estos últimos presentes principalmente en el gas de fermentación.

Dentro de lavalorización -el proceso que conduce a la obtención de biometano a partir del biogás-, uno de los principales protagonistas para quienes adoptan la tecnología de membranas es, sin duda, el carbón activado. Para convertirse en tal, el carbón de origen vegetal o mineral se somete a un proceso de activación -realizado en hornos especiales con vapor a alta temperatura- que provoca la formación de diminutos conductos dentro de los gránulos de carbón (microporos) y cuya presencia determina su actividad.

Gracias a su alto poder de adsorción, el carbón activado es capaz de retener en su porosidad determinados tipos de moléculas, y se utiliza en el proceso de purificación del biogás tanto para eliminar contaminantes como para tratar olores.

El carbón activado también puede utilizarse impregnado con otros productos químicos que mejoran el rendimiento, o no impregnado (especialmente en la eliminación de terpenos); lo importante es elegir el tipo de carbón activado en función de la concentración y la naturaleza de cada contaminante en el biogás.

Carbón activado en el proceso de mejora: por qué evitarlo

Aunque la filtración a través de carbón activado puede parecer necesaria dentro del proceso de mejora para obtener biometano, no siempre es el método más adecuado ni el más rentable.

En el caso de concentraciones elevadas de H₂S o COV, la acción filtrante del carbón activado no será suficiente para eliminar los contaminantes y deberá combinarse con otras tecnologías, como la depuración.

El coste del mantenimiento que hay que realizar regularmente en los filtros (limpieza, sustitución, etc.) es entonces bastante elevado. Por lo tanto, con vistas a reducir costes y optimizar los procesos haciéndolos más eficientes y sostenibles, la eliminación de la fase de pretratamiento mediante carbón activado se convierte en una necesidad.

No sólo la empresa, sino también el medio ambiente se beneficiarán de la exclusión del carbón activado del proceso de mejora. Por ello, CMA ha optado por evitar el uso de carbón activo en el pretratamiento, ofreciendo a sus clientes una tecnología que preserva el medio ambiente y reduce los costes de mantenimiento: PWS.

¿Desea más información sobre el proceso de mejora aplicado por CMA? Consulte nuestro artículo dedicado.

El proceso de mejora -centrado en la purificación del biogás para convertirlo en biometano- puede explotar distintas tecnologías para lograr el objetivo. En uno de nuestros artículos anteriores se ofrecía una visión general de los mismos, describiendo rápidamente sus ventajas e inconvenientes.

La tecnología más popular, que también utiliza CMA por sus numerosas ventajas sobre otras técnicas de mejora del biogás, se denomina depuración con agua a presión (PWS).

Veamos sus principios básicos, componentes y características.

Fregado con agua a presión

El lavado con agua a presión es un método que aprovecha la mayor solubilidad del CO2 en comparación con el CH4, especialmente a bajas temperaturas. Este principio subyace en las plantas PWS, que son similares a las plantas de lavado químico y físico con disolventes orgánicos, pero utilizan un material diferente para absorber el CO2.

En el caso de las plantas PWS, el gas no purificado pasa por una columna de tratamiento llena de cuerpos de relleno de PVC cuya función es aumentar la superficie de contacto entre el gas y el líquido. Dentro de esta columna, el gas entra en contacto con una corriente de agua que fluye en sentido contrario. De este modo, el líquido que sale de la columna será rico en CO2, mientras que el gas que sale estará formado principalmente por CH4.

Esta configuración permite separar eficazmente el CO2 del gas bruto, garantizando un gas purificado de alta calidad.

Columnas de lavado

El corazón del sistema de lavado con agua es una columna vertical denominada«lavador» o«columna de lavado«, especialmente dimensionada para garantizar el tiempo de contacto necesario entre el gas y el agua de lavado. Esta columna es atravesada por una corriente de agua fría inyectada desde arriba y una corriente de biogás a presión desde abajo.

Debido a la ley de Henry mencionada en un artículo nuestro anterior, componentes como NH3,H2S, CO2 y CH4 se disuelven en el agua a medida que el gas asciende por la columna, por lo que no es necesario pretratar el biogás.

El agua evacuada de la columna de lavado se envía al tanque flash , donde aún se recupera parte del CH4 disuelto en el agua de lavado. El CH4 obtenido al final del proceso se seca y se comprueba que sus características se ajustan a los valores exigidos por el código de la red SNAM.

Desde el tanque flash, el agua pasa a la llamada columna de regeneración. Aquí, el flujo de agua es atravesado por un flujo de aire generado por un soplante cuya tarea es enfriar el agua bombeada desde abajo y reinyectada desde arriba en la columna de lavado mediante una bomba vertical.

Las ventajas del lavado con agua

El escaso número de componentes necesarios, de fácil mantenimiento y cuyo funcionamiento excluye la fase de pretratamiento del biogás, hacen de la tecnología PWS un proceso sencillo, duradero y eficaz. A diferencia de otras tecnologías de mejora, el lavado con agua a presión requiere menos complejidad en los sistemas de control. Esto se traduce en menores costes de funcionamiento y menor dependencia del mantenimiento y la sustitución de componentes sensibles. Por último, el lavado con agua a presión también es un método respetuoso con el medio ambiente para la purificación del biogás. El lavado con agua permite el tratamiento de hasta 500 ppm de H2S en estado estacionario y hasta 1000 ppm en pico; hasta 500 ppm de NH3 y hasta 50 mg/NM3 de COV, sin necesidad de utilizar productos químicos o reactivos caros.

Esto no sólo reduce los costes, sino también el impacto medioambiental global del proceso.

En comparación con otras tecnologías presentes en el mercado, la principal diferencia del sistema propuesto por CMA Srl radica en la sencillez de su gestión y su sostenibilidad (se basa exclusivamente en el uso de agua en circuito cerrado, sin introducir ningún agente químico particular). Este sistema es adecuado para los tamaños de planta más comunes, que producen entre uno y tres megavatios, y está dirigido principalmente al sector agrícola y ganadero. Sin embargo, también puede aprovecharse para la producción de biometano a partir de residuos sólidos urbanos, FORSU.

En conclusión, la solución propuesta por CMA puede hacer que la producción de biometano sea sencilla y sostenible, reduciendo los costes de explotación y gestión y permitiendo su uso en diversas situaciones.

Póngase en contacto con nuestro departamento técnico para obtener más información.

Mediante el proceso de mejora descrito en uno de nuestros artículos anteriores, el metano contenido en el biogás se separa de los demás gases de la mezcla. De este modo, el biometano obtenido puede utilizarse, comercializarse y transportarse -en forma gaseosa o líquida- para alimentar vehículos de motor como alternativa al gas natural de origen fósil. Veamos en detalle en qué se diferencian estos dos compuestos y qué ventajas aportan su producción y uso.

Diferencias entre biogás y biometano

El biogás es una mezcla de gases (principalmente metano, dióxido de carbono y nitrógeno) producida por la digestión anaeróbica de biomasa (residuos de la transformación agroforestal y agroindustrial, purines de ganado, residuos orgánicos municipales) por bacterias llamadas metanígenos. Los niveles de metano en el biogás varían entre el 45% y el 75% en volumen; una variación que afecta al contenido energético del propio biogás. En tanques circulares especialmente cubiertos, el biogás se convierte en una fuente de energía útil para la producción de electricidad y calor.

El biometano, por su parte, es el producto de la refinación y purificación del biogás mediante su mejora. Con un contenido de metano superior al 98%, el biogás puede sustituir totalmente al gas fósil, sirviendo como combustible para el transporte y el gas doméstico.

Como fuentes renovables, el biogás y el biometano suponen un importante beneficio para el medio ambiente, cuya producción y posterior utilización supondría una reducción de las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero), así como la preservación de recursos energéticos no renovables.

Incentivos para los productores de biometano

El Decreto sobre biometano, publicado el 15 de septiembre de 2022 y disponible en el sitio web del IGE, es sólo una de las formas de incentivar la producción de energías renovables. El objetivo de este decreto es apoyar la producción de biometano alimentado a la red de gas natural y producido tanto por plantas de nueva construcción (alimentadas por matrices agrícolas y residuos orgánicos) como por plantas de producción de electricidad a partir de biogás agrícola en proceso de conversión (total o parcial). Las plantas de residuos agrícolas y orgánicos que cumplan las normas de aplicación del Decreto pueden participar en el procedimiento competitivo y acceder a ayudas de capital y a un incentivo de la cuenta de energía (tarifa de alimentación aplicada a la producción neta de biometano).

Biogás y biometano: ventajas

El biogás y el biometano se encuentran, por derecho propio, entre las fuentes de energía renovables programables, es decir, aquellas cuya disponibilidad para la producción se mantiene constante a lo largo del tiempo.

Ambos compuestos son flexibles y se utilizan tanto en la generación de electricidad y calor como en el sector del transporte.

Por último, la producción y el uso de biogás y biometano es un ejemplo virtuoso de economía circular, en el que los residuos (agrícolas y ganaderos) se transforman en un recurso, mejorando la sostenibilidad medioambiental, reduciendo los costes de descarbonización y apoyando la revitalización del sector agrícola.