El episodio de la invasión rusa de Ucrania del pasado 24 de febrero ha servido para evidenciar, una vez más, la dependencia de Europa del gas natural importado desde Rusia. Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA en sus siglas en inglés), solamente el año pasado, la Unión Europea (UE) importó una media diaria de 380 millones de m3 de gas natural vía gasoducto desde Rusia, lo cual supone cerca de 140.000 millones de m3 de gas natural anuales. Si a esta cifra le añadimos el suministro en forma de gas natural licuado, la cifra asciende a 155.000 millones de m3 de gas importados desde Rusia que, a su vez, representa alrededor del 45% de las importaciones de gas de la Unión Europea y cerca del 40% del consumo total de gas natural.
Desde la IEA, motivados por la crisis actual derivada del conflicto bélico, se han elaborado una serie de 10 medidas orientadas hacia la reducción de esta dependencia del gas natural ruso, así como hacia la resiliencia de la red de gas europea. Este conjunto de medidas, cuya implantación se traduciría en una disminución de la demanda actual de gas ruso de más de un tercio, recoge, entre otras, la sustitución de una fracción de los suministros de gas procedente de Rusia por fuentes alternativas, tales como el biogás y el biometano. A pesar de que en el corto plazo la capacidad de suministro de estas fuentes es limitada, en el medio plazo su contribución para acabar con la dependencia del gas ruso resultaría fundamental. Además, al igual que ocurre en el caso del hidrógeno verde, se espera que ambos desempeñen un papel fundamental para poder cumplir los objetivos de reducción de emisiones de CO2 de la UE para 2050, especialmente en aquellos sectores en los que la electrificación no resulta viable.
El biogás es una mezcla de metano (CH4), CO2 y pequeñas cantidades de otros gases, en proporciones variables, que se genera durante la digestión anaerobia de la materia orgánica, es decir, durante la descomposición biológica de la materia en un entorno sin oxígeno. Se obtiene, fundamentalmente, de los residuos ganaderos y agroindustriales, de los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR) y de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU). Su composición exacta depende de la naturaleza de la materia orgánica a partir de la que se obtiene y de la vía de producción. Así, el contenido en metano suele oscilar entre el 45% y el 75% en volumen, siendo la mayor parte del resto CO₂, por lo que su contenido energético también varía, concretamente los valores del poder calorífico inferior (PCI o en inglés LHV, Lower Heating Value) están entre 16 y 28 MJ/m3. En cuanto a la producción, tiene lugar en (a) biodigestores, que son tanques herméticos en los que la materia orgánica diluida en agua es descompuesta por microorganismos; (b) sistemas de recuperación de gas de vertederos, que capturan el biogás generado por los residuos mediante sistemas de tuberías, pozos de extracción y compresores; y (c) EDAR equipadas con sistemas de recuperación de materia orgánica y nutrientes (nitrógeno y fósforo) presentes en los lodos, cuyo tratamiento posterior en tanques biodigestores permite obtener biogás.
A partir de este biogás inicial se puede obtener biometano, un combustible más puro y con un PCI superior de 36MJ/m3. Con una composición química que lo hace prácticamente indistinguible con respecto al gas natural, es posible inyectarlo en la actual infraestructura gasista y resulta compatible con los vehículos propulsados por gas natural. Su obtención consiste en someter al biogás a una serie de etapas de purificación y enriquecimiento, eliminando aquellos componentes minoritarios presentes en la mezcla (nitrógeno, amoníaco – NH3, oxígeno, monóxido de carbono – CO, compuestos orgánicos volátiles – COVs, sulfuro de hidrógeno – H2S, siloxanos, etc.) y separándolo del CO2 mediante un proceso denominado upgrading. Entre las diferentes técnicas empleadas para eliminar el CO2 presente en la corriente de biogás encontramos desde técnicas de separación por membranas (con distinta permeabilidad para el CO2 y el CH4) o por criogenia (proceso a alta presión y baja temperatura, basándose en los diferentes puntos de ebullición entre CO2 y el CH4), hasta la absorción con agua o alcanolaminas y la adsorción sobre carbón activo. Así, tras los tratamientos pertinentes, se obtiene una mezcla con un alto contenido en metano (95-99%) y un bajo contenido en CO2 (1-5%), sin presentar trazas de componentes no deseados como el sulfuro de hidrógeno (Adnan et al., 2019). A pesar de que el biometano también puede obtenerse por otra vía, como ocurre en el caso de la metanación del gas de síntesis (CO + H2) obtenido mediante gasificación de la biomasa (conversión del sólido en mezcla de gases en una atmósfera pobre en O2), el proceso de upgrading representa actualmente alrededor del 90% del total de biometano producido hoy en día en todo el mundo.
Además de sus aplicaciones domésticas (cocinas, calefacción y agua caliente sanitaria) y de movilidad (licuado y comprimido), el biometano es capaz de proporcionar calor y energía eléctrica para prácticamente todo tipo de usos industriales, algo que le confiere un importante potencial en la descarbonización de las industrias. De esta manera, el biometano reúne las ventajas propias del gas natural, tales como el almacenamiento, la flexibilidad y su poder calorífico, pero sin las emisiones netas de carbono originadas en su combustión. Y es que, a diferencia de lo que ocurre con los combustibles fósiles como el gas natural, la combustión de biogás o biometano no incrementa la cantidad de CO2 atmosférico, puesto que el CO2 que se libera fue inicialmente capturado de la atmósfera través de la fotosíntesis por los organismos vegetales, propagándose en forma de compuestos de carbono a través de los distintos organismos que constituyen la cadena trófica y de cuyos residuos se obtiene el biogás. Con esto, el carbono presente en el biometano describe lo que se denominan ciclos cortos de liberación-captura de la atmósfera en forma de CO2, a diferencia de lo que ocurre con el CO2 de origen fósil, que se libera tras millones de años de almacenamiento en el subsuelo y que antes no era accesible. Adicionalmente, el procesamiento y uso del biogás generado durante la descomposición de residuos, evita que se libere a la atmósfera CH4, que además es un potente gas de efecto invernadero con una capacidad de calentamiento 80 veces más potente que la CO2, durante un período de 20 años, según se estipula en el Programa de las Naciones Unidas para el medio ambiente.
Así pues, la gestión de residuos para obtener biogás o biometano contribuye a mejorar la eficiencia general de los recursos, constituyendo un ejemplo paradigmático de economía circular y, en algunos casos, de interacción simbiótica entre la industria (consumidora) y los sectores agrícola y ganadero (productores). Además, cuando sustituyen al gas natural transportado o importado grandes distancias, el biogás y el biometano también aportan beneficios en materia de seguridad energética, así como oportunidades de empleo, especialmente en zonas rurales. Con respecto a España, El Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO) aprobó el pasado lunes 22 de marzo la Hoja de Ruta del Biogás, que recoge 43 líneas de actuación para multiplicar por 3,8 la producción de biogás hasta 2030, superando los 10,4 TWh. Con un enfoque en la valorización de residuos agropecuarios, municipales y lodos de depuradoras, el documento pretende impulsar el empleo del biogás para generar electricidad y calor útil para la industria, así como su transformación en biometano destinado al transporte pesado, reemplazando al gas natural en la medida de lo posible.
Para concluir, a pesar de que en la actualidad la producción de biogás resultaría insuficiente para abastecer las necesidades energéticas de un sector como el cerámico, el biogás representa una componente a tener en cuenta de una solución sistémica compleja frente al gran reto que supone la transición energética de nuestra industria, desvinculándose de los combustibles de origen fósil. A este respecto, desde el Instituto de Tecnología Cerámica y con la financiación del Instituto Valenciano de la Competitividad Empresarial (IVACE), se están contemplando estos aspectos en proyectos como HIPOCARBONIC, basado en la elaboración de una hoja de ruta para la descarbonización de la industria cerámica de Castellón, o ENERGÈTIC que aborda líneas estratégicas para la transición energética del proceso de fabricación de baldosas cerámicas.
Imagen: Origen, producción y usos de biogás y biometano.
Fuente: Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth