Tecnologías de upgrading de biogás a biometano: criterios técnicos para una selección eficiente

Pretratamiento de biogás mediante filtrado con carbón activo.

La producción de biometano está experimentando un fuerte crecimiento en Europa y comienza a acelerar su desarrollo en España, impulsada por los objetivos de descarbonización y por nuevos mecanismos de valorización de energía verde como las Garantías de Origen (GdOs). En este contexto, el upgrading se ha convertido en una de las etapas clave en el diseño de nuevas plantas, y la experiencia acumulada por SITRA en proyectos de biogás y biometano así lo demuestra.

En concreto, el upgrading es el conjunto de procesos destinados a eliminar el CO₂ y otros componentes no deseados presentes en el biogás para obtener un gas renovable con características equivalentes a las del gas natural y apto para su inyección en la red gasista.

En España, el desarrollo histórico del biogás estuvo principalmente ligado a la generación eléctrica mediante motores de cogeneración. Sin embargo, la mayoría de los nuevos proyectos se plantean actualmente para la producción de biometano, lo que ha situado al upgrading en el centro de las decisiones técnicas y económicas de la planta.

La elección de la tecnología de upgrading condiciona no solo la calidad final del gas, sino también las necesidades de pretratamiento, los consumos energéticos, la operación y los costes de explotación. Cabe destacar que esta unidad puede representar del orden del 15 % del CAPEX de equipamiento principal de una planta de biometano.

La pregunta ya no es qué tecnología produce el mejor biometano, sino cuál genera el mejor resultado para cada proyecto.

Actualmente, la producción de biometano se basa principalmente en cinco tecnologías de upgrading consolidadas a escala industrial. Aunque todas persiguen el mismo objetivo, presentan características operativas muy diferentes que condicionan su aplicación.

Las membranas son actualmente la tecnología dominante en Europa. Su diseño modular, escalable y contenerizado ha favorecido su implantación en proyectos de tamaño pequeño y medio. Presentan una operación relativamente sencilla y costes competitivos, aunque requieren un adecuado pretratamiento para evitar el deterioro de las membranas por contaminantes presentes en el biogás.

La adsorción por cambio de presión (PSA) es una tecnología ampliamente implantada y especialmente interesante cuando el biogás contiene cantidades significativas de nitrógeno u oxígeno, componentes que otras tecnologías eliminan con mayor dificultad. Su principal fortaleza es la flexibilidad operativa y la elevada pureza que puede alcanzarse.

El lavado con agua (water scrubbing) constituye una de las soluciones más maduras del mercado. Se trata de una tecnología robusta y bien conocida por los operadores, aunque el consumo y gestión del agua utilizada en el proceso debe considerarse dentro del análisis técnico y económico global.

La absorción química con aminas destaca por ofrecer las mayores recuperaciones de metano y pérdidas mínimas de CH₄. Sin embargo, su competitividad depende en gran medida de la disponibilidad de energía térmica para la regeneración del absorbente, por lo que resulta especialmente atractiva cuando existe calor residual aprovechable en la instalación.

Por último, la criogenia ha experimentado un importante desarrollo en los últimos años. Aunque presenta mayores requerimientos energéticos y de pretratamiento, ofrece ventajas diferenciales cuando el proyecto contempla la valorización del CO₂ separado o la producción de bioGNL.

Cada una de estas tecnologías presenta ventajas y limitaciones específicas. Por ello, su selección debe realizarse considerando conjuntamente las características del biogás, los requisitos de calidad del biometano, la integración energética de la instalación y los condicionantes operativos del proyecto. Desde la experiencia de SITRA en el desarrollo de proyectos de biogás y biometano, la decisión tecnológica rara vez depende de un único parámetro, sino del equilibrio entre múltiples variables que deben analizarse desde las primeras fases de ingeniería.

Características del biogás

No todos los biogases son iguales. Su composición puede variar significativamente en función del tipo de sustrato utilizado, las condiciones de operación del proceso de digestión anaerobia y los tratamientos aplicados antes de la etapa de upgrading.

Parámetros como la concentración de CH₄ y CO₂, el contenido de H₂S, O₂, N₂ o siloxanos, así como la variabilidad temporal de estos componentes, condicionan directamente la tecnología más adecuada para cada caso. Determinadas tecnologías presentan una mayor tolerancia a algunas impurezas, mientras que otras requieren condiciones de entrada más exigentes.

Por este motivo, dos plantas con idéntico caudal de biogás pueden requerir soluciones tecnológicas completamente diferentes.

Necesidades de pretratamiento

La unidad de upgrading forma parte de una cadena de acondicionamiento más amplia, que incluye etapas como eliminación de humedad, desulfuración, filtración de partículas, eliminación de siloxanos o desoxigenación.

Las necesidades de pretratamiento varían considerablemente entre tecnologías y pueden tener un impacto significativo tanto sobre la inversión inicial como sobre los costes de operación y mantenimiento.

Este aspecto resulta especialmente relevante en proyectos EPC, donde la interacción entre la digestión anaerobia, el acondicionamiento del biogás, la unidad de upgrading y los sistemas auxiliares condiciona el comportamiento global de la instalación.

 Integración energética

La integración energética es uno de los factores más determinantes en la comparación entre tecnologías de upgrading.

Mientras que los sistemas de membranas basan gran parte de sus consumos en la compresión del biogás, los procesos de absorción química con aminas requieren una aportación significativa de energía térmica para regenerar el absorbente. Por su parte, los procesos criogénicos concentran gran parte de su demanda energética en la refrigeración.

Esto implica que una tecnología aparentemente menos competitiva desde el punto de vista del CAPEX o del OPEX puede convertirse en la mejor alternativa cuando existe calor residual disponible o cuando las condiciones energéticas de la instalación favorecen un determinado proceso. En proyectos con disponibilidad de calor residual, esta variable puede llegar a ser tan relevante como las diferencias de CAPEX entre tecnologías.

La evaluación energética debe realizarse siempre considerando el balance global de la planta y no únicamente la unidad de upgrading de forma aislada.

Destino final del biometano

Las especificaciones que debe cumplir el biometano dependen de su aplicación final. No son necesariamente las mismas para la inyección en red, el consumo industrial, la producción de bioGNL o el uso como combustible para movilidad.

Aspectos como la presión de entrega, la calidad exigida, la presencia admisible de oxígeno o nitrógeno, o la necesidad posterior de licuefacción pueden influir de forma decisiva en la selección tecnológica.

Por ello, la definición temprana del destino final del biometano constituye un requisito fundamental para optimizar el diseño de la instalación.

Disponibilidad y operación

La disponibilidad de la planta es un parámetro clave en la evaluación técnico-económica de una tecnología de upgrading.

Durante la evaluación de ofertas resulta habitual encontrar diferencias relativamente pequeñas en disponibilidad garantizada que, sin embargo, pueden tener un impacto significativo sobre la producción anual de biometano.

Asimismo, factores como la complejidad operativa, la necesidad de personal especializado, la frecuencia de mantenimiento o la disponibilidad de consumibles y repuestos deben formar parte del análisis desde las fases iniciales del proyecto.

La disponibilidad real de la instalación puede tener un impacto económico comparable o incluso superior al de pequeñas diferencias en eficiencia energética o recuperación de metano.

En definitiva, la tecnología con menor coste de inversión no siempre es la más rentable, del mismo modo que la tecnología con mejores prestaciones teóricas no siempre genera el mejor resultado económico para la instalación.

La producción de biometano se ha consolidado como una de las principales vías de valorización energética de residuos orgánicos y continuará desempeñando un papel relevante en la transición energética europea. En este contexto, la selección de la tecnología de upgrading constituye una de las decisiones más importantes durante el desarrollo de una planta.

Las distintas tecnologías disponibles han alcanzado un elevado grado de madurez y ofrecen prestaciones capaces de satisfacer los requisitos de calidad exigidos para la inyección de biometano en la red gasista. Sin embargo, sus características operativas, energéticas y económicas son diferentes, por lo que no existe una tecnología universalmente superior para todas las aplicaciones.

La selección debe realizarse caso por caso durante las fases de ingeniería, considerando conjuntamente las características del biogás, las necesidades de pretratamiento, la integración energética de la instalación, el destino final del biometano y los requisitos de operación y disponibilidad. Del mismo modo, aspectos como la valorización del CO₂, la estrategia de mantenimiento o la evolución prevista de la planta pueden resultar determinantes en la decisión final.

Por ello, la evaluación de las tecnologías de upgrading debe abordarse desde una visión global del proyecto.

Desde la experiencia de SITRA en el diseño, puesta en marcha y operación de instalaciones de biogás y biometano confirma que la solución más adecuada suele ser aquella que optimiza el comportamiento global de la instalación, equilibrando rendimiento, disponibilidad, integración energética y costes de explotación a lo largo de toda su vida útil.