biogás

Entrevistamos a David Meana, responsable del Área de Movilidad Sostenible del centro tecnológico de EnergyLab

Con el potencial de producción de gas renovable de EDAR Bens, se podrían cubrir las necesidades anuales de cerca de 2.800 viviendas

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La Unidad Mixta de Gas Renovable es un proyecto conjunto de Naturgy (Gas Natural SDG y Gas Natural Fenosa Engineering) y el Centro Tecnológico EnergyLab que cuenta con la colaboración de EDAR Bens SA, empresa pública supramunicipal que presta el servicio de depuración de aguas residuales a varios ayuntamientos de A Coruña (véase foto). El objetivo principal de esta Unidad es aumentar el conocimiento en los procesos de producción y aplicación de biometano (gas renovable) a través de distintos ejes de actuación, como son la mejora de la producción de biogás, el desarrollo y análisis de sistemas de purificación y el uso del biometano para su inyección a red o como combustible alternativo para movilidad. Energías Renovables ha entrevistado a David Meana Rodríguez, responsable del Área de Movilidad Sostenible del centro tecnológico de EnergyLab y alma mater de este proyecto. Suyo es el titular.
Con el potencial de producción de gas renovable de EDAR Bens, se podrían cubrir las necesidades anuales de cerca de 2.800 viviendas

¿Cómo se llama el proyecto?. ¿Qué entidades lo gestaron y lo impulsan?. ¿Qué entidades lo financian?
La Unidad Mixta de Gas Renovable es un proyecto conjunto de Naturgy (Gas Natural SDG y Gas Natural Fenosa Engineering) y el Centro Tecnológico EnergyLab que cuenta con la colaboración de EDAR Bens SA, empresa pública supramunicipal que presta el servicio de depuración de aguas residuales a los ayuntamientos de A Coruña, Arteixo, Cambre, Culleredo y Oleiros. Este proyecto es una apuesta entre empresa y centro tecnológico para dar respuesta a preocupaciones asociadas a problemas tan actuales como lo son el cambio climático y el deterioro medioambiental, a través de la investigación en la mejora de la producción y usos del biogás/biometano como combustible renovable.

El proyecto cuenta con la financiación de la Unión Europea en el marco del Programa Operativo Feder Galicia 2014-2020 dentro del Objetivo Temático 1 «Promover el desarrollo tecnológico, la innovación y una investigación de calidad» y al amparo de la convocatoria «Ayuda a la creación, puesta en marcha y consolidación de la unidad mixta de investigación» cofinanciada por la Axencia Galega de Innovación, organismo dependiente de la Xunta de Galicia.

¿Con qué presupuesto cuenta?
El proyecto cuenta con una inversión de 2.106.665 euros. Este presupuesto engloba la aportación de Naturgy, la del Centro Tecnológico EnergyLab y la financiación de GAIN.

¿Cuántos profesionales están involucrados en el mismo y de qué empresas u organismos?
En el desarrollo del proyecto colaboran de forma directa personal de Naturgy, del Centro Tecnológico EnergyLab y de la empresa pública supramunicipal EDAR Bens SA. Entre doctores, ingenieros y personal administrativo, la Unidad Mixta moviliza unas 20 personas. La mayor parte del personal técnico, como es natural, lo aporta el Centro Tecnológico EnergyLab. De forma indirecta, teniendo en cuenta servicios externos, el número de personas se multiplica exponencialmente alcanzando fácilmente las 100.

¿Cuándo comenzaron los trabajos y cuándo esperan concluir?
La Unidad Mixta inició su actividad a principios de 2017 y continuará su actividad hasta finales de 2019.

¿En qué consiste el proyecto?
El objetivo principal de la Unidad Mixta es aumentar el conocimiento en los procesos de producción y aplicación de biometano (gas renovable) a través de distintos ejes de actuación, como son la mejora de la producción de biogás, el desarrollo y análisis de sistemas de purificación y el uso del biometano para su inyección a red o como combustible alternativo para movilidad.

Dentro de la Unidad Mixta de Gas Renovable se optó por uno de los sectores que no solo tiene uno de los mayores potenciales de generación de biogás sino también un elevado impacto, las EDAR (estaciones depuradoras de aguas residuales). La cercanía de las plantas de tratamiento de aguas residuales a los grandes núcleos urbanos posibilita abrir el abanico de usos del gas producido, en línea con el concepto de economía circular en el que los residuos generados en las ciudades se transforman en recursos energéticos.

El incremento en la producción y uso de un combustible cuyo balance de emisiones de CO2 es neutro, permite desplazar a otros combustibles tradicionales como la gasolina y el gasóleo, lo que supone una importante reducción del impacto medioambiental. Por otro lado, el uso de combustibles gaseosos como el gas natural o el gas renovable reduce drásticamente la emisión de partículas a la atmosfera, lo que revierte en una mejora directa en la salud de las personas.

El proyecto busca alinearse con las diferentes políticas europeas dirigidas a alcanzar un crecimiento económico bajo tres premisas fundamentales: crecimiento inteligente (a través del desarrollo de los conocimientos y de la innovación); crecimiento sostenible (basado en una economía más verde, más eficaz en la gestión de los recursos y más competitiva) y crecimiento integrador (integrador, orientado a reforzar el empleo, la cohesión social y territorial).

La Unidad Mixta de Gas Renovable es una clara apuesta de Naturgy, Energylab y EDAR Bens SA por el uso de recursos energéticos más respetuosos con el medio ambiente, una apuesta por sentar las bases hacia la transición energética, con la firme vocación de dar respuesta a las preocupaciones asociadas a problemas tan actuales como son el cambio climático y el deterioro medioambiental.

Entiendo que el biogás que produce de forma natural la basura depositada en el vertedero es capturado de algún modo (¿cómo?), es enriquecido de algún modo, hasta convertirlo en biometano (¿cómo?); y será posteriormente empleado... ¿en qué? ¿cuándo?
En este caso, como digo, hablamos del biogás generado en una EDAR (estación de depuración de aguas residuales). Los residuos orgánicos que generamos, desde los restos de comida en la bolsa de la basura hasta las aguas residuales tratadas en una depuradora, son susceptibles de ser convertidos en un recurso energético. El biogás es un gas que se obtiene del proceso de degradación de la materia orgánica en condiciones anaerobias (sin oxígeno). Este gas se compone principalmente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2).

El biogás generado en las instalaciones de digestión anaerobia (digestores anaerobios) suele presentar porcentajes de en torno a un 60% de metano (CH4), que es el principal componente del gas natural, lo que permite su utilización directa como fuente de energía en sistemas de generación de calor y grupos de cogeneración. Sin embargo, si su uso se quiere ampliar (inyección a red y movilidad), es necesario aumentar su concentración llevando a cabo procesos de purificación que permitan eliminar o convertir el dióxido de carbono (CO2), de forma que se obtenga biometano o gas renovable.

Uno de los puntos clave de esta Unidad Mixta es desarrollar y evaluar sistemas de purificación de bajo coste, tanto físicos como biológicos, que permitan adaptarse a las características del biogás generado en esta tipología de plantas. Dentro de la fase experimental del proyecto se analizarán, en las instalaciones de la EDAR de Bens, dos de las tecnologías que mayor interés están despertando en el mundo de la purificación del biogás: los sistemas de membranas y la biometanización catalítica o power-to-gas. La primera, aun siendo una tecnología comercial, será una de las primeras plantas instaladas a nivel nacional (la primera en una EDAR), la segunda, en fase más experimental, servirá para determinar los parámetros óptimos de funcionamiento y las posibles limitaciones de esta tecnología.

La tecnología de purificación de membranas se basa en la permeabilidad selectiva de los gases presentes en el biogás a través de membranas poliméricas, lo que permite obtener una corriente enriquecida de metano. La permeabilidad del gas a través de la membrana está en función de la solubilidad y difusividad de cada componente en el material de la misma y la presión de trabajo. En estos sistemas, el dióxido de carbono pasa a través de la membrana mientras que el metano es retenido, dando lugar a un gas rico en metano y con una alta presión en un lado de la membrana y a un gas residual con dióxido de carbono a baja presión en el otro lado.

Las plantas de purificación suelen contar con 2-3 etapas, ya que una sola no tiene la capacidad suficiente para alcanzar valores de purificación superiores al 88%. El uso de varias etapas junto con la recirculación del gas por éstas logra valores de hasta el 98%. En contrapartida, debido a la complejidad del circuito por el que debe circular el gas, se debe trabajar con presiones elevadas.

En la fase experimental de la Unidad Mixta de Gas Renovable, se analizará la operación, rendimiento y consumo energético de una planta de purificación de membranas diseñada para producir 60 Nm3/h (*) de gas renovable, con el fin de demostrar su viabilidad a esta escala. Aun siendo una tecnología que se encuentra en fase comercial, será una de las primeras plantas instaladas a nivel nacional y servirá también como línea base comparativa frente al uso de otras tecnologías más experimentales como la de purificación a través de bacterias hidrogenotróficas.

Dentro de los procesos biológicos de upgrading [purificación], en los últimos años los estudios se están centrando especialmente en la etapa hidrogenotrófica de los procesos anaerobios (biometanización). En este tipo de sistemas, los microorganismos utilizan el CO2 como fuente de carbono y el H2 como fuente de energía para producir metano. La ventaja de este tipo de sistemas, frente al resto de procesos de limpieza de biogás en los que se elimina una parte del volumen, es que en el proceso de purificación el CO2 se “transforma” en CH4, por lo que el volumen de entrada de biogás y el de salida de biometano se mantiene prácticamente constante.

Bajo el concepto power-to-gas, el H2 necesario en el proceso se obtiene a través de electrólisis del agua utilizando energía excedente de generación renovable. De esta forma, la generación de biometano o gas renovable puede considerarse como el nuevo vector energético.

Gracias a los conocimientos adquiridos a lo largo de la experimentación en laboratorio, en la que se evaluaron distintas configuraciones de reactor, se ha realizado el diseño a implementar en la fase de experimentación de campo. En base una configuración de reactor vertical de tipo biofiltro con soportes para el desarrollo de la biomasa, el piloto de hidrogenotróficas que va a ser instalado en EDAR Bens SA permitirá tratar un caudal aproximado de 1 Nm3/h (*) de biogás. El objetivo de este reactor es que sirva de laboratorio de pruebas con el fin de determinar los parámetros óptimos de funcionamiento y las posibles limitaciones de esta tecnología bajo condiciones reales de operación.

En la línea de mejorar y optimizar los procesos de biometanización de bajo coste, se está diseñando un reactor a escala laboratorio con el fin de evaluar la carbonatación acelerada como sistema de limpieza de biogás. Este proceso de purificación químico se basa en el uso de un residuo como son las cenizas de combustión, ricas en óxido de calcio, para realizar la captura del CO2 de la corriente de gas. Dentro de las líneas de investigación del centro, fruto de colaboraciones previas con Gas Natural Fenosa (Unidad Mixta Movilidad Sostenible), se evaluaron a pequeña escala cenizas obtenidas de varias fuentes: madera, concha de mejillón y gallinaza. Los resultados obtenidos mostraron que con cenizas de madera se pueden retener 30 gCO2/kg manteniendo una concentración de CO2 en el gas de salida por debajo del 10%. Adicionalmente, ya que este tipo de sistemas podría servir como etapa previa de limpieza de biogás, se pretende analizar su uso para retener parte del H2S de la corriente de biogás.

¿En qué momento del proyecto nos encontramos?
En lo referente al estado del proyecto, durante el verano se finalizaron las labores de instalación de la planta de purificación de membranas y de la estación de suministro de gas. Actualmente se están poniendo en marcha estos equipos, por lo que, antes de que finalice el 2018, se contará con una producción estable de biometano. Durante la primera fase, el gas renovable generado permitirá cubrir las necesidades de combustible tanto de la flota de furgonetas de la EDAR de Bens como de un autobús urbano, que dará servicio al área metropolitana de A Coruña. En una segunda fase, junto con la instalación y puesta en marcha del piloto de power-to-gas, se adecuarán las instalaciones existentes para permitir la inyección a la red de gas natural.

La inyección a red del gas renovable y su uso como combustible en movilidad son dos de las líneas prioritarias del proyecto. El uso de un combustible cuyo balance de emisiones de CO2 es neutro supone una importante reducción del impacto medioambiental. Con el potencial de producción de gas renovable de EDAR Bens, una vez inyectado a la red de gas, se podrían cubrir las necesidades energéticas anuales de cerca de 2.800 viviendas. En cuanto a su uso en movilidad, se generaría el combustible suficiente como para abastecer durante un año a una flota de 3.000 turismos o de más de 60 autobuses urbanos dedicados.

Galicia cuenta actualmente con 7 plantas de producción de biogás que generan entre 100 y 500 Nm3/h. Esto supone una producción conjunta estimada de en torno a 2.000 Nm3/h de biogás. En términos de gas renovable, solo con el gas generado en las 7 plantas, se podría alimentar una flota de en torno a 250 autobuses urbanos al día.

La Unidad mixta de Gas Renovable centra los pilotos demostrativos en el sector de las EDAR. Esto no significa que todos los avances y desarrollos obtenidos no sean de aplicación en otros muchos sectores, como el de las depuradoras de las industrias alimentarias, el sector agro-ganadero, los vertederos… Todas estas industrias pueden verse beneficiadas de las investigaciones y desarrollos producto de la unidad mixta ya que comparten con las EDAR la capacidad de generar biogás gracias a la digestión anaerobia de sus residuos orgánicos, de forma que puedan convertir lo que antes era un problema en un nuevo recursos energético para su explotación.

¿Cuántos proyectos de similares características hay ahora mismo en España?
En Europa, aunque existen más de 17.300 plantas de biogás, el número de instalaciones de purificación no supera las 500 unidades, ubicadas principalmente en Alemania y Austria. En lo que respecta a España, el número de plantas de purificación apenas alcanza las 5, siendo, en su mayoría, pilotos experimentales de diversas tecnologías. El proyecto que se está ejecutando en la EDAR de Bens es el primer proyecto en España que utiliza la tecnología de membranas para realizar el upgrading [purificación] del biogás generado en una EDAR. A esto hay que sumarle un segundo piloto, de metanación biológica, que será pionero a nivel nacional y uno de los pocos en Europa.

La energía renovable va a ser clave en el futuro, ¿cómo cambiará el gas renovable nuestra forma de consumir energía?
Hasta ahora se hablaba de un mix energético refiriéndose siempre a la generación eléctrica. La introducción del gas renovable como nuevo vector energético permite ampliar este concepto a la red de gas. El gas natural es un combustible que de por sí tiene un menor impacto que otros combustibles tradicionales. Si a esto le añadimos la posibilidad de mezclarlo con gas renovable, reducimos de forma drástica las emisiones de CO2 asociadas a este combustible.

Por otro lado, existe un excedente de generación eléctrica que proviene de fuentes renovables, ya que es difícil que las curvas de demanda y generación coincidan. Este excedente se puede almacenar de diversas formas, aunque la mayoría de ellas tienen un elevado coste o son difíciles de gestionar desde el punto de vista logístico. La Xunta de Galicia, junto con Gas Natural Fenosa, fueron pioneras en su día, generando hidrógeno como vector energético para acumular este excedente. El problema del hidrógeno es que por ahora no hay una economía madura asociada al mismo, por lo que su consumo se ve muy limitado. Desde EnergyLab investigamos sistemas biológicos que permiten transformar el CO2 en metano (gas renovable) utilizando hidrógeno como fuente de energía. Este proceso se conoce habitualmente como power-to-gas (PowertoGas, P2G). Gracias a que existe una amplia infraestructura asociada al gas natural, se abre un abanico de posibilidades en cuanto al uso del gas renovable generado.

Nm3/h: normal metro cúbico hora (metros cúbicos por hora en condiciones normales: 1 atm 0ºC).

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