La Unión Europea está encaminada a alcanzar la neutralidad climática para 2050, y los biogases, especialmente el biometano, desempeñarán un papel crucial en esta meta, con el objetivo de producir 35 mil millones de metros cúbicos (bcm) para 2030. Actualmente, Europa produce 4 bcm de biometano y 17 bcm de biogás para calor y electricidad. Sin embargo, el estudio Gas for Climate estimó en 2022 que, si se aprovecha todo el potencial del biometano sostenible, la producción de biometano podría alcanzar los 41 bcm para 2030, aumentando a 151 bcm para 2050.
El foco está ahora en 2040, con un llamado a la acción concertada en toda Europa para movilizar flujos de materias primas y nuevas tecnologías hacia la producción de biometano, a fin de lograr reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 55% para 2030 y hasta un 90% para 2040, en comparación con los niveles de 1990.
El pasado mes de abril de 2024, la Asociación Europea del Biogás (en adelante EBA, por sus siglas en inglés) publicaba un informe titulado “Biogases towards 2040 and beyond. A realistic and resilient path to climate neutrality”, como actualización del estudio Gas for Climate 2022, ofreciendo una estimación de la producción potencial de biometano en la UE a dieciséis años vista (2040).
Aunque los resultados de ambos estudios son similares, se observan algunas diferencias en las estimaciones para ciertas materias primas, con variaciones significativas en los residuos agrícolas, estiércol animal, residuos forestales y residuos sólidos urbanos, tanto en la digestión anaerobia como en la gasificación térmica. Estas diferencias se atribuyen a cambios en los supuestos subyacentes y al uso de datos más recientes.
La Unión Europea está encaminada a alcanzar la neutralidad climática para 2050, y los biogases, especialmente el biometano, desempeñarán un papel crucial en esta meta.
Si bien no se trata de una predicción de lo que ocurrirá en 2040, la EBA ofrece un escenario de lo que es posible si se toman medidas concertadas en toda Europa. En este sentido, estima un potencial total de 111 bcm para 2040, con 101 bcm correspondientes a la UE-27. Alemania, Francia, España, Italia y el Reino Unido se destacan como los países con mayor capacidad. Asimismo, este potencial queda dividido en un 67% de digestión anaerobia (74 bcm, de los cuales 68 bcm corresponden a la UE-27) y un 33% de gasificación térmica (37bcm, de los cuales 33 bcm corresponden a la UE-27).
En el caso de la digestión anaerobia, Alemania, Francia, España, Italia y Polonia se posicionan como líderes; y las materias primas clave para 2040 serán los cultivos secuenciales, residuos agrícolas y el estiércol animal, representando en conjunto el 82% del total. En gasificación térmica, destacan Suecia, Alemania, España, Reino Unido y Francia, con materias primas clave como residuos de madera, fracción orgánica de residuos sólidos urbanos y residuos forestales, representando en su conjunto el 85% del total.
En el caso de la digestión anaerobia, Alemania, Francia, España, Italia y Polonia se posicionarán como líderes en potencial de producción de biometano. En gasificación térmica, destacan Suecia, Alemania, España, Reino Unido y Francia.
Además, considerando la relevancia de un contexto político favorable, el informe de la EBA resalta el potencial de explorar novedosas materias primas y tecnologías para incrementar aún más la capacidad de producción de biometano en Europa, y que exploraremos en detalle a continuación.
Tierras marginales y contaminadas
En primer lugar, la EBA resalta que las tierras marginales y contaminadas, subutilizadas debido a desafíos biofísicos y climáticos, representan una reserva importante de recursos que, si se gestionan adecuadamente, pueden convertirse en una valiosa fuente de materias primas para la producción de biometano, sin contribuir al aumento en el cambio de uso de la tierra, ni comprometer la producción existente de alimentos o piensos. Aunque los rendimientos por hectárea pueden ser menores en comparación con las tierras agrícolas de alta calidad, el aprovechamiento de estas tierras ofrece ventajas adicionales, como la restauración del suelo y la biodiversidad, y la mitigación de la contaminación a través de la fitorremediación.
El potencial de producción de biometano en tierras marginales ha sido destacado en varios estudios y proyectos europeos, que estiman una disponibilidad considerable de estas tierras en toda Europa, cerca de los 70 millones de hectáreas, lo que equivale al 30% del área agrícola total. Países como España, el Reino Unido y los países nórdicos tienen extensiones significativas de tierras marginales, clasificadas así por sus diversas limitaciones como condiciones climáticas adversas, baja fertilidad, dificultad para el enraizamiento, humedad del suelo, composición química desfavorable, etc. Sin embargo, pese a la amplia disponibilidad de tierras marginales, no todas ellas estarán sin utilizar, serán aptas para la producción de biomasa o necesariamente cumplirán con las disposiciones de sostenibilidad de la normativa europea sobre energías renovables; por tanto, intentar cuantificar el potencial total de biometano es un desafío.
Por otro lado, las tierras contaminadas, aunque con un rendimiento más bajo, ofrecen también una oportunidad adicional para la producción de biometano a través de la fitorremediación. Se estima que existen dos millones de hectáreas de tierras contaminadas disponibles en Europa que son aptas para la fitorremediación, siendo Francia, Alemania, España y Reino Unido los países con mayor superficie total, y por ende, los que tienen mayor capacidad para desbloquear este importante potencial adicional de biometano sostenible.
Digestato
También el digestato, como subproducto de la digestión anaerobia de materia orgánica, posee un potencial significativo en la producción de biometano y otros productos valiosos. Su alta concentración de nutrientes esenciales lo convierte en un recurso valioso para la fertilización agrícola, sustituyendo a los fertilizantes sintéticos y cerrando así el ciclo de nutrientes de manera más sostenible.
En Europa, se producen enormes cantidades de digestato, con alrededor de 31 millones de toneladas en 2022 (28 millones procedentes de materias primas agrícolas como estiércol, residuos agrícolas o cultivos energéticos; y 3 millones derivadas de biorresiduos) y se espera un crecimiento adicional en línea con el desarrollo del sector del biometano. Además de su uso directo como fertilizante, el digestato puede ser procesado para optimizar su manejo y aplicación. Por ejemplo, la separación de las fracciones sólidas y líquidas del digestato permite una gestión más eficiente de los nutrientes y una reducción en los costos de transporte y distribución. En situaciones donde la aplicación directa del digestato puede ser limitada, tecnologías innovadoras como la gasificación hidrotermal y la pirólisis ofrecen formas de convertir el digestato en biometano adicional.
Algas
Por último, cabe considerar el potencial de las algas para la producción de biometano, pudiendo aprovecharse tanto algas cultivadas como algas depositadas naturalmente en las playas, siendo estas últimas la opción más económica y sostenible. La producción de biogás a partir de algas ofrece múltiples ventajas, incluida la mitigación de la eutrofización y la reducción de descargas de nutrientes, que ofrecen beneficios colaterales a nivel socioeconómico, como fuentes adicionales de ingresos para comunidades costeras, mejora de la calidad del agua o eliminación de olores desagradables en las playas, entre otros.
La tasa de producción de metano a partir de algas está fuertemente influenciada por la composición bioquímica de las algas y depende de la presencia de componentes que sean resistentes a la degradación microbiana. Por este motivo, los métodos de pretratamiento son clave para aumentar el rendimiento de biogás a partir de algas, siendo la vía hidrotermal la más eficaz. La recolección de algas arrojadas también presenta desafíos importantes, como la reducción del rendimiento de metano debido a la descomposición y la contaminación con arena, que deben abordarse mediante procesos de pretratamiento adecuados.
A pesar de los desafíos técnicos y económicos, el potencial del uso de algas para la producción de biometano en Europa es prometedor, y ya está siendo probado. Sin embargo, aún se recoge una parte muy pequeña de las algas disponibles, por lo que la optimización de los métodos de recolección y cultivo, la investigación para mejorar los procesos de conversión, así como el apoyo político, financiero y regulatorio, son cruciales para aprovechar al máximo este recurso.
Gasificación hidrotermal
Entre las tecnologías emergentes más destacadas para la producción de biometano, la gasificación hidrotermal se posiciona como una de las opciones más prometedoras, ofreciendo numerosos beneficios respecto a las tecnologías tradicionales de tratamiento de residuos, en particular la incineración; altamente versátil, capaz de procesar una amplia gama de residuos orgánicos, tanto biogénicos como fósiles, en condiciones de alta presión y temperatura en presencia de agua.
La gasificación hidrotermal catalítica y a alta temperatura ofrece diferentes composiciones de gas de síntesis, con proporciones variables de metano, hidrógeno y dióxido de carbono, lo que permite adaptar la producción para satisfacer las necesidades del mercado.
Los beneficios reportados de la gasificación hidrotermal son diversos, incluida una alta tasa de conversión de carbono, eficiencia energética mejorada y una etapa de procesamiento simplificada del gas de síntesis. Además, esta tecnología proporciona una forma segura de eliminar patógenos, microcontaminantes y microplásticos, al tiempo que recupera metales y nutrientes valiosos para su reutilización.
Si bien ya se están llevando a cabo iniciativas en varios países europeos, incluidos Francia, Alemania, España, Países Bajos y Suiza, la mayoría de los proyectos de gasificación hidrotermal están en etapas piloto. El proyecto más avanzado es la planta industrial de SCW Systems en los Países Bajos, puesto en marcha en 2023, que demuestra el potencial comercial y la viabilidad de esta tecnología a gran escala.
Las estimaciones de potencial indican que la gasificación hidrotermal podría desempeñar un papel significativo en la producción de gas renovable y de bajas emisiones de carbono en el futuro. Según el Grupo de Trabajo Nacional Hidrotermal de Francia, se estima un potencial de al menos 63 TWh (~6 bcm) para la producción de gas renovable en Francia en 2050 a partir de 18 flujos de residuos orgánicos. Además, un estudio independiente publicado por Roland Berger estimó un potencial de gasificación hidrotermal en Europa de 110 bcm, de los cuales alrededor del 25% corresponde a materias primas biogénicas. De este potencial, 5,7 bcm corresponden a los Países Bajos.
Gas de vertedero
También el gas de vertedero representa una valiosa fuente de materia prima para la producción de biometano en Europa. Pese a los objetivos de reducción de vertederos al 10%, establecidos por la UE para 2035, estos seguirán siendo una importante fuente de biometano a futuro, particularmente si se considera la curva de producción de metano típica de una planta de vertedero de 25 a 30 años; y es probable que el mayor potencial se observe en países con altas tasas de vertido.
Según la EBA, el vertedero es la segunda fuente de producción de biogás en Europa. En 2022, la producción de biogás a partir de gas de vertedero alcanzó los 23 TWh, representando el 13% de la producción total de biogás, mientras que la producción de biometano fue de alrededor de 4 TWh, equivalente al 1% de la producción total de biometano. Francia lidera la conversión de gas de vertedero a biometano, con 18 instalaciones operativos y planes para otros 9 en 2024, y las estimaciones sugieren que hasta 65 instalaciones podrían estar en funcionamiento para 2030. Otros países como España, Italia, Islandia, Reino Unido y Portugal también están desarrollando proyectos de producción de biometano a partir de gas de vertedero.
El gas de vertedero se presenta como una opción económica y competitiva para aumentar el potencial de biometano en Europa. A medida que se reducen los incentivos para la producción de electricidad a partir de gas de vertedero, la conversión a biometano se vuelve más atractiva, especialmente considerando que puede producir hasta tres veces más energía que la producción de electricidad.
A pesar de los desafíos técnicos las tecnologías de tratamiento y purificación del biogás, como la absorción, adsorción, permeación y separación criogénica, están siendo desplegadas conjuntamente para superar estos obstáculos y convertir el gas de vertedero en biometano. Un estudio realizado por Suez, Veolia y WAGA Energy estimó que la producción de biometano a partir de gas de vertedero en Francia podría aumentar significativamente para 2030, representando alrededor del 10% del objetivo de inyección de biometano para ese año. Extrapolado a nivel de la UE, se estima un potencial de biometano de ~15-20 TWh para 2030, lo que equivale a aproximadamente el 5% del objetivo total.
Metano renovable
Por último, se destaca el potencial de la producción de metano renovable. El metano renovable es un gas que se produce combinando hidrógeno renovable con una fuente de CO2, ofrece una alternativa neutra en carbono si la electricidad no produce emisiones y la fuente de CO2 es biogénica; y es compatible con la infraestructura actual de gas natural fósil, pudiendo servir como sustituto de los combustibles convencionales.
En la actualidad, hay varios proyectos de demostración activos en toda Europa y la cantidad y el tamaño de las plantas de metanación han aumentado en los últimos años. Esto demuestra que el potencial de producción de metano renovable en Europa es considerable, especialmente considerando el CO2 disponible a partir de la producción de biometano. Proyectos innovadores como BIOMETHAVERSE y Nature Energy están demostrando la viabilidad y eficacia de esta tecnología a gran escala, aunque aún se enfrentan a desafíos relacionados con la integración con las redes de energía y gas, pérdidas de eficiencia asociadas con la producción de hidrógeno y la reacción de metanación, así como la necesidad de una infraestructura adecuada y políticas de apoyo.
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