LIFE Landfill Biofuel. Valorización sostenible de residuos para producción de biometano y su uso como combustible

Antecedentes

En la actualidad en plena lucha contra el cambio climático, la Unión Europea ha establecido tres objetivos principales dentro de su hoja de ruta. Los ejes principales se basan fundamentalmente en la reducción de las emisiones de CO2, penetración de las energías renovables y reducción del consumo energético [1].

Por otra parte, la Unión Europea cuenta con más de medio millón de vertederos que solo podrán acoger el 10% de los residuos municipales a partir de 2035, tal y como dicta la nueva Directiva de Residuos que entrará en vigor en 2020. Además, desde Europa se ha establecido un mecanismo de penalización para reducir las emisiones de CO2 en el sector del transporte, de manera que la industria del automóvil está estudiando diferentes tecnologías que permitan reducirlas y cumplir los objetivos de descarbonización [2].
En este contexto, el desarrollo de proyectos de obtención de biometano a partir de la materia orgánica contenida en los residuos municipales, es una oportunidad para potenciar la economía circular y convertir los residuos en un recurso que, colateralmente, disminuirá las emisiones del transporte por carretera.

El transporte representa casi una cuarta parte de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) de Europa y es la principal causa de la contaminación del aire en las ciudades. Dentro de este sector, el transporte por carretera es, con mucho, el que mayor impacto tiene, representando más del 70% de todos los GEI emisiones de este sector en 2014.

Según un informe elaborado por la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid [3], donde se analizan estudios científicos de medición de emisiones a la atmósfera procedentes de distintas tipologías de vehículos, el gas natural garantiza la calidad del aire reduciendo las emisiones de NOx hasta en un 97% y las partículas hasta en un 70%. Además cuando se habla de reducción de emisiones de CO2, no basta con analizar las emisiones directas del tubo de escape, sino realizar un análisis de ciclo de vida considerando todas las emisiones desde la generación de la energía hasta su utilización (Well-to-Whell). En el informe Greenhouse Gas Intensity from Natural Gas in Transport elaborado por Thinkstep [4] se evalúan las emisiones de una amplia gama de combustibles, mostrando que en un vehículo propulsado por biometano son un 83% menores que las de un vehículo propulsado por gasolina y un 79% menores que un vehículo diésel.

El biometano obtenido a partir de las emisiones de metano que se producen como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica de los residuos urbanos, se puede utilizar para generar combustible para uso vehicular. De esta manera, el biometano actúa como un sumidero y las emisiones de gases de efecto invernadero de un vehículo propulsado con este combustible se consideran neutras.

Uno de los retos tecnológicos más relevantes de cara a validar la producción de biometano a escala industrial, consiste en la implementación y optimización del proceso de post-tratamiento y purificación (“up-grading”) de las corrientes de biogás o gas residual de vertedero, con el fin elevar la pureza de metano por encima del 95%, y al mismo tiempo, eliminar las impurezas que tienen mayor influencia para compatibilidad el uso del biometano para inyección en la red de gas natural y/o un uso potencial como combustible para automoción. La presencia de compuestos orgánicos volátiles derivados del silicio (siloxanos), así como el oxígeno y compuestos de azufre (H2S, COS), aún en muy baja concentración, es un factor limitante a tener en cuenta de cara a mejorar la tecnología de producción de biometano a escala industrial. [5]

Otro indicador importante de cara a optimizar la viabilidad técnico-económica del proceso de producción/purificación de biometano y separación del CO2, es minimizar las pérdidas de metano, por razones económicas y ecológicas, ya que el CH4 es un gas de efecto invernadero 21 veces más dañino que el CO2. Asimismo, la implementación de otras tecnologías relacionadas con el uso directo o valorización del CO2 capturado, puede suponer un efecto de valor añadido al proceso desde el punto de vista ambiental y económico.

Aunque el uso de biometano en el transporte sigue siendo bajo y limitado a un pequeño número de países de la Unión Europea (UE) como Suecia, Alemania o Finlandia, la alta tasa de desarrollo ofrece buenas perspectivas para ampliar el mercado.

En Europa, el biogás se produce principalmente a partir de fermentación anaerobia utilizando residuos agrícolas, estiércol y cultivos energéticos (74%), y, en segundo lugar, por la recuperación de gases de vertedero (17%). Solo un 9% del biogás se genera en  plantas de tratamiento de lodos de depuradora y otras fuentes (9%). Si se tiene en cuenta que en la Unión Europea hay más de medio millón de vertederos, supone una oportunidad económica para convertir los residuos en un recurso que, además, contribuirían a la disminución las emisiones de gases de efecto invernadero. 

El proyecto Life Landfill Biofuel, aprobado por la Comisión Europea con un presupuesto global de 4,67 millones de euros y una duración de cuatro años, transformará el biogás de vertedero en biometano para uso vehicular. 

Life Landfill Biofuel, liderado por FCC, cuenta con un consorcio de siete empresas de España y Portugal. Como proveedores de tecnologías y servicios participan FCC, la Fundación CARTIF y SYSADVANCE. Como proveedores de conocimiento de mercado y promoción del proyecto: GASNAM y la UNIVERSIDAD DE GRANADA. Y, finalmente, como fabricantes de vehículos participan IVECO y SEAT.

Descripción del proyecto

El objetivo de LIFE LANDFILL BIOFUEL es demostrar el rendimiento técnico de un sistema rentable basado en la implementación de nuevas técnicas de explotación de los residuos, para mejorar la producción y recuperación de biogás de vertedero, junto con la aplicación de una innovadora tecnología de enriquecimiento de ese biogás para la producción de biometano con calidad suficiente para uso vehicular. 

La planta de demostración a escala preindustrial tendrá un aporte de biogás extraído del vertedero de 378 m3/h y producirá 200 m3/h de biometano que se emplearán en tres turismos y un camión de recogida de residuos. La planta constará de tres secciones diferenciadas: i) Área de pretratamiento para retirar las impurezas del biogás obtenido del vertedero (H2S, H2O, Siloxanos, etc.); ii) Área de enriquecimiento del biogás para retirar principalmente CO2, O2 y N2 mediante tecnología VPSA; iii) Área de compresión para obtener el biometano comprimido apto para ser usado como combustible en vehículos.

En la etapa de pretratamiento, el biogás es tratado en un lavador biológico y posteriormente en un sistema de adsorción con carbón activo que permitirá reducir el contenido de H2S hasta <1ppm. A continuación, el gas es comprimido y enfriado para alcanzar la presión y temperatura necesarias para la siguiente etapa. 

La tecnología VPSA empleada para el enriquecimiento del biogás que será suministrada por la empresa SYADVANCE, está basada en un sistema de adsorción por presión en vacío. Es una tecnología eficiente que permitirá el enriquecimiento del biogás para obtener un biometano con más de un 96 % de CH4, sin consumo de calor ni de agua y un consumo de energía entre un 7 % y un 12 % inferior a otras técnicas.

Finalmente, el biometano obtenido es comprimido y dispuesto para su uso en vehículos. En este caso, será probado en un camión de recogida de residuos de la marca IVECO propiedad de la compañía FCC y tres turismos SEAT. 

Resultados esperados

El proyecto Life Landfill Biofuel será la primera demostración a escala preindustrial de una solución innovadora y rentable para biogás extraído de vertederos que permitirá la obtención de 200 m3/h de biometano para uso vehicular o inyección en red. Al mismo tiempo, el proyecto definirá los nuevos protocolos de explotación de los pozos de biogás para mejorar la eficiencia y calidad del biogás recuperado de vertederos. El modelo propuesto podrá ser transferido a otros vertederos, promoviendo así la valorización del biogás obtenido.

Con el proyecto se espera lograr una reducción de las emisiones de contaminantes que afectan tanto a la calidad de aire como al cambio climático, puesto que el uso de biometano en sustitución de un combustible convencional de origen fósil para el transporte reducirá las emisiones de CO2, NOx, partículas y azufre. En concreto, se ha estimado que se producirá la reducción de 45,29 ton de CO2 durante la duración del proyecto y de 18822 ton de CO2 durante tres años después de la finalización del proyecto.  

Además, con este proyecto se potenciará un nuevo modelo de negocio para la gestión de empresas de vertederos basado en la comercialización del biometano como combustible para vehículos a través del análisis y eliminación de barreras tecnológicas y financieras existentes para estas inversiones y mediante una colaboración intensiva con las partes interesadas identificadas. 

Adicionalmente, el proyecto contribuirá a la creación de empleo tanto durante la ejecución de proyecto como cuando la planta opere a su plena capacidad una vez finalizado el mismo. 

Conclusiones

El biometano está llamado a convertirse en una alternativa energética de futuro. Su inyección en la red de gas natural o su uso como combustible en distintos tipos de vehículos es ya una realidad. Con el proyecto Life Landfill Biofuel se construirá una planta preindustrial con tres secciones diferenciadas (área de pretratamiento, área de enriquecimiento del biogás y área de compresión) que permitirá una valorización alternativa del biogás generado en los vertederos, utilizándose para la producción de biometano para uso vehicular. Este proyecto abre nuevas oportunidades para la gestión de los vertederos y para la industria del transporte y es una manera adecuada de responder al actual reto ambiental. 

Referencias

[1] Marco Estratégico de Energía y Clima: Una oportunidad para la modernización de la economía española y la creación de empleo. Ministerio para la Trancisión Ecológica, España. https://www.miteco.gob.es/es/cambio-climatico/participacion-publica/marco-estrategico-energia-y-clima.aspx
[2] Reglamento (UE) 2019/631 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 17 de abril de 2019, por el que se establecen normas de comportamiento en materia de emisiones de CO2 de los turismos nuevos y de los vehículos comerciales ligeros nuevos, y por el que se derogan los Reglamentos (CE) n.° 443/2009 y (UE) n.° 510/2011. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/?uri=CELEX:32019R0631
Reglamento (UE) 2019/1242 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de junio de 2019, por el que se establecen normas de comportamiento en materia de emisiones de CO2 para vehículos pesados nuevos y se modifican los Reglamentos (CE) n.o 595/2009 y (UE) 2018/956 del Parlamento Europeo y del Consejo y la Directiva 96/53/CE del Consejo. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/?uri=CELEX:32019R1242
[3] Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. (2019). Informe de emisiones de vehículos que afectan a la calidad del aire. Recuperado de https://gasnam.es/wp-content/uploads/2019/09/INFORME-DE-EMISIONES-DE-VEH%C3%8DCULOS-QUE-AFECTAN-A-LA-CALIDAD-DEL-AIRE_GASNAM.pdf
[4] Thinkstep. (2017). Greenhouse Gas Intensity from Natural Gas in Transport. Recuperado de http://ngvemissionsstudy.eu/
[5] UNE-EN 16723-2. Gas natural y biometano para uso en transporte y biometano para inyección en la red de gas natural. Parte 2: Especialidades del combustible para automoción.

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