La metanación como clave en las hojas de ruta del biogás y el hidrógeno

Los gases renovables, como el biogás, biometano, hidrógeno y el gas de síntesis producido a partir de residuos orgánicos y fuentes renovables, son combustibles gaseosos que, a diferencia de sus contrapartes fósiles, se obtienen de recursos sostenibles y no generan emisiones netas de CO2. Estos gases desempeñan un papel crucial en la descarbonización de la economía, contribuyendo no solo a la reducción de emisiones, sino también a disminuir la dependencia energética del exterior, equilibrando la balanza comercial. Además, fomentan la creación de empleo de calidad, especialmente en zonas rurales afectadas por el declive demográfico, donde se encuentran la mayoría de los residuos orgánicos y la disponibilidad de territorio para el despliegue de las energías renovables. 

Hojas de Ruta del Biogás e Hidrógeno

En este contexto, el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO) ha elaborado las Hojas de Ruta del Biogás y del Hidrógeno Renovable, identificando los retos y oportunidades para el pleno desarrollo de estos gases en España. La Hoja de Ruta del Biogás propone aumentar en 3,8 veces la producción de biogás para alcanzar los 10 TWh en 2030. Sin embargo, este objetivo parece poco ambicioso si consideramos que España consumió más de 300 TWh de gas natural en 2023. Indirectamente, esta Hoja de Ruta nos sugiere que el 97% del gas consumido en 2030 seguirá siendo de origen fósil. Esta meta no está en línea con la urgencia climática actual, especialmente cuando, según la Comisión Europea, el potencial de biogás en España podría ser 12 veces mayor y podría cubrir alrededor del 45% de la demanda actual de gas natural según la Asociación Española de Biogás.

La Hoja de Ruta del Biogás propone aumentar en 3,8 veces la producción de biogás para alcanzar los 10 TWh en 2030. Sin embargo, este objetivo parece poco ambicioso si consideramos que España consumió más de 300 TWh de gas natural en 2023.

De esta producción de biogás, menos de la mitad se consumirá directamente, siendo siempre la opción preferible. Aunque los ingenieros químicos disfrutamos transformando productos, cada etapa de conversión implica una pérdida de energía. Por ello, es fundamental que las empresas o complejos industriales con residuos biodegradables y demanda de calor en sus procesos se conviertan en autoconsumidoras de su propio biogás. Sin embargo, en muchos casos, los centros de producción de biogás están alejados de los consumidores de gas, y la mejor opción es el upgrading del biogás para adaptarlo e inyectarlo en la red de gas natural existente.

Esta infraestructura, ya construida, debe adaptarse y ponerse al servicio de los nuevos productores de biogás. Tradicionalmente, la red de gas ha estado diseñada para buscar productores en el exterior a través de grandes gasoductos, como el Medgaz entre Argelia y España, e ir a buscar nuevos consumidores locales mediante ramificaciones internas. Sin embargo, este modelo debería invertirse. En lugar de depender de productores lejanos, debemos centrarnos en aprovechar y conectar a los nuevos productores locales de biogás, adaptando la infraestructura existente. 

A pesar de que la Hoja de Ruta del Biogás parece poco ambiciosa y existe un debate sobre las metas establecidas, el sector del biometano está comenzando a despegar en España. De acuerdo con el mapa interactivo de Gasnam, actualmente hay 13 plantas en operación en la Península Ibérica. Nedgia ya tiene registrados 45 proyectos para la inyección de biometano en su red, con una capacidad de 2.400 GWh/año, equivalente al consumo de gas de medio millón de hogares. 

Es fundamental que las empresas o complejos industriales con residuos biodegradables y demanda de calor en sus procesos se conviertan en autoconsumidoras de su propio biogás.

En cuanto al hidrógeno renovable, la Hoja de Ruta se enfoca en incentivar la inversión para posicionar a España como un referente tecnológico, con la meta de alcanzar una capacidad instalada de 4 GW de electrolizadores en 2030. El Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) refuerza esta estrategia, y contiene nuevas medidas que darán mayor impulso al hidrógeno renovable, con un objetivo más ambicioso de alcanzar los 11 GW de capacidad instalada. De este total, se espera que solo el 25% se destine a la industria, el sector que actualmente consume la mayor parte del hidrógeno, lo cual parece insuficiente. Quizás sería más eficiente concentrar los esfuerzos en descarbonizar el consumo existente de hidrogeno del sector industrial antes de centrar los esfuerzos en nuevas aplicaciones. Hasta la fecha, la Asociación Española del Hidrógeno ha registrado 123 proyectos con un alto nivel de madurez tecnológica, lo que sugiere que los objetivos están encaminados a cumplirse. En paralelo, ambas Hojas de Ruta están contribuyendo al impulso de estos sectores, haciendo que tanto el biogás como el hidrógeno renovable comiencen a despegar en España.

La metanación: el enlace entre ambas Hojas de Ruta

Actualmente, las plantas de biometano emiten a la atmósfera aproximadamente un tercio del carbono del biogás en forma de dióxido de carbono. Dado que este CO2 es de origen biogénico, no supone un problema en los inventarios ambientales, ya que se habría emitido igualmente en la descomposición natural de la materia orgánica. Sin embargo, la utilización del CO2 como fuente renovable de carbono podría ser relevante en el futuro. Muchos procesos industriales, como la producción de metanol, están comenzando a reemplazar el carbono fósil por carbono biogénico. Las plantas de upgrading podrían ofrecer su dióxido de carbono de alta calidad, superior al obtenido de otras fuentes como la captura en procesos de combustión de biomasa o directamente del aire. En este sentido, la valorización de este subproducto podría mejorar la viabilidad económica de las plantas de upgrading.

Otra alternativa tecnológica a la separación y su posterior conversión del CO2 hacia productos de interés, es la producción de biometano mediante su combinación con hidrógeno, la conocida como reacción de Sabatier. Este proceso convierte el CO2, que normalmente se rechaza en las plantas de upgrading, en más biometano. En tratarse del mismo producto que ya se está generando, se unifican así esfuerzos en las etapas de inyección, distribución y comercialización. Sin embargo, la ventaja clave de esta opción, es que de hecho se puede evitar la etapa previa de separación del CO2, eliminando la necesidad de upgrading, ya que el metano no interfiere negativamente en el proceso de reacción de Sabatier, lo que la convierte en una alternativa eficiente para incrementar la producción de biometano.

La combinación temporal del hidrógeno con el biogás resuelve algunas de las principales limitaciones del hidrógeno, como la necesidad de almacenarlo a altas presiones o en condiciones criogénicas, y reduce la inversión en nuevas infraestructuras especializadas.

Un beneficio adicional de este proceso es que da salida a la producción de hidrogeno en áreas rurales, donde existe mayor disponibilidad de terreno para su instalación, y donde las fuentes de energía renovable como la eólica y la fotovoltaica pueden abastecerlos de electricidad verde. Además, la combinación temporal del hidrógeno con el biogás resuelve algunas de las principales limitaciones del hidrógeno, como la necesidad de almacenarlo a altas presiones o en condiciones criogénicas, y reduce la inversión en nuevas infraestructuras especializadas. Esta combinación, aunque temporal, representa una sinergia estratégica para ambos gases renovables.

A diferencia de la tecnología de upgrading, que ya está plenamente comercializada, y de las tecnologías de electrólisis, que han alcanzado altos niveles de madurez tecnológica, la metanación aún se encuentra en una fase de desarrollo. Si bien ha habido intentos industriales, como la planta alemana de Etogas en 2009 con tecnología catalítica y recientemente la planta danesa Glansager con tecnología biológica, y nacionales a escala piloto como el Renovagas en 2014, el Cosin en 2018 y el Nimbus en 2023: lo cierto es que la metanación aún no ha dado un salto significativo en su despliegue. Actualmente, la producción de biometano a través de metanación, tanto biológica como catalítica, sigue siendo más costosa que las alternativas fósiles y que el propio upgrading.

No obstante, la viabilidad económica de esta tecnología es cuestión de tiempo, ya que a diferencia del upgrading depende fuertemente del coste del hidrogeno verde, que a su vez depende del precio de la electricidad y el coste de los electrolizadores, ambos con perspectivas favorables. Según el Banco de España, el coste medio de la electricidad podría reducirse a la mitad para 2030, y de forma más acusada en determinados momentos del día o del año. En cuanto a los electrolizadores, la Agencia Internacional de Energías Renovables proyecta una reducción de su coste de hasta un 85%, gracias a avances tecnológicos y economías de escala. 

El tercer pilar de la viabilidad económica de la metanación, y el más importante para su incorporación en el mercado, es la reducción del coste de sus reactores. En esta dirección, empresas como Naturgy y Ecotec, con enfoques catalíticos y biológicos, están desarrollando sus propias tecnologías para reducir estos costos. Cabe destacar que Naturgy, en colaboración con el Instituto de Investigación en Energía de Cataluña (IREC), ha validado recientemente una nueva tecnología catalítica de bajo coste para la producción de biometano en entornos rurales, lo que podría facilitar su adopción en zonas con menores capacidades de inversión.

La metanación proporciona una alternativa tecnológica adicional que puede permitir a los responsables políticos ser más ambiciosos en los futuros planes de descarbonización de la red de gas natural, particularmente a partir de 2030, y avanzar hacia su descarbonización total, cumpliendo así con los compromisos de neutralidad climática en 2050.

La metanación, al combinar biogás con hidrógeno, permite incrementar la producción total de biometano en un tercio, pero lo más importante es que unifica los objetivos de las Hojas de Ruta del Biogás y del Hidrógeno. En este contexto, la metanación se presenta como una alternativa tecnológica adicional que pueda permitir a los responsables políticos ser más ambiciosos en los futuros planes de descarbonización de la red de gas natural, particularmente a partir de 2030, y avanzar hacia su descarbonización total, cumpliendo así con los compromisos de neutralidad climática en 2050. 

Fotografías e infografía creadas por Fundació Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC)