El biogás está cobrando cada vez más importancia como fuente de energía renovable. Pero, ¿qué se esconde exactamente detrás de este término? El biogás es una mezcla gaseosa inflamable que se genera durante la fermentación de materiales orgánicos en ausencia de aire. Se produceen plantas de biogás y puede utilizarse de múltiples formas para la generación de energía, ya sea para producir electricidad y calor o, tras el tratamiento adecuado, como biometano en la red de gas. Como alternativa respetuosa con el clima frente a los combustibles fósiles, el biogás desempeña un papel importante en la transición energética.

Definición de biogás: ¿qué se entiende por biogás?

La definición de biogás puede formularse con precisión: el biogás es una mezcla de diversos gases que se forma mediante la descomposición microbiana de sustancias orgánicas en condiciones anaeróbicas, es decir, sin oxígeno. Su composición química se compone principalmente de metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂), siendo el metano la parte combustible y rica en energía. En el contexto científico, el biogás se denomina producto de la fermentación anaeróbica. Este proceso biológico tiene lugar de forma natural en turberas, pantanos o en el tracto digestivo de los rumiantes. En las plantas de biogás, este proceso natural se optimiza técnicamente y se lleva a cabo de forma controlada con el fin de obtener energía de manera específica. Desde el punto de vista jurídico, el biogás está regulado en Alemania por la Ley de Energías Renovables (EEG) y se clasifica como fuente de energía biogénica. Se considera una energía renovable, ya que las materias primas utilizadas son renovables y, durante la combustión, solo se libera la misma cantidad de CO₂ que las plantas habían absorbido previamente de la atmósfera: un ciclo cerrado del carbono.

Biogás: ¿qué es? Los conceptos básicos explicados de forma sencilla

Biogás: ¿en qué consiste realmente en la práctica? En términos sencillos, se trata de «gas procedente de residuos biológicos». Imagine cómo se descompondrían normalmente los residuos de cocina, el estiércol de las granjas o los restos vegetales. Durante este proceso de descomposición se generan gases que simplemente se escapan a la atmósfera. En una planta de biogás, este proceso natural se controla en un recipiente cerrado – el fermentador – y se recoge el gas resultante. El fermentador es el corazón de toda planta de biogás. En este recipiente hermético se dan las condiciones óptimas para los microorganismos: una temperatura constante entre 35 y 55 grados Celsius, ausencia de oxígeno y un suministro uniforme de sustrato. Las bacterias descomponen los materiales orgánicos paso a paso y los transforman en biogás. El gas obtenido puede utilizarse de diversas formas:

• Directamente in situ, en una planta de cogeneración, para la generación conjunta de electricidad y calor
• Tras su tratamiento, como biometano, se inyecta en la red de gas natural
• Como combustible para vehículos
• Utilizado para la generación exclusiva de calor en calderas

La gran ventaja: el biogás se puede almacenar y utilizar según las necesidades, a diferencia de la energía solar o eólica, que dependen de las condiciones meteorológicas.

¿Qué es el biogás, explicado de forma sencilla? El proceso paso a paso

¿Qué es el biogás, explicado de forma sencilla, si se considera todo el proceso de formación? Piense en un ciclo cerrado que se desarrolla en varias fases sucesivas: Fase 1: Hidrólisis La primera etapa comienza con la descomposición de moléculas orgánicas complejas. Los hidratos de carbono, las proteínas y las grasas se descomponen mediante enzimas en componentes más pequeños: azúcares, aminoácidos y ácidos grasos. Este paso es comparable a la digestión en el cuerpo humano. Fase 2: Acidogénesis (formación de ácidos) Las moléculas descompuestas son degradadas posteriormente por bacterias acidógenas. Se producen ácidos orgánicos de cadena corta, como el ácido acético, el propiónico y el butírico, así como alcoholes, hidrógeno y dióxido de carbono. En esta fase, el valor del pH en el fermentador desciende ligeramente. Fase 3: Acetogénesis (formación de ácido acético) Las bacterias acetogénicas transforman los ácidos y alcoholes resultantes en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono. Estos compuestos son los precursores directos de la formación de metano. Fase 4: metanogénesis (formación de metano) En el último paso, los microorganismos metanógenos (arqueas) producen metano, un gas rico en energía, a partir del ácido acético, el hidrógeno y el dióxido de carbono. Estos microbios son muy sensibles y requieren condiciones estables. Son la razón por la que el proceso debe desarrollarse en ausencia de oxígeno. El tiempo de permanencia del material en el fermentador oscila entre 20 y 80 días, dependiendo del sustrato y la temperatura. Durante este tiempo se produce biogás de forma continua, que se extrae a través de una tubería de gas y se almacena.

Composición del biogás: ¿qué gases contiene?

La composición del biogás varía en función de las materias primas utilizadas, pero puede indicarse en rangos típicos: Componentes principales:

• Metano (CH₄): 50-75 % en volumen – el componente de mayor valor energético –
• Dióxido de carbono (CO₂): 25-45 % en volumen – no es inflamable; debe separarse para un aprovechamiento de mayor valor –

Componentes secundarios:

• Vapor de agua (H₂O): 1-5 % en volumen – dependiendo de la temperatura del gas –
• Nitrógeno (N₂): 0-5 % en volumen – entra en el proceso a través de fugas o junto con el sustrato –
• Oxígeno (O₂): 0-2 % en volumen – debe evitarse en la medida de lo posible –
• Sulfuro de hidrógeno (H₂S): 0,01-2 % en volumen – corrosivo; debe eliminarse antes de su uso –
• Amoníaco (NH₃): trazas – se genera con sustratos ricos en proteínas
• Hidrógeno (H₂): < 1 % en volumen – producto intermedio en el proceso de degradación

El contenido de metano determina de manera decisiva el poder calorífico del biogás. Cuanto mayor sea la proporción de metano, mayor será el poder calorífico. El biogás bruto tiene un poder calorífico de entre 5 y 7,5 kWh por metro cúbico, mientras que el biometano tratado, con un contenido de metano del 97 %, alcanza unos 10 kWh por metro cúbico, comparable al del gas natural.

Materias primas para la producción de biogás

La diversidad de sustratos que pueden utilizarse hace que el biogás sea especialmente flexible. En principio, cualquier material orgánico que contenga carbono puede someterse a fermentación. En la práctica, se distinguen los siguientes grupos de materiales: Materias primas renovables:

• Cultivos energéticos como el maíz, los cereales, las gramíneas y la remolacha azucarera
• Cultivadas específicamente para la producción de energía
• Elevado rendimiento de metano por hectárea
• Disponibilidad previsible y calidad constante

Estercos de granja:

• estiércol líquido de ganado vacuno, porcino o aves de corral
• Estiércol sólido procedente de la ganadería
• Se generan de forma continua en las explotaciones agrícolas
• Contribuye a la reducción de emisiones, ya que evita que el metano se libere de forma incontrolada a la atmósfera

Residuos y desechos orgánicos:

• Residuos orgánicos de hogares y municipios
• Restos de comida procedentes de la hostelería y la industria alimentaria
• Residuos de la transformación de alimentos (sellos, lías, suero de leche)
• Residuos vegetales y material procedente del mantenimiento de espacios verdes
• Lodos de depuración procedentes de plantas depuradoras municipales

Sustratos innovadores:

• Algas y plantas acuáticas
• Paja y otros residuos de cosecha
• Residuos orgánicos industriales

La elección de los sustratos no solo influye en la cantidad y la calidad del gas, sino también en la rentabilidad de la planta. Una mezcla equilibrada de distintos sustratos (mezcla de sustratos) garantiza unas condiciones de proceso estables y un rendimiento óptimo de gas.

El proceso en la planta de biogás: de la biomasa al gas aprovechable

Una planta moderna de biogás consta de varios componentes coordinados entre sí que, en conjunto, garantizan un proceso continuo: Almacenamiento y preparación de sustratos: Antes de que los materiales orgánicos lleguen al fermentador, se recogen, se trituran si es necesario y se homogeneizan. Los sustratos sólidos, como el ensilado, se mezclan con componentes líquidos, como el purín, para alcanzar una consistencia que permita su bombeo. Las modernas técnicas de alimentación, como los sistemas Easyfeeder de Biogastechnik Süd, garantizan una dosificación uniforme y energéticamente eficiente del sustrato. Fermentador (depósito de fermentación principal): En el fermentador tiene lugar la producción propiamente dicha de biogás. Estos depósitos estancos al gas, generalmente cilíndricos, tienen una capacidad que oscila entre unos cientos y varios miles de metros cúbicos. La temperatura constante se mantiene mediante serpentines calefactores o sistemas de calefacción del depósito. Los agitadores – por ejemplo, los agitadores de paletas como el Varibull – garantizan una mezcla homogénea del sustrato, evitan la formación de capas flotantes y de sedimentos, y aseguran un contacto óptimo entre las bacterias y los nutrientes. Fermentador de postfermentación: Tras la fermentación principal, el material pasa a un fermentador de postfermentación, donde, gracias a un tiempo de permanencia más prolongado, se aprovecha el potencial de gas restante. Aquí también se agita y se calienta, aunque de forma menos intensa que en el fermentador. Almacenamiento de gas: El biogás producido se recoge en depósitos de gas, ya sea en cubiertas de lámina directamente sobre los fermentadores (cubiertas de aire) o en depósitos de gas independientes. De este modo, el gas puede almacenarse y utilizarse según las necesidades. Tratamiento del gas: Antes de que el biogás pueda utilizarse, es necesario eliminar impurezas como el sulfuro de hidrógeno para evitar la corrosión. Para su inyección en la red de gas natural o su uso como combustible, se requiere un tratamiento más complejo para convertirlo en biometano: En este proceso se separa el CO₂, de modo que se alcanza un contenido de metano superior al 96 %. Almacenamiento de residuos de fermentación: El material fermentado (residuo de fermentación) es un fertilizante orgánico de alta calidad. Se almacena temporalmente en depósitos de residuos de fermentación y puede esparcirse en terrenos agrícolas de acuerdo con las disposiciones del Reglamento sobre fertilizantes. Las técnicas de separación, como el Sepogant de Biogastechnik Süd, separan el residuo de fermentación en una fase líquida y otra sólida, lo que facilita su transporte y almacenamiento.

Ventajas y beneficios del biogás como fuente de energía

El biogás ofrece numerosas ventajas frente a las fuentes de energía fósiles y también frente a otras energías renovables: Protección del clima: Al quemar biogás, solo se libera la misma cantidad de CO₂ que las plantas han absorbido durante su crecimiento. Además, el aprovechamiento del purín y los residuos orgánicos evita las emisiones de metano que, de otro modo, se producirían durante su almacenamiento al aire libre. El metano es aproximadamente 25 veces más perjudicial para el clima que el CO₂. Independencia energética: El biogás puede producirse a nivel regional y reduce la dependencia de los combustibles fósiles importados. Las explotaciones agrícolas pueden generar su propia energía y convertirse en productores de energía. Capacidad de carga base: A diferencia de la energía eólica y solar, el biogás puede almacenarse y su disponibilidad puede planificarse. Las plantas de biogás pueden producir electricidad en función de la demanda, estabilizando así la red eléctrica, lo cual resulta especialmente importante para la integración de energías renovables volátiles. Ciclo de nutrientes: Los residuos de fermentación contienen todos los nutrientes importantes para las plantas y son más fácilmente asimilables por estas que el estiércol sin fermentar. El nitrógeno se encuentra en mayor proporción en forma mineral, lo que permite ahorrar en fertilizantes químicos. Reducción de emisiones: Las modernas plantas de biogás son sistemas cerrados que reducen considerablemente las molestias por olores derivadas del almacenamiento de purín. Se minimizan las emisiones de amoníaco y metano. Perspectivas económicas: Las plantas de biogás generan valor añadido en las zonas rurales, garantizan los ingresos agrícolas y crean puestos de trabajo. Los operadores se benefician de tarifas de alimentación a la red estables y acceden a fuentes de ingresos adicionales.

Posibilidades de uso: ¿Cómo se utiliza el biogás?

El uso del biogás es muy versátil y depende del grado de pureza y de las condiciones locales: Cogeneración (CHP): La forma más habitual de aprovechamiento es la generación simultánea de electricidad y calor en plantas de cogeneración. Un motor de gas acciona un generador para producir electricidad, mientras que el calor residual del motor se aprovecha para calefacción. La electricidad se inyecta en la red pública, y el calor se utiliza para calentar los fermentadores, así como edificios cercanos, invernaderos o instalaciones de secado. El rendimiento eléctrico se sitúa en torno al 35-40 %, mientras que el rendimiento global supera el 85 %. Inyección de biometano: Tras su transformación en biometano, el gas puede inyectarse en la red de gas natural. De este modo, queda a disposición de todos los clientes de gas natural y puede utilizarse de forma flexible, desde la calefacción hasta los procesos industriales, pasando por la generación de electricidad en centrales eléctricas de gas. Combustible para vehículos: El biometano procesado (Bio-GNC) puede utilizarse como combustible respetuoso con el clima para vehículos que funcionan con gas natural. Los autobuses, camiones y turismos propulsados por gas circulan así con unas emisiones de CO₂ prácticamente nulas. En algunas regiones ya existen estaciones de servicio que ofrecen biometano. Aprovechamiento térmico: En los sistemas de calefacción a gas, el biogás o el biometano pueden sustituir al gas natural convencional y suministrar calefacción a los edificios de forma respetuosa con el clima. Esto resulta especialmente eficiente en las redes de calefacción de proximidad que abastecen a varios usuarios. Aplicaciones industriales: Algunas empresas industriales utilizan el biogás directamente en sus procesos de producción, por ejemplo, en la industria cerámica, la industria alimentaria o la industria química.

Diferencia entre biogás, biometano y gas natural

A menudo se confunden los términos biogás, biometano y gas natural. Sin embargo, existen diferencias importantes: Biogás: El biogás bruto procedente directamente del fermentador contiene aproximadamente entre un 50 % y un 75 % de metano, entre un 25 % y un 45 % de CO₂, así como sulfuro de hidrógeno, vapor de agua y otros gases en trazas. En esta forma, puede quemarse en plantas de cogeneración, pero no es apto para su inyección en la red. Biometano: Biogás tratado y purificado con un contenido de metano superior al 96 %. Su calidad es equivalente a la del gas natural y puede inyectarse en la red de gas o utilizarse como combustible. El término «biogás natural» se utiliza como sinónimo. Gas natural: Un combustible fósil que se formó hace millones de años a partir de materia orgánica bajo altas presiones y temperaturas. Se compone principalmente de metano (>80 %) y se extrae de yacimientos subterráneos. Durante su combustión se libera CO₂ fósil, que se suma a la atmósfera. La ventaja decisiva del biogás y el biometano: son renovables y climáticamente neutros, mientras que el gas natural aumenta la concentración de CO₂ en la atmósfera.

Retos y avances en la tecnología del biogás

A pesar de todas sus ventajas, el sector del biogás se enfrenta a retos que se abordan mediante tecnología innovadora: Diversidad de sustratos y flexibilidad: La tendencia se aleja de la fermentación exclusiva de maíz para orientarse hacia una gama más amplia de sustratos. Los residuos, el purín y la hierba están cobrando importancia. Las modernas técnicas de alimentación y los sistemas de agitación – como los que ofrece Biogastechnik Süd con sus productos Easyfeeder y Varibull – permiten procesar incluso sustratos ricos en fibra y poco homogéneos. Optimización de procesos: Gracias a un control inteligente, una tecnología térmica optimizada y sistemas innovadores como la tecnología de ultrasonidos (Wavebox), se incrementa el grado de degradación de la materia orgánica. Esto se traduce en un mayor rendimiento de gas con el mismo volumen de sustrato. Tratamiento del residuo de digestión: La moderna tecnología de separación y la evaporación del residuo de digestión (Vapogant) reducen el volumen de almacenamiento y concentran los nutrientes. De este modo, se reducen los costes de transporte y se pueden comercializar de forma específica fertilizantes valiosos, como el sulfato de amonio. Flexibilización: Para compensar las fluctuaciones en la red eléctrica, las plantas de biogás se gestionan de forma cada vez más flexible. Esto significa que el biogás se almacena y se transforma en electricidad de forma selectiva cuando la demanda de electricidad es elevada. Los conceptos flexibles de plantas de cogeneración y los depósitos de gas de mayor capacidad lo hacen posible. Certificación de sostenibilidad: Las normas legales más estrictas y los criterios de sostenibilidad exigen una documentación precisa de los flujos de materiales y las emisiones. Solo el biometano producido de forma sostenible recibe subvenciones y puede contabilizarse en las cuotas de gases de efecto invernadero.

El biogás en el contexto de la transición energética

El biogás contribuye de manera importante a la transición energética, especialmente en ámbitos difíciles de electrificar: En la agricultura, el biogás permite el aprovechamiento energético de los purines y los residuos agrícolas. Los agricultores se convierten en agentes activos de la transición energética y, al mismo tiempo, mejoran su balance de nutrientes. En el sector de la calefacción, el biometano puede sustituir al gas natural fósil en los sistemas de calefacción y contribuye a la descarbonización del parque inmobiliario. Las redes de calefacción local basadas en biogás suministran calefacción a localidades enteras de forma respetuosa con el clima. En el sector del transporte, el biometano como combustible ofrece una alternativa, especialmente para el transporte pesado y los vehículos industriales, en los que los sistemas de propulsión eléctricos a batería alcanzan sus límites. En la industria, el biogás sustituye a los combustibles fósiles en los procesos de producción y contribuye a la reducción de las emisiones industriales. Su integración en sistemas energéticos inteligentes convierte al biogás en un valioso componente de un suministro energético seguro, descentralizado y renovable. Mientras que la energía eólica y la solar son volátiles, el biogás ofrece energía previsible y regulable, lo que lo convierte en un complemento ideal para la combinación energética del futuro.