Metano sintético renovable a partir de hidrógeno y biogás
Investigadores de la UPM simulan procesos de metanización catalítica directa de biogás y analizan su configuración óptima para valorar la viabilidad del metano sintético producido desde el punto de vista del diseño, rendimiento y economía.
Los sistemas ‘Power-to-Gas’ permiten convertir excedentes de electricidad renovable en gases como el hidrógeno o metano, considerados vectores esenciales en la transición energética por su capacidad de almacenamiento de energía a gran escala y largo plazo que permitirán prescindir de otros procesos mucho más contaminantes como los basados en gas natural que al quemarse liberan un gran volumen de CO2 a la atmósfera.
De ahí que mejorar el diseño, rendimiento y economía de estos sistemas sea uno de los principales retos a los que se enfrenta la comunidad científica. Con este objetivo, un equipo de investigadores de la UPM ha simulado los procesos de metanización basados en un modelo cinético riguroso de la reacción y ha determinado su configuración óptima y viabilidad económica.
El H2 electrolítico y el CO2 pueden transformarse en metano sintético (CH4) que tiene ventajas en cuanto a densidad energética, infraestructura y utilización. Pero hasta ahora, los procesos para lograrlo requerían separar el CO2 de fuentes donde está mezclado con otros gases y de ahí que “la obtención del metano mediante el uso directo de biogás sea una alternativa muy interesante que evita las fuentes de carbono y tratamientos convencionales”, explica Fernando Gutiérrez, investigador de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial (ETSIDI) y uno de los autores de este trabajo.
La investigación realizada muestra que es posible obtener un gas sintético (SNG) de ‘calidad gasoducto’ con reactores refrigerados en 1 etapa o lechos adiabáticos en solo 2 etapas, sin ningún procesamiento adicional, gracias al uso directo del biogás (CO2, CH4), la recirculación del efluente y la eliminación de agua a la salida de los reactores. Pero, ¿llegará a ser esto viable desde el punto de vista de la productividad y economía del proceso?
Para averiguarlo, los investigadores de la UPM modelan rigurosamente los procesos de metanización catalítica del biogás y valoran si esta alternativa puede ser adecuada fuera del laboratorio o la simulación. Los factores a tener en cuenta son diversos, explican los investigado-res: “El análisis económico muestra que los costes de producción del gas sintético están do-minados por los del biogás y el H2, de forma que son similares para procesos con diferentes reactores y características de la materia prima, por lo que la optimación de la etapa de metanización debe valorarse sobre todo por su factibilidad y rendimiento técnicos, ya que permite evitar con bajo sobrecoste los problemas derivados del uso final del biogás y el hidrógeno”, asegura Gutiérrez.
El trabajo desarrollado por los investigadores de la UPM, recientemente publicado en la re-vista `Renewable Energy´, pone de relieve el potencial que la optimización de los reactores químicos plantea de cara a intensificar, simplificar y abaratar el proceso de obtención de me-tano sintético, el cual permite usar de modo eficaz las infraestructuras gasistas y descarboni-zar otros sectores, además de ser una oportunidad en cuanto a capacidad exportadora de energía limpia.
“Aunque el coste final de producción de SNG (0,54–0,58 €/Nm3) sigue siendo elevado en comparación con el gas natural, es muy sensible a los precios del biogás y la electricidad, por lo que si se adoptan medidas adecuadas con relación a estos factores la obtención de SNG a partir de biogás puede ser rentable y contribuir a la reducción de las emisiones”, añaden.
F. Gutiérrez-Martín, L.M. Rodríguez-Antón, M. Legrand, Renewable power-to-gas by direct catalytic methanation of biogas, Renewable Energy, Volume 162, 2020, Pages 948-959, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.090. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148120313355)
MITECO