TEMES

TEMES

La metanació com a clau en els fulls de ruta del biogàs i l’hidrogen

Ciències tecnològiques21/10/2024IREC - Jordi Guilera
metà
biogàs
hidrogen
energia

Els gasos renovables, com el biogàs, el biometà, l’hidrogen i el gas de síntesi produït a partir de residus orgànics i fonts renovables, són combustibles gasosos que, a diferència del seu equivalent fòssil, s’obtenen de recursos sostenibles i no generen emissions netes de CO2. Aquests gasos tenen un paper crucial en la descarbonització de l’economia, contribuint no només a la reducció d’emissions, sinó també a disminuir la dependència energètica de l’exterior, equilibrant el balanç comercial.

Fulls de ruta del biogàs i l’hidrogen

En aquest context, el Ministeri per a la Transició Ecològica (MITECO) ha elaborat els fulls de ruta del biogàs (1) i de l’hidrogen renovable (2), identificant els reptes i les oportunitats per al ple desenvolupament d’aquests gasos a Espanya. El full de ruta del biogàs proposa augmentar en 3,8 vegades la producció de biogàs actual per arribar als 10 TWh l’any 2030. No obstant això, aquest objectiu sembla poc ambiciós si considerem que Espanya va consumir més de 300 TWh de gas natural l’any 2023. Indirectament, aquest full de ruta ens suggereix que el 97% del gas consumit l’any 2030 continuarà sent d’origen fòssil. Tanmateix, aquest objectiu no està en línia amb la urgència climàtica actual, especialment quan, segons la Comissió Europea, el potencial del biogàs a Espanya podria ser 12 vegades major a la proposta del full de ruta i cobriria al voltant del 45% de la demanda actual de gas natural segons l’Associació Espanyola del Biogàs.

D’aquesta producció de biogàs, el full de ruta indica que aproximadament la meitat es consumirà directament, sent sempre l’opció preferible, i que a l’altra meitat es necessitarà aplicar un procés d’upgrading. En aquest sentit, encara que els enginyers químics gaudim transformant productes, hem de tenir en compte que  cada etapa de conversió implica una pèrdua d’energia. Per això, és fonamental que les empreses o complexos industrials amb residus biodegradables i demanda de calor en els seus processos es converteixin en autoconsumidores del seu propi biogàs. D’altra banda, com que en molts casos els centres de producció de biogàs estan allunyats dels consumidors de gas,  la millor opció que tenen és l’upgrading del biogàs, és a dir, dur a terme a més a més un procés de purificació per eliminar el CO2 del biogàs. Així, s’obté un gas molt més pur (amb major concentració de metà) que es pot injectar directament a la xarxa de gas natural existent.

Aquesta infraestructura de gas ja construïda, però, s’hauria d’adaptar i posar al servei dels nous productors de biogàs. Tradicionalment, la xarxa de gas ha estat dissenyada per buscar productors a l’exterior a través de grans gasoductes, com el Medgaz entre Algèria i Espanya, i per arribar a nous consumidors locals mitjançant ramificacions internes. En aquest nou model, la xarxa hauria d’invertir el model tradicional que depèn de productors externs: en lloc de dependre de productors llunyans, hauria de centrar-se a aprofitar i connectar els nous productors locals de biogàs.

Pel que fa a l’hidrogen renovable, el full de ruta s’enfoca a incentivar la inversió per posicionar Espanya com un referent tecnològic, amb l’objectiu d’arribar a una capacitat instal·lada de 4 GW d’electrolitzadors l’any 2030. El Pla Nacional Integrat d’Energia i Clima (PNIEC) reforça aquesta estratègia, i conté noves mesures que donaran un major impuls a l’hidrogen renovable, amb un objectiu més ambiciós: arribar als 11 GW de capacitat instal·lada l’any 2030. D’aquest total, s’espera que només el 25% es destini a la indústria, el sector que actualment consumeix la major part de l’hidrogen, la qual cosa sembla insuficient. Potser seria més eficient concentrar els esforços a descarbonitzar el consum existent d’hidrogen del sector industrial abans de centrar-los en noves aplicacions.

La metanació: l’enllaç entre els dos fulls de ruta

Actualment, les plantes de biometà emeten a l’atmosfera aproximadament un terç del carboni del biogàs en forma de diòxid de carboni. Atès que aquest CO2 és d’origen biogènic, no suposa un problema en els inventaris ambientals, ja que s’hauria emès igualment en la descomposició natural de la matèria orgànica. No obstant això, la utilització del CO2 com a font renovable de carboni podria ser rellevant en el futur. Molts processos industrials, com la producció de metanol, estan començant a substituir el carboni fòssil per carboni biogènic (3). Les plantes d’upgrading podrien oferir el seu diòxid de carboni d’alta qualitat, superior a l’obtingut d’altres fonts com la captura en processos de combustió de biomassa o directament de l’aire. En aquest sentit, la valorització d’aquest subproducte podria millorar la viabilitat econòmica de les plantes d’upgrading.

Una altra alternativa tecnològica a la separació i la posterior conversió del CO2 cap a productes d’interès és la producció de biometà mitjançant la seva combinació amb hidrogen, la coneguda reacció de Sabatier (Figura 1). Aquest procés converteix el CO2, que normalment es rebutja en les plantes d’upgrading, en més biometà. En tractar-se del mateix producte que ja s’està generant, s’unifiquen així els esforços en les etapes d’injecció, distribució i comercialització. L’avantatge clau d’aquesta opció és que pot evitar l’etapa prèvia de separació del CO2, eliminant la necessitat d’upgrading, ja que el metà no interfereix negativament en el procés de reacció de Sabatier, la qual cosa la converteix en una alternativa eficient per incrementar la producció de biometà.

meta_verd_horitzontal1.png

Figura 1. Procés d’obtenció de biometà mitjançant la reacció de Sabatier

Un benefici addicional d’aquest procés és que dona sortida a la producció d’hidrogen en àrees rurals, on existeix major disponibilitat de terreny per a la seva instal·lació, i on les fonts d’energia renovable com l’eòlica i la fotovoltaica poden proveir-los d’electricitat verda. A més, la combinació temporal de l’hidrogen amb el biogàs resol algunes de les principals limitacions de l’hidrogen, com la necessitat d’emmagatzemar-lo a altes pressions o en condicions criogèniques, i redueix la inversió en noves infraestructures especialitzades. Aquesta combinació, tot i ser temporal, representa una sinergia estratègica per a tots dos gasos.

A diferència de la tecnologia d’upgrading, que ja està plenament comercialitzada, i de les tecnologies d’electròlisi, que han arribat a alts nivells de maduresa tecnològica, la metanació encara es troba en una fase de desenvolupament. Hi ha hagut intents industrials —com la planta alemanya d’Etogas (2009) amb tecnologia catalítica, i recentment la planta danesa Glansager amb tecnologia biològica, i nacionals a escala pilot com el Renovagas (2014), el Cosin (2018) i el Nimbus (2023) (4)—, la qüestió és que la metanació encara no ha fet un salt significatiu en el seu desplegament. Actualment, la producció de biometà a través de metanació, tant biològica com catalítica, continua sent més costosa que les alternatives fòssils i el mateix upgrading.

No obstant això, la viabilitat econòmica d’aquesta tecnologia és qüestió de temps perquè, a diferència de l’upgrading, depèn fortament del cost de l’hidrogen verd, que al seu torn depèn del preu de l’electricitat i el cost dels electrolitzadors, tots dos amb perspectives favorables. Segons el Banc d’Espanya, el cost mitjà de l’electricitat podria reduir-se a la meitat per al 2030, i de forma més acusada en determinats moments del dia o de l’any. Pel que fa als electrolitzadors, l’Agència Internacional d’Energies Renovables projecta una reducció del seu cost de fins a un 85%, gràcies a avanços tecnològics i economies d’escala.

El tercer pilar de la viabilitat econòmica de la metanació, i el més important per a la seva incorporació en el mercat, és la reducció del cost dels seus reactors. En aquesta direcció, empreses com Naturgy i Ecotec, amb enfocaments catalítics i biològics, estan desenvolupant les seves pròpies tecnologies per reduir aquests costos. Cal destacar que Naturgy, en col·laboració amb l’Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), ha validat recentment una nova tecnologia catalítica de baix cost per a la producció de biometà en entorns rurals, cosa que podria facilitar la seva adopció en zones amb menors capacitats d’inversió (5).

La metanació, en combinar biogàs amb hidrogen, permet incrementar la producció de biometà fins a un terç, però el més important és que unifica els objectius dels fulls de ruta del biogàs i de l’hidrogen. En aquest context, la metanació proporciona una alternativa tecnològica addicional que pot permetre als responsables polítics ser més ambiciosos en els futurs plans de descarbonització de la xarxa de gas natural, particularment a partir del 2030, i avançar cap a la descarbonització total, complint així amb els compromisos de neutralitat climàtica l’any 2050.

Article adaptat de  "La metanación como clave en las hojas de ruta del biogás y el hidrógeno" de Jordi Guilera publicat a RETEMA (2024). Especial Bioenergía (https://www.retema.es/revista-digital/especial-bioenergia-10).

REFERÈNCIES

Contacta amb Divulcat