El biogás se genera mediante el proceso de la digestión anaerobia a partir de diferentes residuos como son:

•  Lodos de EDAR

•  Deyecciones ganaderas

•  Residuos de la industria de alimentos

•  Comida y residuos orgánicos de restaurantes y otros comercios.

•  Residuos de cocina y jardín

La digestión anaerobia es un proceso biológico mediante el cual una serie de bacterias degradan la materia orgánica y generan el biogás, una mezcla de CH 4 , CO 2 y trazas de otros gases como H 2 , H 2 S, amonio etc. En la tabla siguiente se presenta la composición típica de gas de distinto origen: biogás generado en vertedero, biogás generado en un digestor anaerobio, y gas natural.

El biogás generado puede tener varias alternativas de uso:

•  Producción de electricidad y calor mediante un motor de cogeneración

•  Inyección directa a la red de gas natural

•  Utilización del biogás como combustible para vehículos

El uso como combustible en los vehículos o inyección a la red de gas, requieren su depuración y concentración previa ( upgrading ). El biogás debe contener una composición entre 95-98% en metano.

Para la obtención de biogás con una alta concentración en metano se necesita un tratamiento adecuado que elimine el ácido sulfhídrico, los siloxanos, el CO 2 , la humedad, etc. Cada uno de estos compuestos posee un efecto nocivo:

•  H 2 S y mercaptanos : Son corrosivos para los equipos, por encima de 1000 ppm acortan la vida del aceite del motor y ponen en peligro el sistema de combustión del mismo.

•  Compuestos halogenados : en los motores de combustión interna los compuestos clorados generan HCl y CO 2 . HCl es corrosivo, directamente o por acidificación del aceite lubricante. Los efectos negativos empiezan a manifestarse a concentraciones de cloro superior a 50 ppm.

•  Agua: Formación de condensados y soluciones ácidas.

•  CO 2 : Reducción del poder calorífico.

•  Partículas : Decantación, obturación

•  NH 3 : Formación de óxidos nitrosos durante la combustión. Una vez depurado y concentrado el biogás tiene propiedades equivalentes al gas natural, el cual se puede comprimir para utilizarse en la automoción o inyectarlo a la red.

MÉTODOS DE DEPURACIÓN DEL BIOGÁS (“upgrading”)

Existen diversos métodos para depurar el biogás y eliminar y/o reducir los contaminantes presentes para poder utilizar el biometano como combustible en vehículos.

Métodos de adsorción

Se basan en la adsorción selectiva de las impurezas del gas mediante materiales sólidos granulados caracterizados por una gran superficie específica. Su aplicación a elevadas presiones mejora considerablemente el rendimiento. Se utilizan principalmente para eliminar agua, CO 2 y H 2 S.

Métodos de absorción

Son aplicables en el caso del CO 2 y H 2 S. Se basan en la trasferencia de materia entre un gas y un líquido que normalmente es agua.

Uno de los procedimientos empleados consiste en la utilización de soluciones de aminas, el cuales tienen un grupo amino (NH 2 ) que se combina con el CO 2 y el H 2 S para dar compuestos de hidrogeno carbonato, amoniaco (RNH 3 )HCO 3 y azufre con amoniaco (RNH 3 )S.

Otro método utilizado consiste en columnas tipo ducha (scrubber) que emplean soluciones de carbonato sódico o potásico para reducir el sulfuro de hidrógeno.

Métodos de separación por membrana

Se basa en la difusión de algunos compuestos a través de una membrana selectiva. Permite eliminar CO 2 , H 2 S , H 2 y otros hidrocarburos y gases ligeros.

La eficiencia de la separación por membrana es baja y el costo de la misma es elevado, además hay que aplicar elevadas presiones. Sin embargo, es una tecnología en constante crecimiento e innovación por lo que no se puede descartar su uso a medio plazo.

Métodos biológicos

Se llevan a cabo mediante la acción de determinados microorganismos tales como bacterias sulfoxidantes que llevan el sulfuro a azufre metálico. En la siguiente tabla se esquematiza la tecnología, ventajas e inconvenientes para la eliminación de cada uno de los contaminantes presentes en el biogás (Estudio de viabilidad de sistemas de purificación y aprovechamiento de biogás. Capítulo 1. Caracterización, purificación y control de biogás, (PSE Probiogás)).

Características principales de los motores a Biogás

Una vez el biogás esta depurado y enriquecido en metano, sus características son muy similares a las del gas natural, por lo que podrá ser utilizado en aquellos vehículos en los que se puede utilizar como combustible el gas natural.

Estos vehículos son utilizados en motores de combustión interna alternativos de encendido provocado (MEP o motores tipo OTTO). También se pueden utilizar motores de encendido por compresión (MEC); en estos casos suelen ser motores diesel transformados y lo habitual es que se utilice gasóleo para provocar su ignición.

En función del tipo de motor los vehículos en los cuales se puede utilizar biometano como combustible son:

•  Vehículos dedicados : Utilizan gas natural como único combustible. Se caracterizan por un rendimiento elevado y unas emisiones muy bajas.

•  Vehículos bi-fuel : Operan indistintamente con gas natural ó gasolina. Son motores MEP que tienen dos depósitos diferenciados, con dos sistemas diferentes de alimentación y un botón que permite seleccionar uno u otro carburante.

•  Vehículos tri-fuel : Son vehículos con motor MEP que pueden usar como combustible gasolina, etanol, mezclas de ambos ó gas natural indistintamente.

•  Vehículos dual-fuel : Son vehículos con motores MEC que usan una mezcla de gas natural y gasóleo. El gasóleo se utiliza para provocar la ignición. Cuando el vehículo está al ralentí, funciona con 100% gasóleo, mientras que a los grados de carga y regímenes de giro más elevados, la proporción de gasóleo puede estar comprendida entre el 5 y el 20%. En promedio, este tipo de motores puede consumir del orden de 60-70% de gas natural y 30-40% de gasóleo.

•  Vehículos de inyección directa de alta presión (HPDI) : Tecnología dual-fuel que inyecta simultáneamente gasóleo y gas natural a alta presión en la cámara de combustión.

En la actualidad y debido a motivos de aprovisionamiento de combustible, la mayor parte de los vehículos, llevan motores estándar de gasolina y pueden circular independientemente con gas o gasolina.

En los vehículos que funcionan con gas, la potencia, aceleración y velocidades máximas son similares a las de los vehículos convencionales equivalentes. La autonomía es más baja, debido al menor poder calorífico del gas por litro de combustible. La vida de un vehículo suele ser entre dos y tres años mayor que en los vehículos de gasóleo ó gasolina equivalentes, teniendo además menores costes de mantenimiento. La mayor parte de los vehículos ligeros a gas son vehículos de gasolina transformados, que trabajan de manera similar a los MEP de gasolina.

La forma más extendida de almacenamiento del gas en el vehículo es en forma comprimida en depósitos cilíndricos a presiones entre 200 y 300 bar. También puede utilizarse gas licuado a muy bajas presiones y -160º C. El gas licuado tiene la ventaja de ocupar menor volumen y menor peso dentro del vehículo, pero es más complejo y más costoso. En estos casos los depósitos son de doble pared, con aislante intermedio.

El gas comprimido requiere un volumen importante para el almacenamiento de combustible. Su densidad energética se estima en el 20-25% con respecto al gasóleo ó gasolina. A diferencia de los vehículos transformados a posteriori, donde el depósito se coloca en el maletero, los vehículos ligeros transformados de factoría llevan el depósito en su parte baja, mediante una disposición más racional, y no ocupando sitio del maletero. En los autobuses, estos depósitos van generalmente dispuestos en el techo y pueden llegar a suponer hasta el 17% del peso total del vehículo.

Mientras que el gas comprimido está más restringido a los transportes urbanos, por su baja autonomía, el gas licuado está siendo más empleado en vehículos pesados que realizan transportes interurbanos.