Resumen de El biogás, fuente renovable de metano e hidrógeno

Alma Capa, Mª Victoria Gil, Fernando Rubiera González, Covadonga Pevida García

• español

  El biogás es un recurso biomásico sostenible debido a su naturaleza renovable que puede ser utilizado para la producción de biometano, como sustituto del metano de origen fósil, y de hidrógeno. El hidrógeno se considera uno de los futuros vectores energéticos más limpios si se genera a partir de fuentes renovables. El Grupo de Procesos Energéticos y Reducción de Emisiones (PrEM) de INCAR-Csic trabaja en dos líneas de investigación relacionadas con el biogás: purificación de biogás para producir biometano y producción de hidrógeno renovable mediante reformado de biogás con captura integrada de CO2.

  La línea de investigación sobre obtención de biometano a partir de biogás se ha fundamentado en el desarrollo de materiales y procesos de absorción para la separación de CO2. Se han desarrollado materiales absorventes a partir de resíduos biomásicos mediante activación física con CO2 en una sola etapa y se ha evaluado su capacidad para separar CO2 de mezclas CO2/ CH4 y CO2/CH4/H2O, representativas de corrientes de biogás seca y húmeda, respectivamente. El absorvente preparado a partir de serrín de pino mostró un buen comportamiento para la separación CO2/CH4 a presión atmosférica y una presión parcial de CO2 de 0,5. En condiciones húmedas y en un lecho fresco, la absorción de CO2 y CH4 es consistente con la obtenida para biogás seco, pero si el lecho está inicialmente saturado de vapor de agua la capacidad de absorción de ambos gases puede reducirse hasta un 50%, aunque la selectividad hacia el CO2 mejora.

  Por otro lado, el grupo PrEM ha evaluado termodinámica y experimentalmente la producción de H2 a partir de biogás (60% CH4 - 40% CO2) mediante el proceso de reformado con vapor con captura in-situ de CO2 (sorption enhanced steam reforming, SESR), que es un método novedoso y prometedor para mejorar la eficiencia de producción de hidrógeno. SERS combina la reaciión de reformado catalítico del biogás con la eliminación simultánea de CO2 en un solo paso. Se utilizó un catalizadorde Pd/Ni-Co y dolomía como sorbente de CO2. Se determinarion las condiciones óptimas del proceso en cuanto a temperatura, relación molar vapor/CH4 y velocidad espacial. El sorbente eliminó eficazmente el CO2 del biogás de la fase gaseosa y los resultados mostraron que el proceso SERS de un recurso biomásico renovable, como el biogás, puede producir bio-hidrógeno de alta pureza (98,4% vol.) con un elevado rendimiento (92,7%).

  Los resultados de esta investigación demuestran la potencialidad del biogás en el contexto de la transición energética y economía circular para alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible y lucha contra el cambio climático.

• English

  Biogas is a sustainable biomass resource due to its renewable nature that can be used for the biomethane production, as a substitute for fossil-based methane, and hydrogen production. Hydrogen is regarded as one of the cleanest future energy carriers if it is generated from renewable sources. The Energy Processes and Emission Reduction Group (PrEM) Group at INCAR-Csic develops two research lines focusing on biogas: upgrading to produce biomethane and renewable hydrogen production by biogas steam reforming with integrated CO2 capture.

  The research line on biomethane production from biogas is developing absorbent materials and processes to separate CO2 from biogas. We have produced adsorbent materials from biomass wastes by physical activation with CO2 in a single step and evaluated the CO2 capture performance from CO2/ CH4 and CO2/CH4/H2O blends, representative of dry and humid biogas streams, respectively. The absorbent produced from pine sawdust showed the best performance for CO2/CH4 separation at atmospheric pressure for a CO2 partial pressure around 0.5. Under wet conditions in a fresh bed of absorbent, the adsorption of CO2 and CH4 is consistent with that obtained for dry biogas, but when the bed is initially saturated with water vapor the adsorption capacity of both gases can be reduced down to 50%, although the CO2 selectivity improves.

  On the other hand, the Research Group has evaluated thermodynamically and experimentally the production of H2 from biogas (60% CH4 - 40% CO2) by sorption enhanced steam reforming (SESR), which is a novel and promising method to improve the hydrogen production efficiency. SERS combines the catalytic reforming reaction of biogas with simultaneous CO2 removal in a single step. A Pd/Ni-Co catalyst and dolomite as CO2 sorbent were used. The optimun process conditions of temperatures, steam/CH4 molar ratio and space velocity were elucidated. CO2 in biogas was effectively removed by the sorbent from the gas phase, and the results showed that high purity (98.4% vol.) high-yield (92.7%) biohydrogen can be produced by SESR of biogas.

  The results of this research demonstrate the potential of biogas to achieve the objectives of sustainable development and climate change mitigation within the context of the energy transition and circular economy.