Hidrógeno en la planta de biogás: escenarios de aplicación local y su viabilidad

Una planta de biogás puede ser el punto de partida para la producción de hidrógeno, pero en la mayoría de los casos la venta de biometano, bioCNG o electricidad ofrece un mejor resultado económico que la producción de hidrógeno in situ, ya que cada conversión energética conlleva pérdidas y costes. La electrólisis alimentada por electricidad de biogás consume 50–55 kWh/kg H₂, y la energía de 1 kg de hidrógeno (33,3 kWh según su poder calorífico inferior) representa aproximadamente el 60–65 % de la energía consumida en forma de electricidad. La conversión del gas en electricidad en un motor de cogeneración (CHP) con una eficiencia del 40 % reduce aún más la eficiencia de la cadena. El hidrógeno en una planta de biogás tiene sentido en nichos: cuando existe un consumidor local estable, cuando el hidrógeno se utiliza para apoyar el proceso biológico o cuando se combina con excedentes de energía de otras fuentes.

Escenario 1: electrólisis con electricidad de biogás

El motor de cogeneración (CHP) genera electricidad, que alimenta el electrolizador. Eficiencia de la cadena: biogás → electricidad 40 % → hidrógeno (33,3/52 = 64 %) = aproximadamente el 26 % de la energía del biogás en hidrógeno (LHV). En comparación, el biometano procedente de la purificación (upgrading) conserva alrededor del 90–95 % de la energía del biogás. Por lo tanto, esta es la ruta con menor eficiencia. Además, el hidrógeno producido a partir de electricidad de biogás no es RFNBO (energía renovable de origen no biológico), y su estatus requiere una evaluación independiente. Aplicación: solo si el hidrógeno es absolutamente necesario y la electricidad del biogás no puede venderse a un precio más bajo.

Escenario 2: reformado de biometano

El biometano se transforma en hidrógeno (véase la entrada sobre reformado). El consumo de aproximadamente 3,4 kg de CH₄ por kg de H₂ implica una eficiencia de alrededor del 70 % en relación con la energía del biometano. Resulta viable cuando existe una demanda industrial local y se dispone de una instalación de reformado; a pequeña escala, es costoso.

Escenario 3: hidrógeno para apoyar la metanogénesis

La adición de hidrógeno a la cámara de fermentación o a un reactor independiente permite convertir el CO₂ del biogás en metano adicional (metanización biológica in situ o ex situ). Las ventajas son la utilización del CO₂ y la resistencia a las impurezas; los inconvenientes son las limitaciones en la transferencia de gas al líquido y la pequeña escala. La economía depende del precio de la electricidad (véase la entrada sobre metanización).

Escenario 4: combustible para maquinaria agrícola

El hidrógeno como combustible para tractores y maquinaria agrícola se encuentra en una fase temprana de desarrollo. El requerimiento energético de un tractor es de varios cientos de kWh al día durante la temporada, por lo que se necesita una instalación de potencia adecuada y una estación de repostaje de hidrógeno (compresión a varios cientos de bar). Actualmente, una solución más práctica y económica para la maquinaria agrícola es el bioCNG/bioLNG o el biodiésel, y en el futuro, las soluciones eléctricas.

Escenario 5: suministro a la industria o al transporte

Si en las proximidades opera una planta que consume hidrógeno (química, refinería, vidrio) y busca hidrógeno con una baja huella de carbono, la planta de biogás puede convertirse en proveedora. Esto requiere una gran escala, certificación e infraestructura para el transporte de hidrógeno (tuberías, trailers). Para una única instalación agrícola, la escala suele ser demasiado pequeña.

Ejemplo comparativo

Supuestos: 1000 MWh de energía química de biogás al año (con un 55 % de CH₄).

Las diferencias son enormes. El hidrógeno solo tiene sentido cuando su valor para el consumidor, en términos de MWh, es significativamente mayor que el valor del biometano o la electricidad.

Criterios de decisión

1. ¿Existe un consumidor estable de hidrógeno con contrato?
2. ¿Cuál es el coste de toda la cadena (producción, purificación, compresión, almacenamiento, transporte)?
3. ¿El hidrógeno cumple los requisitos para recibir apoyo o primas, y qué requisitos regulatorios debe cumplir?
4. ¿La alternativa (biometano, bioCNG) no ofrece un mejor resultado?
5. ¿Se dispone de competencia técnica y aceptación del riesgo (ATEX, hidrógeno)?

Seguridad y formalidades

El hidrógeno tiene un amplio rango de inflamabilidad (en aire, aproximadamente 4–75 % en volumen) y una energía de ignición muy baja, por lo que las instalaciones de hidrógeno requieren una evaluación de riesgos específica, zonas Ex, detección y procedimientos. Una planta de biogás que ya gestiona zonas ATEX para biogás tiene cierta ventaja en cuanto a competencias, pero la incorporación de hidrógeno implica nuevos requisitos para los equipos, el almacenamiento a alta presión y la operación. A los costes hay que añadir los permisos, el seguro y la formación, cuyo alcance depende de la escala.

Resumen

Para la mayoría de las plantas de biogás, el hidrógeno no es un producto natural. Existen nichos viables, pero cada proyecto debe comenzar con un balance energético y un contrato con el consumidor, no con la tecnología.