Microplantas de licuefacción de biometano: tecnologías de enfriamiento y criterios de selección

Las microplantas de bioLNG son instalaciones con una capacidad que oscila entre unas pocas y varias decenas de toneladas de biometano licuado al día, que enfrían el biometano purificado hasta aproximadamente −162 °C. Operan en uno de tres sistemas: ciclo de nitrógeno (ciclo Brayton inverso), ciclo con mezcla de refrigerantes o ciclo en cascada. La elección depende de la escala, la eficiencia requerida, los costes de inversión y el enfoque en materia de seguridad. Todas requieren un gas de entrada muy depurado.

Etapas de la licuefacción

1. Purificación final: eliminación de CO₂ hasta unas decenas de ppm (el CO₂ se congela a bajas temperaturas), agua por debajo de 1 ppm, H₂S, mercurio e hidrocarburos pesados, si están presentes.
2. Preenfriamiento: mediante agua o enfriamiento mecánico.
3. Licuefacción: intercambiador criogénico en el que el biometano cede calor al refrigerante frío.
4. Subenfriamiento y expansión: para limitar la evaporación durante el almacenamiento.
5. Almacenamiento: depósito aislado al vacío, carga en cisternas.

Tecnologías

En pequeñas escalas, los ciclos más elegidos son los de nitrógeno o mezclas simplificadas, ya que priman la simplicidad, la seguridad y los bajos costes de mantenimiento. En instalaciones mayores, la eficiencia gana importancia y se opta por mezclas de refrigerantes.

Criterios de selección

1. Escala. En producciones pequeñas de bioLNG, los costes energéticos tienen menor relevancia frente al CAPEX, por lo que prima la simplicidad; en mayores escalas, la eficiencia se vuelve más importante.
2. Consumo energético. Los valores típicos en la literatura para pequeñas plantas de licuefacción oscilan entre 0,4–0,8 kWh/kg de bioLNG, dependiendo de la escala y el ciclo.
3. Seguridad. Un refrigerante no inflamable (nitrógeno) facilita la obtención de permisos y simplifica las medidas de seguridad.
4. Flexibilidad de carga. Es deseable que la planta de licuefacción pueda operar con un suministro variable de biometano.
5. Disponibilidad de servicio. Se requiere soporte para turboexpansores, compresores e intercambiadores.
6. Integración con la purificación. Puede resultar ventajosa la combinación con la licuefacción de CO₂ (separación criogénica).
7. Disponibilidad. Las plantas criogénicas requieren revisiones periódicas y desescarchado.

Ejemplo de comparación energética

Supuestos: planta de licuefacción de 10 t/día (417 kg/h), 8000 h/año. Ciclo de nitrógeno 0,7 kWh/kg, ciclo con mezcla 0,5 kWh/kg (supuestos ilustrativos). Consumo anual: 417 × 8000 × 0,7 ≈ 2335 MWh frente a 417 × 8000 × 0,5 ≈ 1668 MWh. Diferencia: alrededor de 667 MWh, lo que, a 600 zł/MWh, supone unos 400 000 zł al año. Si una mayor eficiencia implica 2 millones de zł más en CAPEX, el periodo de retorno simple sería de unos 5 años. Este es un ejemplo de método de evaluación que debe repetirse con ofertas reales.

Problemas típicos de explotación

• congelación de intercambiadores por impurezas (CO₂, agua),
• pérdidas por evaporación y necesidad de recircular el gas evaporado,
• subestimación del consumo energético en épocas de calor, cuando el enfriamiento es menos eficiente,
• arranques y paradas, que consumen energía y requieren tiempo para el enfriamiento.

Integración con la logística

La planta de licuefacción no es una isla: debe coordinarse con el almacenamiento, el brazo de carga y la flota de cisternas. Su capacidad tiene sentido si la recogida es uniforme. Planifique un buffer de depósitos equivalente a varios días de producción para evitar interrupciones en la licuefacción por retrasos en la cisterna.

Requerimientos de utilities

Además de electricidad, la microplanta de licuefacción necesita agua o enfriamiento por aire (disipación del calor de compresión), aire o nitrógeno instrumental, sistema de venteo y recuperación del gas evaporado, así como alimentación de emergencia para las medidas de seguridad. En temperaturas estivales, la eficiencia del enfriamiento disminuye, por lo que en los proyectos se asumen las peores condiciones, no las medias anuales. La alimentación de emergencia es relevante, ya que una interrupción en el sistema de control o enfriamiento sin un corte controlado puede provocar un aumento de presión en los depósitos.

Preguntas al proveedor

Pregunte por el consumo energético garantizado en kWh/kg a temperatura ambiente en verano, la carga mínima (turndown), el tiempo de arranque en frío y en caliente, la concentración máxima de CO₂ en la entrada, referencias de instalaciones de escala similar y el plazo de entrega de componentes clave. Aclare también quién se responsabiliza del gas evaporado y cómo se gestiona, ya que, sin una solución para este aspecto, pueden producirse emisiones de metano o pérdidas de producto. Conviene evaluar asimismo el riesgo de monopolio en el servicio: cuanto más propietaria sea la tecnología, más importante será un contrato de mantenimiento con garantía de tiempo de respuesta.

Resumen

La elección de la tecnología de licuefacción es un compromiso entre eficiencia, simplicidad y seguridad. En pequeñas instalaciones agrícolas suele imponerse el ciclo de nitrógeno, mientras que en las mayores se opta por sistemas con mezclas de refrigerantes. Siempre debe compararse el coste total, no solo el precio del equipo.