Purificación de biogás: membranas, PSA, lavado con agua y aminas — comparación

Las cuatro tecnologías más comunes de purificación de biogás a biometano son las membranas, la adsorción por cambio de presión (PSA), el lavado con agua y el lavado con aminas. Todas separan el CO₂ del metano, pero difieren en el mecanismo, el tipo de energía consumida, las pérdidas de metano y las características del CO₂ a la salida. La comparación siguiente es de carácter cualitativo: los parámetros concretos se indican en las ofertas y estudios para cada sistema.

Principios de funcionamiento

Membranas. Módulos con fibras o láminas selectivas a través de las cuales el CO₂ (así como el vapor de agua y parte de otros gases) se difunde más rápidamente que el CH₄. La separación se realiza bajo presión, normalmente en varias etapas con recirculación del flujo. Descripción en el texto Purificación mediante membranas].

PSA (adsorción por cambio de presión). Lecho de adsorbente (por ejemplo, carbón activado o tamices moleculares) que retiene selectivamente el CO₂ bajo presión, mientras que la regeneración se produce al reducir la presión. Funcionamiento cíclico en varias columnas. Descripción: PSA en la purificación].

Lavado con agua. El biogás, bajo presión, entra en contacto con agua en una columna; el CO₂ se disuelve en el agua mucho mejor que el CH₄. El agua se regenera mediante la reducción de presión y el soplado con aire. Descripción: Lavado con agua].

Lavado con aminas. El CO₂ se une químicamente a una solución de aminas en el absorbedor. El disolvente se regenera mediante calentamiento en el desorbedor, lo que requiere calor, y el CO₂ sale relativamente puro. Descripción: Lavado con aminas].

Comparación

Las pérdidas de metano son un parámetro clave: además de la pérdida de materia prima, implican la emisión de un gas de efecto invernadero o la necesidad de postcombustión. La magnitud del fenómeno se describe en el texto Deslizamiento de metano en la purificación].

Energía

Las tecnologías a presión (membranas, PSA, lavado con agua) consumen principalmente energía eléctrica para la compresión, y su consumo depende de la configuración. Las aminas requieren calor, por lo que resultan más ventajosas cuando se dispone de calor residual de baja temperatura, por ejemplo, calor residual. El balance de consumo energético se trata en el texto Consumo energético en la purificación]; debe compararse el consumo de energía eléctrica y térmica en conjunto, teniendo en cuenta el valor de cada una.

Criterios de selección

1. Disponibilidad de calor. El calor residual favorece las aminas; su ausencia aumenta la importancia de las tecnologías eléctricas.
2. Escala. Las membranas modulares se adaptan bien a escalas pequeñas; los lavados y las instalaciones de aminas son más eficientes con mayores flujos.
3. Requisitos del CO₂. Si el CO₂ va a ser aprovechado (hielo seco, alimentación, invernaderos), importan su pureza y cantidad, no solo la calidad del biometano; véase CO₂ biogénico de plantas de biogás].
4. Pérdidas de metano y postcombustión. Requisitos ambientales y economía de las pérdidas.
5. Condiciones locales. Acceso a agua, espacio, ruido, presión en la red de destino.
6. Requisitos del gas pretratado. Véase Pretratamiento del biogás].
7. Garantías y servicio. Pérdidas garantizadas, consumo energético, disponibilidad y acceso al servicio.

Un método integral de comparación propone el texto Cómo elegir la tecnología de purificación: matriz de decisión], y una revisión de cinco métodos se encuentra en el artículo Tecnologías de purificación: comparación de cinco métodos].

Qué evitar

• Comparar ofertas sin supuestos unificados (composición del gas, presión, calidad del producto, pérdidas).
• Omitir el coste del calor o su valor alternativo.
• Evaluar únicamente en función de la inversión inicial, sin considerar los costes de explotación, sustitución de materiales y pérdidas de metano.
• Suponer que todas las tecnologías proporcionan el mismo CO₂ a la salida.

Cómo interpretar las ofertas

Cada proveedor indica las pérdidas de metano, el consumo energético y la calidad del producto bajo supuestos específicos (composición y presión del gas bruto, temperatura, composición requerida del producto). Para que la comparación sea significativa, las ofertas deben cotejarse bajo los mismos supuestos y verificar qué parámetros están garantizados y cuáles son solo previsiones. Preguntas de control: ¿qué incluye el alcance del suministro (pretratamiento, compresores, refrigeración, postcombustión del gas residual)? ¿Cuáles son las condiciones de la garantía de pérdidas de metano? ¿Qué ocurre ante una reducción de carga? ¿Cómo es el alcance del servicio y la disponibilidad de repuestos? ¿Cuáles son los costes de sustitución de elementos consumibles (membranas, adsorbente, disolvente)?

Conclusiones prácticas

• Cuando se dispone de calor residual económico, la tecnología con aminas suele ser ventajosa, especialmente si son importantes las bajas pérdidas de metano o un CO₂ puro.
• En escalas menores y cuando se requiere simplicidad operativa, a menudo se consideran las membranas.
• El lavado con agua y el PSA tienen una larga historia de aplicación y condiciones de operación bien conocidas.
• La elección final es mejor realizarla tras un análisis de costes del ciclo de vida completo, que incluya energía, servicio, pérdidas de metano y valor del CO₂.