Tecnologías de purificación de biogás: comparación de membranas, PSA, lavado y criogenia

Para eliminar el CO₂ del biogás se emplean cinco familias principales de tecnologías: separación por membranas, adsorción por cambio de presión (PSA), absorción física en agua, absorción química en aminas y separación criogénica. Ninguna destaca en todos los criterios: las membranas son compactas y modulares, el lavado con aminas presenta las menores pérdidas de metano, el lavado con agua es sencillo y resistente, el PSA compite en precio, y la criogenia permite obtener CO₂ líquido o bioLNG. La siguiente comparación es orientativa: los valores exactos dependen del proveedor, las garantías contractuales y las condiciones de operación.

Principios de funcionamiento en síntesis

• Membranas – el gas fluye a través de fibras poliméricas, en las que el CO₂ (y el vapor de agua) se difunden más rápido que el CH₄. El metano permanece en el lado del retentado.
• PSA – el CO₂ se adsorbe en un tamiz molecular (de carbono o zeolita) a presión elevada y se desorbe a presión reducida; varias columnas operan de forma cíclica.
• Lavado con agua – el CO₂ se disuelve en agua mucho mejor que el CH₄ (aproximadamente 25 veces más a temperatura ambiente), por lo que el agua en una columna a presión retiene principalmente CO₂.
• Lavado con aminas – el CO₂ reacciona químicamente con una solución de aminas; el disolvente se regenera con calor a una temperatura de aproximadamente 110–140 °C.
• Criogenia – el biogás comprimido y enfriado a bajas temperaturas, en las que el CO₂ se licúa o resublima y se separa del metano.

Comparación orientativa

Cómo se elige la tecnología

1. Escala. Una planta de biogás agrícola pequeña o mediana (varios cientos de m³/h de biogás) suele optar por membranas, ya que son compactas y de rápida instalación. Las instalaciones grandes también consideran los sistemas de lavado.
2. Calor residual. Si hay calor barato disponible cerca (por ejemplo, de un sistema de cogeneración existente, una caldera de biomasa o una instalación industrial), el lavado con aminas se vuelve atractivo, ya que su mayor coste, la regeneración, resulta entonces bajo.
3. Aprovechamiento del CO₂. Si el CO₂ se destina a la venta (por ejemplo, para la industria alimentaria), se requiere una alta pureza, que garantizan el lavado con aminas o la criogenia; en el resto de tecnologías, el flujo residual debe purificarse adicionalmente.
4. Pérdidas de metano. Cada punto porcentual de deslizamiento supone ingresos perdidos y emisiones de gases de efecto invernadero.
5. Disponibilidad de servicio. Es relevante si el proveedor ofrece soporte local y garantiza la disponibilidad.

Ejemplo de cálculo ilustrativo

Supuestos: flujo de biogás de 1000 m³/h con un 55% de CH₄ (550 m³/h de metano), deslizamiento de metano del 0,5% en la variante A y del 1,5% en la variante B, 8000 horas de funcionamiento anual. Pérdida de metano en A: 550 × 0,005 × 8000 ≈ 22 000 m³, en B: 550 × 0,015 × 8000 ≈ 66 000 m³. La diferencia es de aproximadamente 44 000 m³ de CH₄ al año, lo que equivale a unos 440 MWh (considerando unos 10 kWh/m³). Con un precio del gas de 200 zł/MWh, esto representa unos 88 000 zł anuales, una cantidad que, en un horizonte de varios años, puede justificar una tecnología más cara si la diferencia en CAPEX es reducida. El precio de 200 zł/MWh es un supuesto de cálculo, no un valor de mercado.

Tendencias

Los proveedores combinan tecnologías, por ejemplo, membranas con un pulido final del metano del off-gas mediante un oxidante térmico o una etapa adicional de separación, y el lavado con aminas con recuperación de calor de la compresión. Aumenta la importancia del aprovechamiento del CO₂ biogénico y la reducción de emisiones del off-gas, lo que influirá en los requisitos legales y el balance de GEI.

Qué considerar en una oferta

Además de los parámetros de la tabla comparativa, revise los límites completos del suministro. Una oferta puede incluir el pretratamiento, el secado, el compresor, el sistema de combustión del off-gas y la estación de inyección, mientras que otra solo incluye el módulo de separación. Pregunte por la disponibilidad garantizada (en porcentaje anual), los costes de sustitución de materiales consumibles (membranas, sorbente, disolvente, relleno), el plazo de entrega y el rango de operación a carga parcial. En la práctica, una planta de biogás agrícola rara vez opera a un flujo constante y de diseño, ya que la producción depende de la alimentación de los digestores. Un sistema que funcione bien con una carga del 50–60% del nominal suele ser más valioso que uno con pérdidas ligeramente menores en el punto de diseño.

Resumen

Una elección razonable requiere comparar los costes totales (CAPEX + OPEX + valor de las pérdidas de metano) y considerar las condiciones locales: calor, agua, electricidad y mercado del CO₂. En las siguientes entradas del ciclo encontrará un análisis detallado de cada tecnología.