METANACIÓN BIOLÓGICA: AVANZANDO EN UNA RUTA BIOLÓGICA PARA TRANSFORMAR BIOGÁS EN BIOMETANO

En CENER apostamos por valorizar el biogás mediante metanación biológica del CO₂ contenido en el biogás para transformarlo en biometano, por ello durante los últimos años hemos trabajado en el desarrollo de un bioreactor y microorganismos propios, con resultados iniciales prometedores que seguimos validando escala a escala.

La descarbonización del sistema gasista avanza con fechas cada vez más concretas. La Directiva (UE) 2023/2413 (RED III) eleva al 42,5-45% el objetivo de renovables en el consumo energético de la Unión para 2030, y amplía las exigencias de trazabilidad, sostenibilidad y reducción de emisiones para el biogás y el biometano. En España, el proceso de transposición avanza en paralelo a un proyecto de Real Decreto que introduciría cuotas obligatorias de biometano crecientes entre 2027 y 2035, mientras que el sistema de Garantías de Origen de gases renovables, regulado por el RD 376/2022 y la Orden TED/1026/2022, ya está en marcha.

En este contexto, en CENER llevamos años explorando la valorización biológica de corrientes de biogás CO₂ y syngás de gasificación en nuestro BIO2C (Centro de Biorrefinería y Bioenergía). Dentro de esa línea de trabajo, seguimos desarrollando y optimizando una vía de metanación biológica propia que, aunque todavía en fase de escalado piloto, ya ha dado resultados que consideramos alentadores y que queremos compartir.

Nuestra propuesta se apoya en dos desarrollos, reactor de fermentación de gases y y microorganismos biometanogénicos, en los que seguimos trabajando activamente para mejorar su rendimiento y su robustez.

• El biorreactor. Es un diseño propio, que construimos y operamos en nuestras instalaciones de BIO2C, orientado a mejorar la transferencia de masa entre el gas y el medio de fermentación, uno de los factores que más puede limitar este tipo de procesos. Los ensayos realizados hasta ahora nos han permitido validar el concepto y avanzar en su escalado.
• Los microorganismos. Trabajamos con candidatos de los géneros Archaea, Clostridia y Proteobacteria con capacidad natural de fijar CO₂ y CO, a los que hemos aplicado un programa propio de selección mediante evolución adaptativa en nuestro CENER BIOTECH LAB. El objetivo ahora es lograr cepas cada vez más tolerantes a las impurezas reales del gas (H₂S, siloxanos, oxígeno, etc …) y cepas más eficientes transformando syngás en biometano.
• Comparada con la vía de metanación catalítica convencional (catálisis heterogénea), la ruta biológica que estamos desarrollando apunta, según los primeros datos disponibles, a operar en condiciones menos severas y con mayor tolerancia a las impurezas del gas de entrada. Frente a los 250-350ºC y 15-40 bar de la vía catalítica, nuestro proceso trabaja en torno a 65ºC y por debajo de 10 bar, con un objetivo de mayor robustez frente a contaminantes. Confiamos también en lograr una operación más flexible, con arranques y paradas rápidos, y una reposición del biocatalizador de menor coste que el recambio de catalizadores metálicos, cuya vida útil suele rondar los 3-10 años. Si estas ventajas se confirman a mayor escala, esperaríamos un proceso más simplificado, y por tanto con un CAPEX y un OPEX potencialmente más reducidos que en la ruta catalítica, aunque se trata de resultados que queremos seguir contrastando a medida que avancemos en el desarrollo.

Frente a los reactores convencionales de tanque agitado (CSTR), el biorreactor propio que hemos desarrollado en CENER busca resolver una de las principales limitaciones de la fermentación gaseosa: la transferencia de masa gas-líquido. El diseño favorece la formación de un biofilm de elevada superficie específica sobre el material de relleno, lo que permite una absorción de H₂ y CO₂ más eficiente y con menor demanda energética que los sistemas CSTR, habitualmente limitados por la baja solubilidad del H₂ y la necesidad de una agitación intensa. Hasta la fecha, hemos validado el concepto a TRL5 con resultados propios a 10 L, y continuamos trabajando en su escalado hacia TRL6. El reactor muestra además una buena adaptabilidad a distintos sustratos (syngás, CO₂ industrial o biogás de composición variable) y, al requerir un menor volumen para una producción equivalente, apunta a plantas más compactas y a un menor CAPEX que las soluciones CSTR convencionales. En nuestro caso, el diseño del biorreactor es propiedad intelectual de CENER, desarrollado, construido y pilotado íntegramente en nuestras instalaciones de BIO2C.

Las cepas que empleamos son de los géneros Archaea, Clostridia y Proteobacteria con capacidad natural de fijar CO₂ y CO. En el CENER BiotechLab seleccionan, adaptan y validan, creando un cultivo mixto para conseguir mayores rendimientos. Sobre esa base, aplicamos un programa propio de evolución adaptativa orientado a la mejora continua de rendimiento, robustez y velocidad de puesta en marcha para la corriente de gas a valorizar en cada caso, frente al rendimiento fijo y los tiempos de adaptación más largos (con riesgo de colapso del cultivo) que suelen presentar las cepas sin un programa de mejora propio. Este trabajo nos ha permitido adaptar las cepas a concentraciones elevadas de contaminantes reales del gas (H₂S por encima de 450 ppm, NH₃, CO, COVs, siloxanos, fenol, O₂).

Por otra parte, para que un proyecto de biometanización llegue a implementarse, necesita además avanzar en dos frentes que no son puramente técnicos, como la certificación de sostenibilidad y la evaluación económica. Por eso apoyándonos en la experiencia que venimos desarrollando en estudios de sostenibilidad, análisis de ciclo de vida y nuestra colaboración con organismos especializados, acompañamos a quienes se interesen por esta tecnología también en esos aspectos:

• Soporte a la Prueba de Sostenibilidad (PoS). Podemos ayudar a trabajar la trazabilidad del gas sustrato, el cálculo de la reducción de emisiones de GEI conforme a la metodología de RED III, el balance másico y energético del proceso y la preparación de la documentación técnica necesaria, con el objetivo de facilitar el proceso de auditoría ante el organismo certificador que el cliente elija.
• Análisis Tecnoeconómico (TEA). Podemos desarrollar una estimación de CAPEX y OPEX de esta solución tecnológica según el caso concreto a evaluar, con una comparativa frente a las tecnologías de upgrading convencionales, un análisis de sensibilidad y unos indicadores de rentabilidad orientativos.

De esta manera, CENER continúa contribuyendo a la descarbonización del sistema gasista y a las empresas que forman parte de él, aportando no solo una solución técnica propia, sino también el acompañamiento necesario para que esa tecnología pueda llegar a materializarse en un proyecto real. Somos conscientes de que el camino entre un desarrollo prometedor en el laboratorio y una solución implantada en el mercado es largo, y que requiere algo más que resultados técnicos: exige también evidencia de sostenibilidad, un análisis económico sólido y un acompañamiento cercano a lo largo de todo ese recorrido. Por eso entendemos nuestro papel no solo como el de desarrolladores de una tecnología, sino como el de un socio que ayuda a las empresas del sector gasista a dar los pasos necesarios (desde la validación técnica hasta la certificación y la viabilidad económica) para que la metanación biológica deje de ser una posibilidad de futuro y se convierta en una realidad operativa.