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El biogás y su inyección a la red
Panorama General
21 de Mayo de 2015
1
Cadena de biomasa a biometano
CADENA DE
BIOMASA A
BIOMETANO
Gas Trade Flows in Europe. Fuente: AIE
Biometano
Red de gas
Caldera de
gas
Biometano:
Gas compuesto principalmente por metano, obtenido de un
proceso de upgrading de biogas o de un proceso de
metanación a partir del gas obtenido en gasificación de
biomasa (CEN/TC 408)
Estación
GNV
Ciclo
combinado
existente
2
Potencial
Biogas
 En el año 2013, se produjo en la UE unos 13,4 Millones de
tep de energía primaria en forma de biogas.
 En España, el potencial de biogas disponible se
estima en 1.695 ktep.
 Ello representó 1,2 Millones más que en 2012, lo que
implica un incremento del 10,2%
 Más del 65% proviene de residuos ganaderos
DISTRIBUCION PRODUCCION BIOGAS EN UE
Producción total 2013: 13.379 ktep
ES: 256 ktep
IT : 1.815 ktep
UK : 1.824 ktep
Fuente: Biogas Barometer-Eurobserv’er. Nov. 2014
DE: 6.717 ktep
DE
UK
IT
CZ
FR
NL
ES
PL
AT
BE
SE
DK
EL
HU
SK
PT
FI
IE
LV
SI
RO
HR
LT
LU
CY
EE
BG
MT
POTENCIAL DE BIOGAS EN ESPAÑA
ktep/año
5.000
4.500
RESTO AGROINDUSTRIAL- (no
ganadería)
GANADERIA
4.000
FORSU+VERT.+EDAR
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
TOTAL
ACCESIBLE
DISPONIBLE
Total: Materias primas que técnicamente pueden ser objeto de codigestión anaerobia para la producción
de biogas
Accesible: Parte del potencial total que puede ser objeto de gestión (recogida, transporte,
almacenamiento) de forma viable.
Disponible:Parte del potencial accesible que queda, una vez descontados los usos alternativos.
Fuente:Situación y potencial de generación de Biogas. IDAE
3
Potencial
Biomasa sólida
 En el año 2013, se consumió en la UE unos 91,5 Millones
de tep de energía primaria en forma de biomasa sólida.
(principalmente para producción de calor y electricidad)
 El 37% proviene de restos agrícolas.
 Ello representó 2,9 Millones más que en 2012, lo que
implica un incremento del 3,2%.
Potencial de biomasa sólida en España
17,3 Mtep/año
DISTRIBUCION CONSUMO DE BIOMASA SOLIDA EN UE
Consumo total 2013: 91,5 Mtep
DE: 10,9 Mtep
FI: 8,1 Mtep
IT : 8,8 Mtep
SE: 9,2 Mtep
FR : 10,8 Mtep
ES: 5,4 Mtep
Fuente: Biogas Barometer-Eurobserv’er. Nov. 2014
 En España, el potencial de biomasa sólida disponible
se estima en 17,3 Millones de tep.
DE
UK
IT
CZ
FR
NL
ES
PL
AT
BE
SE
DK
EL
HU
SK
PT
FI
IE
LV
SI
RO
HR
LT
LU
CY
EE
BG
MT
10%
9%
23%
21%
37%
Forestales existentes
Restos agrícolas
Herbáceas susceptibles de implant. en terreno agrícola
Leñosas susceptibles de implant. en terreno agrícola
Leñosas susceptibles de implant. en terreno forestal
Fuente:S ituación y potencial de generación de Biogas. IDAE
4
Tecnologías
Uso directo en
industria /
estaciones de
servicio
Uso directo en
producción
energética
Gasificación
Bio
syngas
Biomasa
o
Fracción
biodegradable
Digestión
Anaerobía
Biogás
Metanación,
upgrading
Biometano
(Bio-SNG)
Upgrading
Biometano
CO2
de residuos
Metanación
Gas
renovable
inyectado
a la red
de gas
natural
Biometano
(Bio-SNG)
H2
Bio-SNG::
Synthetic natural gas
or substitute natural
gas
Energía Renovable
no gestionable
CAPACIDADES
DIGESTION ANAEROBIA Y
UPGRADING
Baja-Media: 1-60 MWCH4
GASIFICACION Y METANACION
Media-Alta. 20-340 MW CH4
ALIMENTACION
Residuos agro-ganaderos, fracción
biodegradable de RSU, etc
Residuos forestales, residuos de la
industria de la madera, cultivos
energéticos, etc
ESTADO
TECNOLOGIA
Comercial. Diferentes tecnologías
disponibles
Demostración
5
Fuente: AIE
Tecnologías-Upgrading
6
Tecnologias: Upgrading
CO2
UPGRADING
Biometano
Inyección a
Red de Gas
Natural
Biogás
TECNOLOGIAS






CH4 ≥ 95%
CO2 ≤ 2,%
H2S + COS ≤ 15 mg/m3
Siloxanos ≤ 10 mg/m3
Resto parámetros según normativa
Biometano
Biogás
CH4 50-60 %
CO2: 40-50%
H2S: hasta 4000 ppm
Siloxanos 0-20 mg/m3
Otros: Nitrógeno, oxígeno, amonio, etc
ABSORCION FISICA
ABSORCION QUIMICA
LAVADO CON AGUA (PWS)
MEMBRANAS
PRESSURE SWING ASORPTION (PSA)
CRIOGÉNICA
Dióxido de
carbono
 Upgrading: Proceso de eliminación del CO2 y contaminantes (H2S, siloxanos…)
presentes en el biogás
Vapor de agua
H2S
Amonia (NH3)
Otros
 Proceso maduro: Más de 300 plantas en el mundo
 Distintas tecnologías disponibles:
Lavado con agua (PWS), Absorción química, Membranas, Pressure Swing Adsorption (PSA), ….
7
Tecnologías: Upgrading.
Membranas
Lavado con agua (PWS)

Principio de separación: diferente solubilidad del CO2 y CH4 en el agua

PSA
Absorción química

Principio de separación: absorción química del CO2 en la disolución de amina.
Principio de separación: Circulación del biogás a presión a través
de membranas de polímeros, más permeables al CO2 que al CH4.

Principio de separación: Circulación del biogás a presión través
de depósitos de carbón molecular, donde se adsorbe el CO2
8
Tecnologías: Upgrading
Comparación general de tecnologías
PSA
Demanda de electricidad
(kWh/Nm³BG) (1)
Lavado con agua Absorción química
(aminas)
(PWS)
Membrana (2-3
etapas)
0,16-0,3
0,2-0,3
0,06-0,17
0,2-0,35
No
No
0,4-0,8
No
Pérdidas de CH4 %
1-2
~1
~0,1
0,5-1
Presión de operación, bar
1-10
4-10
0,05-4
7-20
Temperatura operación, ºC
-
-
106-160
-
Parcialmente
No
No
Parcialmente (O2)
Necesidad de H20
No
Sí
Sí
No
Separación de H2S
Externo
Si
Externo
Externo
Demanda de calor (kWh/Nm³BG)
Separación de N2 y O2
(1) Presión salida gas > 4 barg
La disponibilidad de todas las tecnologías es del 95-98%
Alcanzan concentraciones de CH4 en el gas de salida del 96-98%
Fuentes SGC; AIE, Fraunhofer IWES,Otros
9
Tecnologías: Upgrading
Instalaciones
Instalación PSA. 500 m3/h biogás. Carbotech
Instalación PWS. Okobit. 300 m3/h biogas
Instalación membranas. 500 m3/h biogás. Bilfinger
Instalación Absorción con aminas. Purac
10
Tecnologías: Upgrading
Costes de producción
Costes de producción de biometano, desglosados por componentes
Elevados costes específicos de
inversión en tamaños inferiores a
500-700 Nm3/h
Fuente: AIE. Biomethane. Status and Factors Affecting Market Development and Trade

Los costes de upgrading varían entre 15-20 Eur/MWh bioSNG, en plantas de
~ 500 -1000 Nm3/h biogas tratado

Los costes de inyección, varían en función de presión de inyección, y
distancia. Valores habituales en red de distribución, oscilan entre 2-3 Eur/MWh
bioSNG
Fuente: SGC
11
Tecnologías: Upgrading
Evolución
Evolución implantación instalaciones upgrading
Usos plantas de biometano
350
Número de plantas
300
250
23%
200
Abs. Física
Inyección a red
Membranas
150
53%
Abs. Química
100
PSA
50
Vehicular
Otros/N.D.
24%
PWS
0
Fuente. IEA Bioenergy.
Fuente. IEA Bioenergy.
Nota: Del resto no se dispone de año de p.e.m
1
2
Distribución por países
1
0
1 1 1 43
4
34
55
6
6
0
0 01 1 0
4
12
1
1
45
 Más de 300 plantas en operación. Importante aumento
del grado de implantación a partir de 2008.
0
 El país con mayor grado de implantación es Alemania,
seguido de Suecia y EEUU
18
20
144
0
83
21
21
49
7
55
Plantas de Upgrading
43
Plantas de Upgrading para inyección a red G.N.
China
Dinamarca
Hungria
Islandia
España
Canada
Brasil
Luxemburgo
Noruega
Corea del Sur
Finlandia
Francia
Gran Bretaña
Japón
Austria
Suiza
Holanda
EE.UU.
Suecia
Alemania
Fuente. IEA Bioenergy.
 Las plantas utilizan biogás de diferentes fuentes y para
distintas aplicaciones: inyección a red, vehicular..
12
Tecnologías-Gasificación aplicada a producción
de Bio-SNG
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Tecnologías: Gasificación a bio-SNG
Biomasa
Los residuos forestales, ramas,
cortezas… son recolectados
en la etapa de limpieza del bosque
CO2
Biomasa Forestal
Uso vehicular
Inyección a red
Producción eléctrica
El bioSNG posee las
mismas características
que el gas natural y permite su
aprovechamiento en múltiples usos
bioSNG
(gas Natural)
Tratamiento de biomasa
Los residuos forestales son llevados
a la planta. El proceso de
tratamiento consiste en el cribado,
secado y astillado.
bioSNG
Astillas
Gas natural Sintético
Gasificación
Metanación
El CO, CO2 y H2 del syngas
reaccionan para producir Gas
Natural Sintético (bioSNG)
Gas de síntesis
(syngas)
La biomasa es gasificada y convertida
en Gas de Síntesis (syngas)
La limpieza del syngas consiste en
eliminación de alquitranes y otros
contaminantes.
14
Tecnologías: Gasificación a bio-SNG
H2, CO, CO2, CH4,
N2, H2O,
(alquitranes,
C2H4, H2S, NH3)
Vapor
H2, CO,
CO2, CH4
H2O,
CH4 , CO2,
H2O
> 95% CH4
BIOMASA
Aire/O2
Pretratamiento
y
alimentación
Limpieza
Gasificación
Cenizas
Acondiciona
miento
Metanación
CO2, S, Cl, alquitranes
partículas, cenizas, etc.
CO2
H2O
Inyección
de
BioSNG a
red
BioSNG
Unidad de conversión
de Biomasa en BioSNG
 Gasificación: Oxidación parcial de la biomasa para producir un gas compuesto principalmente
por H2, CO, CO2, H2O, CH4, junto con pequeñas cantidades de hidrocarburos superiores e
impurezas (compuestos de azufre, nitrógeno y halogenados)
 Metanación: Hidrogenación de CO/CO2 para formación de CH4. En presencia de catalizador
(normalmente basados en
CO + 3H2
CH4 + H2O ΔHR = -173 kJ/mol
CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O ΔHR = -165 kJ/mol
 Rendimiento:
Rendimiento
s
BIOMASA
η
75-80%
GASIFICACION
Composición gas:
depende de biomasa,
tecnología de gasificación,
agente oxidante.
Muy exotérmica.
Posibilidad de recuperación
de calor
η
80-85 %
METANACION
η total= 60-68 %
BioSNG
15
Tecnologías: Gasificación a bio-SNG
GASIFICACION
- Lecho fluidizado:
burbujeante/circulante
Con H2O/O2
- Doble lecho:
indirecto
Con H2O/Aire
Normalmente a 750-850 ºC
LIMPIEZA/
ACONDICIONAMIENTO
Craqueo catalítico de
alquitranes
Lavado scrubber
Limpieza catalítica (COS)
Elevados niveles de
exigencia de limpieza
de gas.
METANACION
- Varios reactores lecho fijo
adiabáticos
- Reactor lecho fluidizado
-Reactor multicanales
ACONDICIONAMIENTO
-
Separación CO2 y H2O
-Absorción con aminas
-PSA
-Membranas
-etc
Normalmente a 220-600ºC y 1-30 bar
Catalizadores de Ni sobre Al2O3
Doble lecho
L. F. Burbujeante
Esquema de varios reactores adiabáticos de metanación en lecho fijo
L. F. Circulante
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Tecnologías: Gasificación a bio-SNG
Proyecto GoBiGas - Gothenburg Biomass
Gasification Project
 Tecnología en fase de demostración
 Proyectos existentes de pequeño tamaño
OBJETIVO: Planta de demostración par la producción de
bioSNG, gas renovable y con emisiones neutras de CO2
Ejemplos de proyectos de producción de bioSNG
Proyecto
Ubicación
Capacidad
Año
MW bioSNG
Planta BioSNG
Gussing. Austria
1
2008
GobiGas
Goteborg. Suecia
20
2014
P. Piloto-ECN
Holanda
0,8
2009
GobiGas. Fase II
Goteborg. Suecia
80
En proyecto
Gaya (GDF Suez)
Lyon, Francia
0,5
En proyecto
200
En proyecto
Bio2G
(E.ON)
Landskrona
(Suecia)
Inyecta el biometano en la red nacional de gas, abasteciendo a
diferentes consumidores:
 Estaciones de Servicio de GNV
 Industria
 Plantas de generación de electricidad y cogeneración (CHP)
Parámetros a evaluar:
- Calidad bioSNG
- Prestaciones de la instalación: rendimientos, etc
- Disponibilidad de la instalación
- Huella ambiental
- Requisitos de mantenimiento
- Costes de operación
Fuente:
Instalación de metanación de Gussing
Fuente: Oil&Gas Science and Technology
17
Tecnologías-Power to gas
18
Tecnologías: Power to gas
Biogás
CO2
CH4
CO2
H2O
ELECTROLISIS
Electricidad
η ~ 70 %
Biometano
Biometano
UPGRADING
Inyección a
Red de Gas
Natural
H2
METANACION
η ~ 80 %
η total ~ 56 %
 Producción de CH4 a partir el CO2 contenido en el biogas (o en el syngas de gasificación) y de H2
 El H2 se genera a partir de electricidad renovable excedentaria (por medio de electrolisis). Los costes de
producción de H2 todavía no son competitivos.
 Es una forma de almacenar excedente de electricidad producida de fuentes renovables.
 Complementariedad entre diferentes fuentes de energía renovable.
 En fase de demostración.
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Tecnologías: Power to gas
Ejemplo: AUDI PLANT. Welte, Emsland
 Primera planta piloto de demostración. Inyecta el biometano a la red. Año de .p.e.m: 2013
 Utiliza el CO2 procedente del biogas generado en la digestión anaerobia de residuos agro-ganaderos
 Capacidad:3x2 MW de electrolizadores
Excedente de electricidad en Alemania en un escenario 78% de energía renovable.
Simulación realizada por Fraunhofer. IWES 2010
Fuente: CO2 Utilization Summit AUDI Presentation Bremen 2014
AUDI-PLANT
Fuente: CO2 Utilization Summit. AUDI presentation Bremen 2014
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Conclusiones

Existe potencial de biogas/biomasa. (en España, el potencial se estima en 1700 ktep de biogas y 17,3 Mtep de
biomasa sólida)

Existen diferentes tecnologías disponibles para la transformación del biogas/biomasa sólida a biometano. No
todas se encuentran en el mismo estado de madurez.

Un aspecto clave en este tipo de instalaciones es la posibilidad de utilización de la red de gas como medio de
almacenamiento y transporte del biometano generado.

Actualmente, en España se dispone de una especificación de la calidad que cumplir el biometano para su
inyección a red.(PD-01 «Medición, Calidad y Odorización de Gas»). Hay una norma europea en proceso de
elaboración (Comité técnico CEN/TC 408)
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ALGUNAS ACTUACIONES EN COLABORACION EN LAS QUE PARTICIPA GNF
UNIDAD DE INNOVACION TECNOLOGICA
PLANTA PILOTO DE UPGRADING EN EL
VERTEDERO DE GONGORA
Proyecto desarrollado a través de un acuerdo marco de
colaboración: GRUPO HERA, SOCIEDAD DE DESARROLLO DE
NAVARRA (SODENA) y GNF
PROYECTO RENOVAGAS
“Proceso de generación de gas
natural renovable”
El objeto general es el desarrollo de una planta piloto de producción
de gas natural sintético (SNG) a partir de la metanación de una
corriente de biogas con H2 obtenido a partir de electricidad
procedente de energías renovables.
Proyecto financiado por MINECO
KIC PROYECT DEMO SNG
Consorcio:
DVGW-EBI
KIT
KTH
Cortus
GNF
Proyecto Gasificación + Power to gas
Planta piloto
Proyecto Kic InnoEnergy
22

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