El biometano, producido a partir de la purificación del biogás, puede tener un contenido de metano superior al 95%, lo que lo convierte en un sustituto viable del gas natural en muchos contextos.
Sin embargo, a pesar de sus similitudes, la sustitución completa del gas natural por biometano en los equipos industriales presenta ciertos desafíos operativos aún significativos.
Aspectos como las variaciones en la composición química, el valor calorífico y el índice de Wobbe deben tenerse en cuenta al poder afectar a la eficiencia de la combustión y el funcionamiento de los equipos diseñados específicamente para gas natural.
Características del biometano y el gas natural
El gas natural y el biometano comparten similitudes importantes en términos de su composición principal, siendo el metano (CH4) el componente dominante en ambos. Sin embargo, existen ciertas diferencias clave entre ellos, que influyen en su comportamiento durante la combustión y, por tanto, en su aplicación en los equipos industriales.
El biometano es el resultado de la purificación del biogás, que se produce por la digestión anaerobia de residuos orgánicos. El biogás, compuesto principalmente por metano (45-70%), dióxido de carbono (CO2), vapor de agua y trazas de otros gases como el sulfuro de hidrógeno (H2S), debe ser tratado para eliminar impurezas y alcanzar una pureza de metano superior al 95%, lo que lo convierte en biometano, y poder ser utilizado en redes de distribución y aplicaciones industriales.
El gas natural, en cambio, es una fuente de energía fósil, extraído de yacimientos subterráneos, y contiene una mezcla de metano (entre 85-90%), etano, propano, butano y otros hidrocarburos ligeros.
Además, el gas natural tiene un mayor índice de Wobbe y un valor calorífico superior en comparación con el biometano.
El índice de Wobbe es un parámetro crítico que determina la intercambiabilidad de los gases en los equipos industriales, y se basa en la relación entre el valor calorífico del gas y su densidad.
Una diferencia en este índice puede afectar significativamente la eficiencia de combustión y la estabilidad operativa.
En el biometano, el índice de Wobbe es ligeramente inferior al del gas natural, lo que puede implicar dificultades para ser utilizado de manera directa en equipos industriales sin ajustes en los sistemas de combustión.
De acuerdo con estudios realizados en hornos industriales de alta temperatura, se ha demostrado que las variaciones en el índice de Wobbe pueden exceder los límites permisibles, lo que impacta negativamente la eficiencia y seguridad de los equipos.
El impacto en los equipos industriales
El uso de biometano en equipos industriales diseñados para operar con gas natural requiere una consideración cuidadosa de varios parámetros técnicos.
Entre los más importantes se encuentran el valor calorífico, el índice de Wobbe y la relación aire-combustible.
Los equipos industriales dependen de un suministro constante y estable de energía térmica por lo que, cualquier variación en la calidad del gas puede provocar inestabilidad en el proceso de combustión y llevar a ineficiencias o fallos operativos.
Índice de Wobbe y su influencia en la combustión
El índice de Wobbe, antes mencionado, mide la intercambiabilidad de los gases combustibles en función de su poder calorífico y su densidad.
Para que un equipo diseñado para operar con gas natural funcione correctamente con biometano, el índice de Wobbe debe permanecer dentro de un rango estrecho, generalmente ±5%.
Sin embargo, los estudios demuestran que, en procesos de alta temperatura, como los hornos industriales, este margen puede ser insuficiente.
En hornos cerámicos, por ejemplo, que operan a temperaturas de aproximadamente 1200 °C, una desviación en el índice de Wobbe mayor al 5% puede provocar una disminución en el exceso de oxígeno en la combustión. Esto afecta no sólo a la estabilidad de la llama, sino también a la calidad del producto final.
El biometano, al tener un índice de Wobbe inferior al del gas natural, requiere de ajustes en la mezcla de aire-combustible para evitar problemas operativos.
Efecto sobre la eficiencia térmica
El biometano también tiene un impacto directo en la eficiencia térmica de los equipos industriales.
La eficiencia térmica depende en gran medida del poder calorífico del combustible, que en el caso del biometano es inferior al del gas natural.
Esto significa que, para mantener la misma producción de calor, los equipos industriales que utilizan biometano deben quemar más combustible o ajustar los parámetros de operación para compensar la diferencia.
En hornos de vidrio, que alcanzan temperaturas de hasta 1500 °C, este problema es particularmente importante. Debido a la alta demanda térmica de estos hornos, cualquier variación en el poder calorífico del combustible puede afectar drásticamente el rendimiento del equipo.
Según un análisis detallado, un cambio repentino del gas natural al biometano puro requiere un aumento en el aporte energético de aproximadamente un 10.25%.
Esta variación puede provocar problemas en la combustión, como ineficiencias, mayor consumo de combustible y un incremento de las emisiones contaminantes.
Además, los sistemas de control de los hornos no siempre están preparados para ajustar automáticamente la relación aire-combustible, lo que agrava aún más la situación.
Estabilidad de la llama y emisión de contaminantes
El gas natural, debido a su composición, tiende a producir una llama relativamente estable y eficiente. El biometano, en cambio, puede generar llamas menos luminosas y más largas, lo que afecta a la transferencia de calor por radiación en equipos que dependen de este mecanismo, como los hornos de metales y vidrio.
La menor luminosidad de la llama se debe a la menor proporción de hidrocarburos pesados en el biometano, lo que reduce la formación de partículas de hollín, necesarias para una combustión radiante eficiente.
En equipos de alta temperatura, donde la transferencia de calor por radiación es crítica, la menor luminosidad de la llama del biometano puede reducir la eficiencia global del sistema.
Para compensar esta reducción, los ingenieros a menudo deben aumentar la cantidad de combustible quemado o introducir mejoras tecnológicas, como la combustión enriquecida con oxígeno, que aumenta la temperatura de la llama y mejora la eficiencia térmica.
Además, la combustión ineficiente del biometano en equipos industriales puede llevar a un aumento en las emisiones de contaminantes. Aunque el biometano es un combustible más limpio en términos de emisiones de CO2, si no se ajustan correctamente los parámetros de combustión, se pueden generar mayores cantidades de óxidos de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO), que son perjudiciales tanto para la salud humana como para el medio ambiente.
En consecuencia, es fundamental que los sistemas industriales que utilicen biometano incorporen tecnologías avanzadas de control de emisiones para mitigar estos efectos.
Requerimientos de adaptación tecnológica
La integración del biometano en equipos industriales también requiere adaptaciones tecnológicas.
Los sistemas de control y monitoreo que regulan la combustión en función de la calidad del gas deben ser capaces de ajustar rápidamente los parámetros operativos cuando se detecten fluctuaciones en la composición del biometano.
Esto puede implicar inversiones en tecnología de control avanzado, como sensores de gas en tiempo real y sistemas de ajuste automático de la relación aire-combustible.
En muchos casos, los equipos industriales actuales no están equipados con estas tecnologías, lo que significa que la transición al biometano puede requerir actualizaciones significativas. Estas inversiones, aunque costosas inicialmente, son fundamentales para garantizar una operación eficiente y segura a largo plazo.
Desafíos técnicos y económicos en la adopción del biometano a gran escala
Aunque el biometano ofrece ventajas significativas en términos de sostenibilidad, su adopción a gran escala en la industria enfrenta diversos desafíos técnicos y económicos.
Uno de los principales obstáculos es la variabilidad en la calidad del biometano en comparación con el gas natural. Las fluctuaciones en la composición del biometano, especialmente en su contenido de CO2 y otros gases no combustibles, pueden afectar su valor calorífico y su compatibilidad con los equipos industriales diseñados para operar con gas natural.
Además, aunque el biometano puede inyectarse en las redes de distribución de gas natural, esto no siempre es viable en todas las regiones debido a los altos costes de infraestructura y las inversiones necesarias para la purificación del biogás. Países como Dinamarca, que ha logrado inyectar un 61% de biometano en su red de gas natural, han tenido que superar desafíos relacionados con la calidad del gas y los costes de actualización tecnológica.
El coste del biometano es otro factor clave. Aunque es competitivo en algunas regiones, en muchos casos el biometano sigue siendo más caro que el gas natural debido a los costes asociados con su producción y distribución.
Sin embargo, se espera que la implementación de políticas de incentivos, junto con el aumento de los precios del carbono, haga que el biometano sea más competitivo en el futuro.
A medida que las regulaciones sobre las emisiones de CO2 se endurecen, el biometano podría convertirse en una alternativa económicamente más viable, pero esto dependerá de la evolución de las políticas energéticas y del apoyo gubernamental.
La adopción de biometano a gran escala requerirá, por tanto, de un enfoque equilibrado entre la inversión en infraestructura y la regulación para asegurar una transición exitosa hacia fuentes de energía más limpias.
Si quieres conocer el potencial de producción de biometano a partir de los residuos orgánicos generados en tu industria, puedes hacer uso de la siguiente herramienta que ponemos a tu disposición:
