- Las nuevas tecnologías mejoran la digestión anaerobia, incrementan el contenido de metano y permiten adaptar las plantas de biogás a una gran diversidad de residuos orgánicos.
- El upgrading avanzado, la desulfuración biológica y la recuperación de nutrientes del digestato optimizan el rendimiento energético y la circularidad de los procesos.
- La digitalización mediante sensores, IA y gemelos digitales aumenta la estabilidad, rentabilidad y sostenibilidad de las plantas de biogás y biometano.
- La integración del biometano en redes gasistas, transporte y usos industriales impulsa la descarbonización y genera nuevas oportunidades económicas locales.
La producción de biogás y biometano se ha convertido en una de las piezas clave de la transición energética y la economía circular, especialmente en países con un fuerte sector agroalimentario como España. No solo permite generar energía renovable, sino que además ofrece una salida eficiente y sostenible para una gran variedad de residuos orgánicos que, de otro modo, serían un problema ambiental y económico.
Al mismo tiempo, el sector está viviendo una auténtica revolución tecnológica: desde la optimización de la digestión anaerobia y el enriquecimiento en metano, hasta el desarrollo de gemelos digitales, nuevos sistemas de desulfuración biológica, recuperación avanzada de nutrientes o tecnologías de upgrading cada vez más precisas. Todo ello está cambiando la manera de diseñar, operar y rentabilizar las plantas de biogás y biometano.
Biogás, biometano y su papel en la transición ecológica
El biogás se genera mediante la fermentación anaerobia de residuos orgánicos, es decir, la descomposición sin oxígeno de materiales como purines, estiércoles, restos agroindustriales, lodos de depuradora o fracción orgánica de residuos urbanos. El resultado es un gas compuesto principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), junto con pequeñas cantidades de otros compuestos como sulfuro de hidrógeno (H2S), vapor de agua y trazas de contaminantes.
Cuando ese biogás se somete a tecnologías de depuración y concentración de metano, hablamos de biometano o gas natural renovable. Este gas puede inyectarse en la red gasista, utilizarse como combustible para vehículos (especialmente transporte pesado y maquinaria agrícola) o alimentar calderas y equipos industriales que requieren energía térmica de origen renovable.
Una de las grandes ventajas del biogás frente a otras renovables es su capacidad de almacenamiento y gestión: se puede producir y acumular para utilizarlo cuando se necesite, siendo un complemento perfecto para la energía solar y eólica, mucho más variables y difíciles de predecir.
Además, la valorización de residuos orgánicos mediante digestión anaerobia encaja de lleno en el modelo de economía circular: se reduce la carga contaminante de los residuos, se obtiene energía renovable y se generan subproductos aprovechables como el digestato, que puede transformarse en fertilizantes o enmiendas orgánicas de alto valor agronómico.
Retos tecnológicos: diversidad de residuos y adaptación de las plantas
España cuenta con un enorme potencial de producción de gases renovables gracias a su elevada generación de subproductos agroindustriales y agroalimentarios. Se estima que, con un despliegue tecnológico adecuado, se podría alcanzar una capacidad de producción que equivaldría a una parte muy relevante del consumo actual de gas natural del país.
Para llegar ahí, uno de los grandes desafíos es la heterogeneidad de las materias primas. Tradicionalmente, muchas plantas se han centrado en residuos ganaderos y agroindustriales clásicos, pero la Unión Europea empuja a incorporar nuevas corrientes: fracción orgánica de recogida selectiva, residuos de vertederos, alperujos, paja de arroz, lodos de EDAR, entre otros.
Esta diversidad obliga a diseñar tecnologías de digestión anaerobia más flexibles y robustas, capaces de adaptarse a diferentes composiciones, cargas orgánicas y condiciones de operación, sin perder estabilidad ni rendimiento. Aquí entra en juego la codigestión, combinando varios sustratos para equilibrar la relación C/N y mejorar la generación de gas.
Un ejemplo representativo es la planta de biogás de la mancomunidad energética de Los Pedroches, donde se codigieren purines, estiércol y alperujo. Este planteamiento permite gestionar residuos con alta carga contaminante, producir energía y obtener productos de valor añadido como fertilizantes orgánicos, todo dentro de una estrategia local de economía circular.
Diseño de biodigestores y mejora del proceso de digestión anaerobia
Los biodigestores han evolucionado mucho respecto a los diseños más tradicionales, hasta convertirse en reactores altamente optimizados y adaptables a distintas escalas y climas. La investigación se ha centrado en varios frentes.
Por un lado, se han desarrollado digestores con mejor aislamiento térmico para zonas frías, sistemas de agitación que evitan la formación de costras y sedimentos, y soluciones compactas para entornos urbanos o instalaciones de pequeña escala. También se han popularizado configuraciones modulares y portátiles, que facilitan el escalado progresivo de la planta o su uso en lugares remotos y aplicaciones temporales.
En cuanto a los materiales, el uso de plásticos de alta resistencia y composites ligeros reduce costes constructivos, mejora la durabilidad y minimiza el impacto ambiental frente a estructuras más pesadas y convencionales. Esto es clave para viabilizar proyectos en explotaciones medianas y pequeñas.
La mejora del proceso de digestión anaerobia pasa igualmente por la optimización biológica y química. Se trabaja con consorcios microbianos seleccionados (bacterias y arqueas) muy eficientes en la producción de metano, capaces de reducir los tiempos de retención, aumentar la pureza del gas y mejorar la estabilidad del reactor ante variaciones de carga.
Otra palanca muy potente es la codigestión de materiales: combinar, por ejemplo, estiércol con residuos alimentarios o lodos de depuradora suele generar más biogás que tratar cada flujo por separado. También se recurre a pretratamientos físicos (ultrasonidos, calor, alta presión), químicos o enzimáticos para romper estructuras lignocelulósicas y hacer más accesible la materia orgánica a los microorganismos.
Tecnologías avanzadas para optimizar el metano: DIET y electrometanogénesis
Una de las líneas de innovación más potentes en los últimos años se centra en la mejora directa de la fracción de metano en el biogás ya desde el propio digestor, reduciendo así la carga de las etapas posteriores de upgrading.
El proyecto UPBIOMET+ y su continuación UPBIOMET+2 exploran precisamente cómo aumentar el contenido de metano en la digestión anaerobia mediante tecnologías de purificación in situ y enfoques electroquímicos avanzados. La clave está en promover la ruta metabólica conocida como DIET (Direct Interspecies Electron Transfer).
La ruta DIET se basa en que ciertos microorganismos pueden transferirse electrones directamente entre sí a través de proteínas y estructuras conductoras (como los pilus), en lugar de utilizar intermediarios como el hidrógeno. Este modo de interacción puede hacer el proceso más eficiente y favorecer la metanogénesis.
Para estimular esta vía, se emplean materiales conductivos como el biochar y electrodos de grafito, que actúan como “autopistas” para el transporte de electrones. En UPBIOMET+2 se ha dado un paso más evaluando por primera vez la combinación de materiales conductivos y aplicación de voltaje en sistemas semicontinuos, acercándose a condiciones industriales reales.
Esta integración de materiales conductores, voltaje controlado y microbiología especializada encaja con el concepto de electrometanogénesis: el aprovechamiento de corrientes eléctricas (idealmente procedentes de renovables) para impulsar la conversión de CO2 a metano dentro del propio reactor, incrementando el rendimiento energético global.
Resultados en prototipos, cambio microbiano y viabilidad industrial
Dentro de UPBIOMET+2 se han desarrollado dos prototipos adaptados a condiciones mesófilas y termófilas. Estos sistemas han permitido analizar en detalle cómo afectan las tecnologías combinadas de materiales conductivos y voltaje a varios aspectos críticos del proceso.
Por un lado, se ha monitorizado la producción total de biogás y el enriquecimiento en metano, comprobando mejoras significativas frente a la digestión convencional. También se ha estudiado la evolución de la comunidad microbiana, esencial para entender las sinergias entre DIET, electrometanogénesis y el resto de rutas metabólicas.
Otro aspecto fundamental es la durabilidad de los electrodos y la recuperación del biochar, ya que de ello depende en buena medida la sostenibilidad económica y ambiental de estas tecnologías. Además, se han identificado limitaciones operativas cuando se trabaja a temperaturas elevadas, lo que ayuda a definir los rangos óptimos de funcionamiento.
Gracias a la colaboración con empresas de la Comunidad Valenciana, estos prototipos se han ensayado con sustratos industriales reales, no solo con mezclas sintéticas de laboratorio. Esto da una idea mucho más clara del comportamiento de la tecnología en escenarios representativos de la industria, incluyendo consumos energéticos y costes operativos comparados con sistemas comerciales ya existentes.
En paralelo, otros proyectos como UPbiomet+ (con una denominación similar pero orientado específicamente a upgrading in situ) persiguen el mismo objetivo de transformar CO2 en metano adicional dentro del proceso de digestión anaerobia, reduciendo la dependencia de sistemas externos de purificación y recorte de CO2.
Upgrading: membranas, PSA y tecnologías de purificación del biogás
Una vez producido el biogás, es necesario depurarlo y concentrar el metano para obtener biometano de calidad suficiente para su inyección a red o uso como combustible vehicular. Aquí entran en juego las tecnologías de upgrading.
Entre los sistemas más avanzados destaca la separación mediante membranas de alta selectividad, capaces de dejar pasar el CO2 con mucha más rapidez que el metano. Algunos fabricantes han desarrollado configuraciones de tres etapas en las que el gas atraviesa sucesivos módulos de membranas, maximizando la separación de CO2 y preservando la mayor cantidad posible de metano.
En estos esquemas, el flujo de CO2 separado puede recuperarse y licuarse mediante tecnologías específicas de licuefacción, abriendo la puerta a su valorización en otros procesos industriales o aplicaciones de captura y utilización de carbono (CCU). El resultado es un aprovechamiento más completo del carbono biogénico contenido en el biogás.
Además de las membranas, existen otros métodos de upgrading muy extendidos: la adsorción por cambio de presión (PSA), la absorción química con aminas, la crioseparación, o sistemas híbridos que combinan varias técnicas para ajustar costes y rendimiento a cada caso. La elección depende de factores como el caudal de gas, la concentración inicial de contaminantes, la pureza de metano requerida y el contexto económico.
En los últimos años también se ha avanzado en procesos para transformar biogás en hidrógeno renovable mediante reformado catalítico, diversificando aún más las opciones de aprovechamiento energético y ampliando las sinergias con la movilidad y la industria.
Control inteligente, gemelos digitales e inteligencia artificial
La digitalización está redefiniendo la forma de operar las plantas de biogás y biometano. Gracias a una red de sensores de alta precisión, es posible medir en continuo parámetros clave como temperatura, pH, presión, composición del gas, sólidos o caudales de alimentación.
Estos datos alimentan sistemas de control automático y algoritmos de inteligencia artificial que permiten ajustar de manera dinámica las condiciones de operación: tiempos de retención, cargas orgánicas, temperatura del reactor, niveles de agitación, etc. De este modo se maximiza la estabilidad del proceso y se detectan desviaciones antes de que supongan una caída de rendimiento o un fallo grave.
La siguiente vuelta de tuerca llega con los gemelos digitales. Se trata de réplicas virtuales de la planta o de parte de sus procesos, que se alimentan con datos reales y se entrenan mediante técnicas de machine learning. Con ellos se pueden simular escenarios, probar cambios de operación o evaluar la integración de nuevos residuos sin arriesgar la instalación física.
El proyecto DIGITALTWIN4BIOGAS (y su variante DIGITALWIN4BIOGAS) es un ejemplo pionero en este campo. Liderado por el Clúster Aragonés de Alimentación junto con otros socios como Genia Bioenergy, empresas tecnológicas y explotaciones ganaderas, busca diseñar un gemelo digital para plantas que tratan purines y otros residuos orgánicos animales.
El objetivo es mejorar la rentabilidad, sostenibilidad y capacidad de descarbonización de las instalaciones, optimizando la producción de biometano por tonelada de residuo tratado y reduciendo los costes asociados a la gestión de purines y subproductos SANDACH de alto impacto ambiental.
Digestato: pasteurización, calidad y nuevos modelos de negocio
Además del gas, la digestión anaerobia genera un residuo semilíquido conocido como digestato. Lejos de ser un desecho sin valor, este material tiene un enorme potencial como fertilizante orgánico gracias a su contenido en nutrientes y microbiota beneficiosa para el suelo.
Para explotar ese potencial y abrir nuevas vías de negocio, es imprescindible garantizar su calidad sanitaria y ambiental, cumpliendo con estrictas normativas que regulan su aplicación agrícola. Aquí la tecnología juega un papel determinante.
Uno de los procesos clave es la pasteurización del digestato, que consiste en someterlo a un calentamiento controlado durante un tiempo suficiente para eliminar patógenos, semillas de malas hierbas y otros organismos indeseables. El problema es que se trata de una operación muy intensiva en energía.
Los sistemas de pasteurización convencionales suelen presentar una baja eficiencia energética, ya que requieren grandes aportes de calor para elevar la temperatura del digestato. Esto puede lastrar la rentabilidad global de la planta si no se integra adecuadamente con otros flujos térmicos del proceso.
Proyectos como BIOGÁS PASTEUR, impulsado por Genia Bioenergy e Inderen, apuntan a resolver este cuello de botella mediante el desarrollo de sistemas modulares de pasteurización integrados en la propia planta, capaces de aprovechar el calor disponible (por ejemplo, de motores de cogeneración) y reducir el consumo específico por debajo de los valores actuales, que rondan cifras muy elevadas por tonelada de digestato.
Recuperación de nutrientes y cierre del ciclo de la fertilidad
Más allá de la pasteurización, el digestato puede someterse a procesos adicionales que permiten recuperar nutrientes y compuestos de alto valor añadido, adaptando su composición a las exigencias normativas y agronómicas.
Una tecnología destacada es el stripping de amonio, que busca extraer el nitrógeno en forma de amonio de la fracción líquida del digestato. Mediante una combinación de transferencia de masa y posterior lavado ácido (por ejemplo, con ácido nítrico), se forma nitrato de amonio (NH4NO3), un fertilizante de uso extendido.
En estos procesos suele añadirse óxido de calcio para el control del pH, lo que favorece la formación de fosfato cálcico. Este compuesto se puede recuperar mediante precipitación y sedimentación, y posteriormente mezclarse con la fracción sólida del digestato para mejorar la calidad del compost resultante.
El stripping no solo permite recuperar nitrógeno y fósforo, sino que también facilita la recuperación de agua para su reutilización, reduciendo el volumen de efluentes a gestionar y mejorando la huella hídrica de la instalación.
Cuando el digestato se aprovecha plenamente como recurso —ya sea en forma de fertilizantes líquidos concentrados, sólidos mejorados o enmiendas estabilizadas— se está cerrando de forma efectiva el ciclo de los nutrientes y reduciendo emisiones de gases de efecto invernadero vinculadas al uso de fertilizantes minerales convencionales.
Desulfuración innovadora: tecnología LIFE Biogasnet
Otro punto crítico en la cadena de valor del biogás es la eliminación del sulfuro de hidrógeno (H2S), un compuesto corrosivo, tóxico y responsable de importantes problemas de operación en motores, tuberías y equipos.
Las tecnologías de desulfuración habituales suelen tener costes elevados y un impacto ambiental considerable, ya sea por el consumo de reactivos químicos, la generación de residuos o el uso de materiales adsorbentes de vida limitada. Por ello, se está trabajando en soluciones más limpias y eficientes.
La tecnología desarrollada en el proyecto LIFE Biogasnet se centra en sistemas biológicos capaces de tratar simultáneamente el H2S del biogás y el amonio presente en efluentes líquidos o gaseosos, obteniendo además subproductos de valor añadido como azufre elemental o sulfato de amonio.
En una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos en Cádiz se instaló un biorreactor anóxico para la eliminación de H2S del biogás, utilizando nitrato y/o nitrito generados en un reactor de nitrificación que trataba el lixiviado del vertedero como fuente de amonio. El proceso alcanzó rendimientos de eliminación superiores al 97%, transformando el sulfuro principalmente en azufre elemental, que puede comercializarse como materia prima.
En una segunda demostración, en una planta de residuos urbanos en Ática (Atenas), se optó por capturar primero el amoníaco de los gases residuales de compostaje en un bioscrubber, nitrificarlo y usar ese flujo nitrificado en un biofiltro percolador anóxico para oxidar el H2S a sulfato. Parte de ese sulfato se combinó luego con un flujo rico en amonio para producir sulfato de amonio en un reactor CSTR.
El resultado es una tecnología capaz de reducir la huella ambiental y las emisiones de gases de efecto invernadero respecto a las prácticas convencionales de desulfuración, minimizar el consumo de reactivos externos y generar materias primas secundarias a partir de contaminantes que, de otra forma, constituirían un residuo problemático.
Equipos para el pretratamiento y alimentación del digestor
Antes de llegar al digestor, los sustratos deben prepararse adecuadamente para garantizar una alimentación homogénea y estable. El tamaño de partícula, el grado de mezcla y la eliminación de impropios determinan en buena medida la eficiencia del proceso.
Equipos como el alimentador de sólidos en fase líquida PreMix de Vogelsang permiten mezclar de forma optimizada sólidos (residuos, ensilados, subproductos) con líquidos (purín, digestato) y bombear la suspensión resultante hacia el digestor. Durante este proceso, los sólidos se trituran y maceran hasta alcanzar un tamaño de partícula idóneo para las bacterias metanogénicas.
Una preparación correcta del sustrato facilita la degradación de la materia orgánica, aumentando la producción de gas y reduciendo el consumo energético en la agitación interna del reactor. Esto se traduce en una operación más eficiente y en una mayor vida útil de los equipos mecánicos.
Vogelsang, con amplia experiencia en el sector del biogás, ofrece una gama de bombas lobulares, bombas de tornillo helicoidal y alimentadores específicos que se integran en plantas de todo el mundo, siendo un ejemplo de cómo la tecnología de componentes también tiene un impacto directo en la optimización de las instalaciones.
Integración energética, aplicaciones y beneficios socioeconómicos
La mejora tecnológica en todo el ciclo del biogás (desde el pretratamiento hasta la desulfuración avanzada, pasando por digestión, upgrading y digestato) permite su integración efectiva con otras energías renovables y con sistemas energéticos complejos.
En muchas instalaciones se aprovecha el biogás en sistemas de cogeneración, produciendo simultáneamente electricidad y calor. En algunos casos se llega a la trigeneración, sumando también la producción de frío, lo que maximiza el rendimiento global de la planta y reduce la dependencia de combustibles fósiles.
El biometano está ganando peso como combustible para el transporte pesado y flotas urbanas, con estaciones de servicio específicas y motores adaptados. Al ser químicamente similar al gas natural, la infraestructura existente se puede aprovechar con mínimas modificaciones.
Desde el punto de vista socioeconómico, el despliegue de estas tecnologías genera empleo local, mejora la gestión de residuos y refuerza la autonomía energética de regiones rurales y periurbanas. También impulsa la creación de nuevos modelos de negocio vinculados a fertilizantes orgánicos, productos químicos biobasados y servicios tecnológicos avanzados (monitorización, gemelos digitales, mantenimiento remoto, etc.).
Todo este conjunto de innovaciones —desde la ruta DIET y la electrometanogénesis hasta los sistemas biológicos de desulfuración, los módulos de pasteurización de digestatos, la recuperación de nutrientes y la digitalización mediante inteligencia artificial— está consolidando al biogás y al biometano como vectores energéticos renovables de alto valor estratégico, capaces de descarbonizar sectores difíciles de electrificar, valorizar residuos complejos y ofrecer soluciones rentables y sostenibles en un contexto de transición ecológica acelerada.
