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Según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), hay cuatro compuestos de gases de efecto invernadero que con mayor frecuencia están implicados en el fenómeno del calentamiento global: dióxido de carbono (CO₂), óxido nitroso (N₂O), gases fluorados y metano (CH₄). El metano se emite a la atmósfera durante la extracción y el procesamiento de carbón, gas natural y petróleo. La flatulencia del ganado es otra fuente de liberación observable de metano. Entre estos gases, se cree que el metano contribuye en un 10 por ciento a la presencia general de gases de efecto invernadero atmosféricos. Menos notorio es que el metano no es estrictamente un subproducto de la producción de energía; también es una fuente creciente de generación de energía.
Los materiales orgánicos pueden descomponerse con o sin la presencia de oxígeno. Ya sean árboles muertos, hojas caídas, cadáveres de animales, residuos de alimentos, excrementos de aves o hierba cortada, todas estas sustancias se desintegrarán químicamente de una u otra manera. Cuando lo hacen en ausencia de oxígeno, las bacterias comienzan a descomponerlas en fases, de modo que el metano es un producto final. Esta secuencia de reacciones se denomina digestión anaeróbica. Ocurriendo siempre en el mundo natural, la digestión anaeróbica puede perfeccionarse y acelerarse aplicando el ingenio humano. Los tanques sellados que reciben el sustrato, es decir, la materia orgánica, pueden efectuar la digestión anaeróbica, llevándola a su conclusión deseada —la producción de metano renovable— en menos tiempo de lo que se lograría en la naturaleza. Estos sistemas están construidos a escala, desde un aparato doméstico que suministra combustible para cocinar hasta una gran planta de biometano que suministra energía a instalaciones de tratamiento de agua o sistemas de transporte público.
El biogás resultante de la digestión anaeróbica contiene más que solo CH₄. En consecuencia, el biogás debe purificarse, limpiándose de impurezas y compuestos contaminantes. Entre estos adulterantes se encuentran el sulfuro de hidrógeno, el amoníaco, los siloxanos y los compuestos orgánicos volátiles. Algunos de ellos son peligrosos para la salud individual y pública, así como para la integridad estructural de tuberías y tanques. Otros componentes no CH₄, como el CO₂ y el vapor de agua, reducen la eficiencia del biogás como fuente de energía. El biogás se purifica mediante una miríada de técnicas. Algunas requieren que los contaminantes sean absorbidos en soluciones líquidas. Otros métodos de depuración de gas metano utilizan superficies sólidas de carbón activado y otros elementos para adsorber los constituyentes indeseables del biogás. La refrigeración y la condensación permiten que los diversos componentes químicos se separen entre sí. La tecnología de membranas funciona de manera similar, permitiendo que los contaminantes pasen a través de la membrana mientras el metano queda atrapado.
Un uso final de este biogás refinado es la conversión a electricidad. Esto se puede lograr con celdas de combustible, que aprovechan la energía química del biogás al recibirlo en su electrodo negativo mientras el aire entra en el electrodo positivo de la celda. Las moléculas de gas se separan en protones y electrones; estos últimos fluyen hacia el electrodo positivo y aquí es donde se genera la electricidad. Otro medio de generación es el motor de combustión: aquí, la quema de biogás impulsa una turbina que genera electricidad. El biometano es un gas natural renovable que, junto con el gas natural adquirido convencionalmente, produce el 26 por ciento de la electricidad de EE. UU.
El biometano (de biogás a metano) también se puede utilizar como combustible para calefacción, combustible para cocinar y combustible vehicular. Según la Asociación Europea de Biogás, el biometano es completamente compatible con los motores de combustión interna. El biometano se puede condensar en gas natural comprimido o licuado. Utilizado por automóviles, vehículos utilitarios y camiones pesados, el biometano incluso está en fase de diseño para barcos, buques y locomotoras ferroviarias. El biogás purificado es un sustituto adecuado del gas natural en la calefacción de hogares y edificios comerciales. La calefacción comunitaria con biometano es una realidad establecida en lugares como Suderbyn, Suecia. Por lo tanto, cada casa no necesita poseer su propia planta de biogás.
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