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La investigación y el desarrollo de fuentes de energía alternativas continúan sin cesar y los hallazgos son a menudo prometedores. A medida que las empresas energéticas y los gobiernos colaboran para minimizar la quema de combustibles fósiles como una forma de mitigar los efectos nocivos del cambio climático, su misión incluye no solo la viabilidad de fuentes alternativas, sino también la optimización de esos sustitutos para que sean eficientes, rentables y adecuados tanto para el transporte como para el almacenamiento. A medida que el biogás —durante mucho tiempo una fuente de combustible para calefacción y cocina— asume un papel más importante como medio de energía verde, las técnicas y métodos se refinan para procesarlo y permitir una aplicación más amplia y sencilla.
Saber cómo se forma el biogás es fundamental para comprender por qué la mejora del biogás es práctica y necesaria. Casi todo el mundo ha tenido alguna experiencia con el biogás, aunque solo sea a través del sentido olfativo. Cuando la materia orgánica sufre descomposición, sus componentes se desintegran con o sin oxígeno, por ejemplo, en un vertedero o debajo de una gran pila de recortes de césped o estiércol de vaca. En este último caso, bacterias particulares descomponen las sustancias en una variedad de compuestos químicos a lo largo de varias etapas de putrefacción. Entre los compuestos finales dominantes quedan el metano (CH₄) y el dióxido de carbono (CO₂). Estos se combinan con otros compuestos para formar biogás. Además de CO₂ y CH₄, también están presentes gases en menores cantidades. Aunque modestos en proporción, estos compuestos traza tienen un impacto perjudicial en términos de hacer que el biogás sea inutilizable e incluso peligroso. Los compuestos orgánicos volátiles como los terpenos y los siloxanos pueden contaminar el biogás, al igual que el vapor de agua y los compuestos de azufre. El sulfuro de hidrógeno, en particular, no solo es peligroso para la salud humana, sino que también daña las tuberías y los recipientes de almacenamiento. Más allá de estos problemas, el propio CO₂ disminuye en gran medida la eficiencia del combustible del biogás. El ideal, entonces, es producir el metano en la forma más pura posible.
El propósito de la mejora del biogás es crear un gas natural renovable (RNG), es decir, apto para el transporte por gasoducto y adecuado para su uso en todos los lugares donde se emplea el gas natural convencional. La principal diferencia es que el RNG —o biometano— se repone fácilmente en comparación con el gas natural obtenido de depósitos geológicos. El biometano se puede licuar o comprimir para el abastecimiento de combustible de vehículos. Además, cumple con los requisitos del Estándar Federal de Combustibles Renovables establecidos por la Agencia de Protección Ambiental (EPA). En resumen, el uso de RNG reduce considerablemente las emisiones de gases de efecto invernadero.
El vapor de agua puede saturar el biogás recolectado de un digestor anaeróbico, representando hasta el 12 por ciento del peso del gas, aunque menos del uno por ciento del contenido. Este vapor podría condensarse mientras viaja por las tuberías, corroyéndolas. Por lo tanto, es importante eliminar el H₂O antes del transporte. El vapor solo se condensará en H₂O líquido en el punto de rocío. Lograr esto es posible por varios medios. Por un lado, el gas se puede enfriar a la temperatura que corresponde al punto de rocío. Esto a menudo se logra enterrando la línea de gas bajo tierra e instalando una trampa para el agua condensada. Otro escenario implica el uso de gel de sílice en el sistema de mejora de biogás para atrapar el vapor y permitir que el biogás continúe con una mayor refinación.
Incluso una pequeña cantidad de sulfuro de hidrógeno (H₂S) puede causar muchos problemas. Además de amenazar la salud respiratoria de humanos, animales y plantas, este compuesto —a veces llamado gas de alcantarilla— es conocido por causar una corrosión debilitante en los tanques de almacenamiento y las tuberías. Aunque su presencia apenas se registra en la mayoría del biogás, hay suficiente para plantear terribles consecuencias si no se elimina. Una forma de mitigar su presencia en el biogás es añadiendo compuestos de hierro al digestor anaeróbico antes de añadir el sustrato, es decir, la materia orgánica. Los compuestos de azufre quedan entonces con el digestato después de extraer el biogás. Sin embargo, a menudo, la acción anticipatoria no es suficiente por sí sola. El carbón activado puede reaccionar con el H₂S para oxidarlo y unir las moléculas a la superficie del sólido de carbono. Otro procedimiento de eliminación es hacer pasar el gas a través de una solución de hidróxido de sodio o a través de sólidos tratados con óxido de hierro.
Aparte del metano, el dióxido de carbono es el compuesto más abundante en el biogás. Desafortunadamente, el CO₂ resta valor energético y eficiencia de combustible al biogás. Una de las formas más comunes de reducir el contenido de CO₂ es mediante la inyección de biogás presurizado absorbido en un gran tanque cilíndrico lleno de agua durante 20 a 40 días. Los contaminantes se descomponen y el gas purificado se bombea. Otras técnicas incluyen membranas que atrapan el metano pero permiten el paso del dióxido de carbono, así como la adsorción mediante medios químicamente reactivos.
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