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È evidente che un derivato della biomassa e della materia organica, ovvero il biogas, sta diventando un pilastro del movimento a favore delle forme di energia rinnovabile. Il metano estratto da materiali diversi come acque reflue e compost, acque di scarico e letame bovino, viene ora utilizzato per generare elettricità e per alimentare veicoli. Una fonte di energia molto più ecologica del petrolio, del carbone o persino del gas naturale, il biogas affronta due grandi sfide ambientali: la purezza dell'atmosfera e l'inarrestabile problema della gestione dei rifiuti solidi. Offre inoltre un ulteriore vantaggio: è facilmente convertibile in gas naturale compresso (CNG).
Il letame è solo un esempio dei tanti substrati — cioè materiali organici — utilizzati nel processo di digestione anaerobica. Questa è una sequenza di eventi che si è verificata naturalmente da tempo immemorabile. Ogni volta che il letame (o escrementi di cervo ecc.) viene seppellito sotto altri elementi, ad esempio fogliame morto, foraggio e terra, allora viene privato dell'ossigeno. In questa condizione, si formano batteri che decompongono la materia solida e rilasciano metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂). I digestori anaerobici sono creazioni umane che replicano e accelerano queste reazioni per produrre metano utilizzabile. Il biogas estratto da questo substrato può alimentare turbine che a loro volta generano elettricità. Non solo un allevamento di bestiame può provvedere alla propria energia, ma, in molti casi, può vendere l'elettricità in eccesso alla utility locale. Inoltre, il biogas è pratico ovunque possa essere utilizzato il gas naturale: cucina, riscaldamento e persino la produzione di metanolo.
Il nome dice tutto: il gas naturale compresso si ottiene quando il gas naturale viene condensato — a circa 3.000 libbre per pollice quadrato (psi) o più — all'uno percento del suo volume a pressione atmosferica standard. Meno pericoloso per l'uomo e la natura della benzina, il CNG fa tutto ciò che fa il gas naturale. A differenza del gas naturale, che deve essere liquefatto (LNG) per il trasporto e lo stoccaggio, il gas naturale compresso rimane tale durante entrambe le fasi. Il CNG è ancora principalmente un combustibile su scala più piccola: ad esempio, per automobili o singole abitazioni. Nel frattempo, l'LNG continua ad essere il principale gas naturale al servizio dell'industria, dei sistemi di trasporto e delle utenze pubbliche.
Come il gas naturale di origine geologica, il biogas grezzo è spesso contaminato da composti chimici problematici. Pertanto, il primo compito è rimuovere le impurità che sono tossiche o che causano inefficienze. Tra tali contaminanti vi sono l'azoto (N₂), l'acqua (H₂O), l'idrogeno solforato (H₂S), l'ammoniaca (NH₃) e l'anidride carbonica (CO₂). Questo si ottiene tramite lavaggio fisico e chimico in un impianto di biogas CNG. Una volta liberato dai suoi adulteranti, il biogas — a questo punto composto da oltre il 97% di metano e meno del due percento di ossigeno — viene compresso a una pressione che varia tra 3.000 e 3.600 psi. Un produttore di impianti di bio CNG progetta la struttura per entrambe le funzioni: purificazione e compressione multistadio. Il costo di un impianto di bio CNG deve tenere conto anche della fase di stoccaggio. Lo stoccaggio tampone immagazzina il bio-CNG alla pressione massima di 3.600 psi; produce il 20% in più di bio-CNG in un terzo del tempo. In alternativa, lo stoccaggio a cascata prevede tre serbatoi di riserva a pressione crescente. La cascata riduce il consumo di energia della metà, diminuendo il costo dell'impianto di conversione da biogas a CNG. L'applicazione pratica è quella di confinare lo stoccaggio a cascata per il rifornimento di flotte poiché questo compito normalmente richiede ore.
Il primo impianto per questo scopo è stato sviluppato nel 2010 in una discarica nel Wisconsin. Le discariche sono e sono state una preoccupazione costante per l'ovvia ragione: il loro spazio è finito. La digestione anaerobica contribuisce a migliorare tale situazione poiché estrae il biogas dal materiale di scarto organico. Il governo degli Stati Uniti riconosce il valore economico e ambientale della produzione e conversione del biogas. Questo riconoscimento si manifesta nel programma Landfill Methane Outreach Program dell'Environmental Protection Agency (EPA). Questo programma assegna crediti d'imposta e rimborsi ai produttori partecipanti, compensando le spese di un impianto da biogas a CNG. L'EPA finanzia anche progetti di ricerca per migliorare e innovare la tecnologia che rende il biogas un combustibile alternativo efficiente.
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