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Il biogas può formarsi naturalmente o essere prodotto con l'ingegno umano. In sostanza, ogni volta che la materia organica è priva di ossigeno, i batteri agiscono su di essa disgregandone la composizione. Alla fine di questa catena di reazioni, vengono rilasciati metano (CH₄), CO₂ e alcuni altri composti gassosi. Questi costituiscono quello che chiamiamo biogas. Il gas operativo a fini energetici è il metano. Quando gli altri gas sono presenti in proporzioni sproporzionate, inibiscono le prestazioni ottimali del CH₄. Alcuni addirittura rappresentano gravi minacce per la salute pubblica. Il processo per ottenere metano dalla materia organica — ad esempio letame, fogliame morto, sfalci d'erba, carcasse di animali, scarti alimentari, fanghi e acque reflue — è chiamato digestione anaerobica. Un digestore anaerobico adeguatamente progettato può manipolare le condizioni in modo da accelerare la produzione di biogas e recuperare il biogas per un uso pratico.
Come accennato, il biogas è composto principalmente da metano e anidride carbonica. Inoltre, vapore acqueo, azoto, ossigeno, ammoniaca e idrogeno solforato. Questi elementi e composti secondari di solito non costituiscono più del 10 percento del contenuto di biogas. Eppure non hanno bisogno di essere altamente concentrati per causare problemi o danni. Molti riducono il potere calorifico del biogas, mentre l'ossigeno può causare esplosioni. L'idrogeno solforato (H₂S) è sia tossico per la salute umana che distruttivo per le condotte e i serbatoi di stoccaggio. Quindi, il trattamento del biogas è imperativo prima che questa energia venga distribuita al pubblico.
La purificazione del biogas può assumere diverse forme. CO₂ e H₂S sono più solubili in acqua del CH₄. Prima del contatto, il biogas viene compresso. Il metano, o almeno la parte del leone, sale in superficie nella soluzione dove viene quindi raccolto (scrubbing ad acqua). I gas indesiderati vengono adsorbiti da un recipiente ad alta pressione nella Pressure Swing Adsorption (PSA) — questa tecnologia di purificazione del biogas raccoglie il CH₄ in cima, dopodiché la pressione viene abbassata rilasciando così CO₂, N₂ e O₂ — pensate a una carta moschicida che attacca e stacca a comando. I solventi amminici fanno passare il biogas attraverso una colonna contenente ammine, cioè derivati dell'ammoniaca che, come solventi, catturano la CO₂ e la assorbono. Dopo che il CH₄ purificato è stato separato, i solventi saturi di CO₂ vengono trattati con vapore ad alta temperatura per essere riutilizzati. La permeazione a membrana sfrutta la bassa permeabilità del metano: in condizioni di pressione specifiche, i gas meno desiderabili passano attraverso, mentre il metano viene trattenuto e raccolto all'estremità di una colonna cilindrica.
Le aziende di servizi gas e gli enti regolatori pubblici hanno specifiche diverse per quanto riguarda la purezza del biogas che consentono di immettere nelle loro condotte. In risposta alle disparità, l'American Biogas Council (ABC) pubblica linee guida con l'obiettivo di standard più uniformi. Ad esempio, il potere calorifico del biogas immesso nella condotta dovrebbe rientrare in un intervallo tra 960 e 1.100 BTUs per piede cubo. Il contenuto di CO₂ non dovrebbe mai superare il due percento molare; l'ossigeno, lo 0,4 percento molare; i silossani, una parte per milione; e l'idrogeno solforato, non più di 0,25 grammi per 100 piedi cubi. L'ABC rilascia anche linee guida per il biogas nei veicoli. Se e fino a quando le misurazioni della qualità non saranno standardizzate, gli operatori di sistemi di trattamento del biogas dovrebbero essere consapevoli dei criteri stabiliti dall'acquirente.
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