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La ricerca e lo sviluppo di fonti energetiche alternative proseguono senza sosta e i risultati sono spesso promettenti. Mentre le aziende energetiche e i governi collaborano per minimizzare la combustione di combustibili fossili come modo per mitigare gli effetti dannosi del cambiamento climatico, la loro missione include non solo la fattibilità di fonti alternative, ma anche l'ottimizzazione di tali sostituti affinché siano efficienti, convenienti e adatti sia al trasporto che allo stoccaggio. Poiché il biogas — a lungo una fonte di combustibile per riscaldamento e cucina — assume un ruolo più ampio come mezzo di energia verde, le tecniche e i metodi vengono affinati per processarlo per un'applicazione più ampia e semplice.
Capire come si forma il biogas è fondamentale per comprendere perché l'upgrading del biogas sia pratico e necessario. Quasi tutti hanno avuto qualche esperienza con il biogas, anche solo attraverso il senso olfattivo. Quando la materia organica subisce la decomposizione, i suoi componenti si scompongono sia con ossigeno presente che senza, ad esempio in una discarica, o sotto un grande cumulo di sfalci d'erba o letame di mucca. In quest'ultimo caso, particolari batteri scompongono le sostanze in una serie di composti chimici attraverso diverse fasi di decadimento. Dominanti tra i composti finali rimasti sono il metano (CH₄) e l'anidride carbonica (CO₂). Questi si combinano con altri composti per formare il biogas. Oltre a CO₂ e CH₄, sono presenti gas in quantità minori. Sebbene modesti in proporzione, questi composti traccia hanno un impatto dannoso nel rendere il biogas inutilizzabile e persino pericoloso. Composti organici volatili come terpeni e silossani possono corrompere il biogas, così come il vapore acqueo e i composti dello zolfo. L'idrogeno solforato, in particolare, non è solo pericoloso per la salute umana, ma danneggia anche le condotte e i serbatoi di stoccaggio. Oltre a questi problemi, la stessa CO₂ diminuisce notevolmente l'efficienza del combustibile del biogas. L'ideale, quindi, è produrre il metano nella forma più pura possibile.
Lo scopo dell'upgrading del biogas è creare un gas naturale rinnovabile (RNG), cioè adatto al trasporto tramite condotta e idoneo all'uso ovunque venga impiegato il gas naturale convenzionale. La differenza principale è che l'RNG — o biometano — è facilmente rinnovabile rispetto al gas naturale ottenuto da depositi geologici. Il biometano può essere liquefatto o compresso per l'alimentazione dei veicoli. Inoltre, è conforme ai requisiti dello Standard Federale per i Carburanti Rinnovabili (Renewable Fuel Standard) stabiliti dall'Environmental Protection Agency (EPA). In breve, l'uso di RNG riduce considerevolmente le emissioni di gas serra.
Il vapore acqueo può saturare il biogas raccolto da un digestore anaerobico, rappresentando fino al 12% del peso del gas, sebbene meno dell'uno percento del contenuto. Questo vapore potrebbe condensarsi durante il trasporto attraverso le condotte, corrodendole. È quindi importante rimuovere l'H₂O prima del trasporto. Il vapore si condenserà in H₂O liquida solo al punto di rugiada. Raggiungere questo stato è reso possibile con diversi mezzi. Per esempio, il gas può essere raffreddato alla temperatura che corrisponde al punto di rugiada. Questo viene spesso realizzato interrando la condotta del gas e installando una trappola per l'acqua condensata. Un altro scenario prevede l'impiego di gel di silice nel sistema di upgrading del biogas per intrappolare il vapore e consentire al biogas di procedere a ulteriore raffinazione.
Anche una piccola quantità di idrogeno solforato (H₂S) può causare molti problemi. Oltre a minacciare la salute respiratoria di esseri umani, animali e piante, questo composto — talvolta chiamato gas di fogna — è noto per causare una corrosione debilitante su serbatoi di stoccaggio e condotte. Sebbene la sua presenza sia appena percepibile nella maggior parte del biogas, ce n'è comunque abbastanza da causare terribili conseguenze se non eliminato. Un modo per mitigarne la presenza nel biogas è aggiungere composti di ferro al digestore anaerobico prima di aggiungere il substrato, ovvero la materia organica. I composti di zolfo rimangono quindi nel digestato dopo che il biogas è stato estratto. Spesso, tuttavia, un'azione anticipatoria non è sufficiente da sola. Il carbone attivo può reagire con H₂S per ossidarlo e legare le molecole alla superficie solida del carbonio. Un'altra procedura di rimozione consiste nel far scorrere il gas attraverso una soluzione di idrossido di sodio o attraverso solidi trattati con ossido di ferro.
A parte il metano, l'anidride carbonica è il composto più abbondante nel biogas. Sfortunatamente, la CO₂ priva il biogas del suo valore energetico e della sua efficienza combustibile. Uno dei modi più comuni per ridurre il contenuto di CO₂ è attraverso l'iniezione di biogas pressurizzato assorbito in un grande serbatoio cilindrico riempito d'acqua per un periodo tra 20 e 40 giorni. I contaminanti vengono quindi scomposti e il gas purificato viene pompato. Altre tecniche includono membrane che intrappolano il metano ma permettono all'anidride carbonica di fluire, così come l'adsorbimento tramite mezzi chimicamente reattivi.
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