Electrochaea, startup biotecnológica alemana creada en 2014, se encuentra en fase de pleno desarrollo gracias a una novedosa tecnología de “power to gas”, la biometanación, un proceso que combina dióxido de carbono (CO2) e Hidrógeno molecular (H2) para producir metano (CH4) en un reactor biológico. El procedimiento representa una alternativa más para la generación de gas renovable y, en el caso de Electrochaea, ha sido refrendado con financiación por parte del Consejo Europeo de Innovación (EIC por sus siglas en inglés), por estimar que contribuye a los objetivos del Pacto Verde Europeo y al programa de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas.

Por Juan Carlos Giménez

Electrochaea GmbH ha desarrollado y patentado una tecnología P2G propia y basada en la biocatálisis, que recicla el CO2 al tiempo que produce metano biológico. Éste puede almacenarse o utilizarse, en función de la demanda energética, a partir del excedente de electricidad renovable de origen solar fotovoltaico o eólico.

La compañía ha desarrollado tres plantas de demostración semiindustriales en Suiza, Dinamarca y EE.UU, con rangos de producción de entre 12 y 50 Nm3/h de metano. Las plantas en Suiza y Dinamarca han inyectado el gas renovable producido en las redes comerciales de gas de ambos países.

Electrochaea desarrolla y comercializa una tecnología conocida como “electricidad-a-metano” utilizando un microorganismo único: las arqueas metanogénicas. Su proceso de biometanación tiene varias características diferenciales: dispone de la cepa pura de arquea más eficiente del mundo, desarrollada en la Universidad de Chicago, protegida por patentes; el biocatalizador es muy robusto, flexible y eficiente; las células se replican, por lo que el sistema es autosuficiente; y produce un metano de muy alta calidad, listo para inyectar a la red. En conclusión, una tecnología que puede hacer viable el proceso, tanto técnica como económicamente.

Electrochaea se fundó pensando en el futuro del sistema energético. El cerebro detrás de la idea inicial fue el profesor Laurens Mets, de la Universidad de Chicago, quien descubrió una cepa de arqueas altamente eficiente y la adaptó para su aplicación industrial en 2006. Este fue el inicio del proceso para llevar la idea original a la realidad.

Con el apoyo de otros socios, las primeras pruebas a escala de laboratorio se llevaron a cabo en 2011 utilizando biogás crudo procedente de un digestor de una cervecería de St. Louis, en los EE. UU. Posteriormente, en 2013, se realizaron pruebas de campo pre-comerciales en un proyecto financiado por la Agencia Danesa de Energía en el Centro de Investigación de Foulum, en Dinamarca. Las pruebas demostraron la escalabilidad y productividad de la tecnología. El problema era que en aquel momento nadie estaba interesado en el gas renovable en Estados Unidos, y en Europa la situación era diferente. Así fue como en 2014 se fundó Electrochaea GmbH en Múnich, con Mich Hein como uno de los fundadores y director general quien se encargó de encontrar inversores y cerrar una ronda de financiación serie A.

RÁPIDO CRECIMIENTO

La compañía ha sido incluida en la lista TechTour Growth Top50 como una de las startups tecnológicas de más rápido crecimiento en Europa, con una valoración de más de 100 millones de euros. En el último año, la compañía ha incrementado su plantilla en un 50%, al tiempo que ha ampliado sus instalaciones en Planegg, una localidad próxima a Múnich que se ha convertido en un polo de atracción para empresas de nueva creación en áreas como biofarmacéutica, bioingeniería o energías renovables, entre otros.

La tecnología de biometanación produce biometano renovable a partir de CO2 y H2. Este gas es una fuente de energía con múltiples aplicaciones en el panorama económico y social actual. El biometano se puede utilizar para generar electricidad, calor o como combustible para vehículos. Al utilizar biometano, la dependencia de los combustibles fósiles se reducirá significativamente y, eventualmente, desaparecerá.

La biometanación también contribuye a la seguridad energética al diversificar el mix energético. Dado que el biometano se puede producir localmente a partir de diversas fuentes, reduce la dependencia de los combustibles fósiles importados, y proporciona una solución descentralizada de generación de energía. Esto es particularmente importante para los países que buscan mejorar su autosuficiencia energética y su resiliencia frente a las interrupciones del suministro.

BIOGÁS DE ORIGEN DIVERSO

El origen de los residuos no es relevante en términos de una aplicación más o menos sencilla de la tecnología de Electrochaea, ya que su sistema funciona bien con todo tipo de biogás. En sus plantas de demostración se ha utilizado biogás procedente tanto de plantas de tratamiento de aguas residuales como de estiércol, gases residuales de fermentación y bioetanol, pero en su laboratorio también se han realizado pruebas con otras fuentes de CO2, incluidos gases de vertederos o de combustión.

Otra ventaja importante de su tecnología es que es capaz de “mejorar” el biogás, ya que el biocatalizador puede recibir el biogás crudo directamente del digestor, como fuente de CO2. El metano contenido en el biogás es completamente inerte para el biocatalizador, mientras que el CO2 es capturado y convertido en metano. Esto permite a un productor de biometano aumentar su producción de metano renovable, normalmente entre un 50% y un 80%, dependiendo de la concentración de CO2 en el biogás.

La participación futura de la biometanación respecto de la demanda total de energía en Europa dependerá de una compleja interacción de diferentes factores. Si bien es difícil dar una estimación exacta, algunos estudios y escenarios ofrecen rangos para su potencial. Por ejemplo, la Asociación Europea de Biogás (EBA) ha sugerido que el biometano podría cubrir alrededor del 10% de la demanda europea de gas natural para 2030. La planta de biometanación de Electrochaea convierte el CO2 en biometano en una proporción de prácticamente 1 a 1. Esto significa que una tonelada de CO2 produciría aproximadamente 6 MWh de metano.

MICROORGANISMO EVOLUCIONADO SELECTIVAMENTE

La particularidad del proceso de biometanación que ha desarrollado Electrochaea se basa en la arquea metanogénica, un microorganismo evolucionado selectivamente que actúa como biocatalizador, sintetizando metano renovable a partir de CO2 y H2. Este gas puede inyectarse en la red gasista convencional para su consumo inmediato o almacenamiento. Por su parte, el CO2 de origen se puede obtener a partir de residuos de las más diversas fuentes: digestores anaeróbicos, vertederos, explotaciones ganaderas, instalaciones de fermentación o procesos industriales diversos. Y el H2 renovable se puede generar a partir de electricidad renovable mediante electrólisis.

La alta eficiencia, flexibilidad y robustez del biocatalizador empleado permiten que esta tecnología patentada ofrezca un altísimo ratio de conversión del CO2 en CH4 (virtualmente 1 a 1) y funcione con costos operativos y de capital más bajos, además de con mayor flexibilidad que los procesos de metanación termoquímica convencionales. El biocatalizador es compatible con ciclos de trabajo variables e impurezas comunes en las fuentes de CO2. Y el almacenamiento de energía P2G permite un volumen de reservas prácticamente ilimitado a través de la infraestructura de red de gas existente. Adicionalmente, el proceso es escalable y modular, de manera que permite una amplia gama de aplicaciones. Hay que destacar también que esta tecnología permite suministrar un gas de calidad para su inyección a red (>97% CH4), y por tanto con una limitada necesidad de pre-tratamientos y posttratamientos. Es capaz de tratar biogás crudo procedente directamente de un digestor, y el único elemento que se debe vigilar en los gases de entrada es el oxígeno, dado que la reacción es anaerobia.

Doris Hafenbradl, CTO y Directora Gerente de Electrochaea: “España es uno de nuestros mercados objetivo”

Doris Hafenbradl es licenciada en microbiología por la Universidad de Ratisbona, y se doctoró con una investigación sobre las arqueas hipertermófilas en el Centro para el Estudio de las Arqueas en la misma universidad bávara. Tiene una larga trayectoria como científica y ejecutiva en la industria biotecnológica y farmacéutica, tanto en los EE.UU. como en Europa. Se incorporó a Electrochaea desde la vicepresidencia para servicios de investigación de Axxam, proveedor líder de servicios de investigación e innovación para el sector biotecnológico. Anteriormente ocupó diversos cargos directivos en importantes empresas del sector farmacéutico como BioFocus, Proteros, GPC Biotech, Axxima Pharmaceuticals, Instituto de Genómica de la Fundación de Investigación de Novartis y Diversa. Desde 2015 es Directora de Tecnología (CTO) y Directora Gerente de Electrochaea.

¿Cree que el biometano, y los gases renovables en general, tienen capacidad para reemplazar al gas natural como fuente de energía primaria?

Sí, creo que los gases renovables tienen la capacidad de sustituir al gas natural como fuente de energía primaria; sin embargo, el alcance de esta sustitución dependerá de diferentes factores como el desarrollo tecnológico, la disponibilidad de energía solar y eólica, el apoyo político, la dinámica del mercado y la infraestructura disponible.

¿Cómo calificaría la disposición del sector gasista europeo para acoger y apoyar la alternativa de los gases renovables?

He sido testigo recientemente de cómo el sector europeo del gas muestra una creciente voluntad de adoptar y apoyar los gases renovables como parte de sus esfuerzos para hacer realidad la transición hacia un futuro energético más sostenible y con bajas emisiones de carbono. Por ejemplo, la Unión Europea ha fijado objetivos climáticos y energéticos ambiciosos, incluido el objetivo de alcanzar la neutralidad de carbono en 2050. Sin embargo, si bien existe una voluntad general de apoyar los gases renovables, aún existen desafíos. El principal es la falta de claridad del regulador en cómo clasificar y tratar estos gases. Esta falta de claridad añade incertidumbre a un sector que aún depende del apoyo público y de la financiación para llevar a cabo los proyectos, y dificulta alcanzar su competitividad en costes.

¿Cuáles son las conclusiones más relevantes obtenidas hasta la fecha en sus plantas de demostración?

Después del éxito obtenido en la operación de las tres plantas piloto que construimos en Dinamarca, Suiza y los Estados Unidos, alcanzando el objetivo de inyectar metano renovable en las redes de gas de Dinamarca y Suiza, llegamos a varias conclusiones: nuestro biocatalizador tiene un rendimiento muy alto; la calidad del metano producido es muy alta, y no se necesita purificación posterior; el sistema en su conjunto es muy flexible, lo que significa que se puede encender y apagar según sea necesario, adaptándose a las fluctuaciones de la electricidad renovable. Y también demostramos que el sistema es escalable y comercialmente viable.

Su tecnología se basa en el empleo microorganismos, concretamente en una cepa de arqueas metanogénicas. ¿Se trata de un recurso disponible en el caso de que la biometanización pase a utilizarse a gran escala, o plantea problemas de suministro a partir de cierto volumen de producción de metano?

Nuestras arqueas metanogénicas son microorganismos autorreplicantes. Si se opera correctamente, nuestro biocatalizador puede producir metano durante muchos años sin necesidad de agregar o reponer arqueas.

 Más allá de esta experiencia en plantas de demostración. ¿Para cuándo prevén el despliegue de proyectos comerciales reales? ¿Cuáles son sus próximos objetivos?

Actualmente tenemos varios proyectos en desarrollo, pero el más cercano es una planta comercial para convertir 500 Nm3/h de CO2 en Roslev, Dinamarca. España es también uno de nuestros mercados objetivo y ya estamos desarrollando varios proyectos comerciales. En este sentido, puedo adelantar que esperamos tener en funcionamiento nuestra primera planta comercial en España a finales de 2025.

¿Cómo ha acogido el sector gasista su propuesta? ¿Han alcanzado acuerdos con alguna compañía?

Puedo decir que nuestra tecnología genera gran confianza y entusiasmo. Contamos con varios inversores estratégicos del sector energético, incluidos Baker Hughes, Storengy y Energie 360, que comparten nuestros puntos de vista y trabajan con nosotros para llevar nuestra tecnología al mercado. Hemos establecido muchos contactos con empresas del sector del gas en todo el mundo y, aparte de los proyectos concretos en los que ya estamos trabajando, estamos continuamente analizando la viabilidad de otros nuevos.

Algunos estudios recientes han puesto de manifiesto un alto potencial para el desarrollo de los gases renovables en España. ¿Tiene Electrochaea planes para el mercado español?

Sí, como he mencionado antes, España es uno de nuestros mercados objetivo, ya que tiene un alto potencial para la producción tanto de biometano como de hidrógeno. Además, España necesita descarbonizar su economía para cumplir con los objetivos de sostenibilidad fijados para 2030 y más allá. Esto supone una importante reducción de emisiones en muchos sectores de actividad durante los próximos años. Sé que muchas empresas españolas ya están desarrollando proyectos de gas renovable e implementando soluciones de descarbonización. Nuestra tecnología es el punto de conexión entre CO2, H2 y CH4, y estamos firmemente convencidos de que ocupamos una posición clave para contribuir a la transición verde.

Desde su punto de vista, ¿cuáles son las fortalezas y oportunidades que presenta un país como España a la hora de desarrollar la biometanización?

Como comentaba anteriormente, es un mercado muy favorable para la biometanación por su alto potencial de producción de biogás, la necesidad de descarbonización o la importancia de reducir su dependencia energética. También es un factor importante que los precios de la electricidad son relativamente bajos en comparación con otros países, debido a la preeminencia de la generación de electricidad renovable no programable, principalmente solar y eólica. De hecho, se espera que la generación a partir de estas dos fuentes aumente casi cuatro veces en el período 2020-2030, lo que supondrá también un reto de gestión de su disponibilidad. Nuestra tecnología es particularmente eficiente para gestionar la variabilidad de la electricidad renovable, y puede actuar como sistema de almacenamiento de electricidad en forma de metano. Otro aspecto positivo del mercado español para nuestra tecnología son los ambiciosos objetivos marcados por el gobierno en cuanto al uso de combustibles renovables de origen no biológico (RFNBO), tanto en el transporte como en la industria para 2030.