Proyecto de planta de producción de hidrógeno verde para necesidades nacionales

Abstract

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, el combustible con mayor densidad energética por unidad de masa y con potencial de aplicación en todos los sectores que requieren energía. Debido a los abundantes recursos solares, eólicos e hídricos con los que Chile dispone, el hidrógeno puede ser producido a través de fuentes renovables. Por lo tanto, Chile tiene una oportunidad única para desarrollar múltiples aplicaciones basadas en hidrógeno. Dado lo anterior se plantea como objetivo general proyectar una planta de producción de hidrógeno verde para satisfacer la demanda emergente de este energético en una zona del país, en particular el abastecimiento de energía eléctrica y térmica, así como oxígeno al Hospital regional de Concepción. De este modo en un análisis de ingeniería conceptual se establece la generación de energía eléctrica mediante celdas de combustible para los principales edificios. Así también la inyección de un porcentaje de volumen de hidrógeno a la red de gas natural. Por ultimo existe una demanda de oxigeno gaseoso y de oxigeno liquido. Para la producción de hidrógeno se establece la utilización del método de electrólisis separando la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno en una planta a 52 km del Hospital, utilizando energía eólica. Para el método de almacenamiento se escoge la compresión mediante multietapa con refrigeración intermedia para el hidrógeno y oxígeno gaseoso. Para el oxígeno liquido se establece el ciclo de licuefacción de Claude integrándolo al ciclo de compresión del oxígeno gaseoso. Del mismo modo el transporte de los compuestos se establece mediante camiones de ruta que funcionan con celdas de combustible, teniendo un sistema cero emisiones. Del desarrollo de la ingeniería básica se tiene la utilización de un total de 48 celdas de combustible de 71 kW y 5 inversores de 1650 kVA en corriente alterna (CA) para cubrir la energía eléctrica, con una demanda de hidrógeno de 542 ton/año. Así también inyectando un 5% de volumen de hidrógeno a la red de gas, se tiene una demanda de 5,4 ton/año. Para el transporte de los compuestos cada dos semanas son necesarios 30 camiones con 400 km de autonomía, demandando 7,6 ton/año de hidrógeno. De este modo se necesitan 9 electrolizadores de 1 MW conectados a 3 aerogeneradores de 3MWpara el abastecimiento de hidrógeno y oxigeno, así como 2 aerogeneradores de 500 kW para el sistema de compresión. Teniendo una producción de 591 ton/año de hidrógeno, abasteciendo 10 veces la demanda de oxigeno del Hospital, y reciclando el 92% del agua de la planta. Finalmente de la evaluación económica se tiene que el proyecto posee una inversión de 200,5 MM USD, así como un costo de operación de 3,6 MM USD/año. Realizando un análisis de sensibilidad del precio de venta y porcentaje para un préstamo, el hidrógeno producido debe ser vendido a un precio mínimo de 47 USD/kg con un 75% de préstamo y un valor actual neto de 7,03 MM USD. Obteniendo que el proyecto no es rentable dado el precio del hidrógeno del mercado.