Análisis tecnoeconómico de procesos power-to-X impulsados ​​por energías renovables

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Investigadores de la Universidad de Génova han realizado un análisis tecnoeconómico para evaluar el hidrógeno verde producido a través de la electrólisis del agua y su conversión en tres combustibles alternativos: metano, metanol y amoníaco. Examinaron la eficiencia, la capacidad de almacenamiento, los costos anuales y los costos de producción de los diferentes combustibles, que encontraron significativamente más altos que los valores de referencia del mercado.

Una de las próximas grandes cosas de la transición energética, las tecnologías power-to-X (P2X) se pueden utilizar para almacenar excedentes de energía renovable en forma de combustibles limpios, como hidrógeno o amoníaco . Si bien estos portadores de energía y productos químicos brindan una versatilidad significativa en el almacenamiento de energía renovable, el punto de inflexión para sus eficiencias y costos de conversión a menudo ha sido un tema de debate.

Ahora, investigadores de la Universidad de Génova han investigado y comparado cuatro soluciones P2X verdes (hidrógeno, metano, metanol y amoníaco) impulsadas por varias fuentes de energía renovable en términos de su viabilidad técnica y económica. El análisis se ha realizado considerando un electrolizador PEM para producción de hidrógeno de tamaño fijo de 10 MW.

En su análisis energético, encontraron que la energía a hidrógeno (P2H) mostró la eficiencia más alta con un 61,5 %, seguida por la energía a metanol (P2M) con un 52,7 % y la energía a amoníaco (P2A) con un 51,4 %, mientras que la energía -to-gas (P2G) tuvo el valor más bajo de 45%. Por otro lado, se encontró que P2H era la solución de almacenamiento menos conveniente (volumen 316 m3). La mejor solución de almacenamiento en términos de volumen y densidad de energía fue el P2M (volumen 30 m3, densidad de energía 4,3MWh/m3), mientras que el P2A es el mejor en términos de H2 almacenado en el combustible (108 kgH2/m3).

Desde una perspectiva económica, el desglose anual de costos mostró que, en todos los casos, los mayores gastos están relacionados con la compra de energía eléctrica y el capex y opex del electrolizador (alrededor del 90% de los costos totales). Una reducción del 50 % en el costo de la electricidad y el gasto de capital del electrolizador podría conducir a una reducción de aproximadamente el 30 % y el 18 % en el costo de producción de combustible (FPC), respectivamente, encontraron los investigadores. Pero vender el O2 coproducido permitiría una mejora en el desempeño económico, reduciendo el FPC.

Al considerar diferentes valores de costo nivelado de electricidad (LCOE) y horas de operación equivalentes (EOH) características de fuentes de energía específicas, los investigadores compararon la producción de hidrógeno y amoníaco empleando energía fotovoltaica. Descubrieron que los costes de producción oscilaban entre 225 € (326 $)/MWh y 560 €/MWh para el hidrógeno y entre 250 €/MWh y 670 €/MWh para el amoníaco.

Finalmente, en términos de coste másico, el hidrógeno resulta el producto más caro con 5,31 €/kg sin la opción de venta de oxígeno, lo que supone un 74% más que el coste de producción del gas e incluso un 420% más que los costes del metanol y amoníaco que resultado casi comparable (1,02 €/kg y 1,04 €/kg, respectivamente). Dicho esto, los costos de producción de combustibles resultantes son significativamente más altos que los valores de referencia del mercado (3 €/kg para H2, 1 €/kg para CH4, 0,5 €/kg para MeOH, 0,6 €/kg para NH3), encontraron los investigadores.

Teniendo en cuenta el coste de producción en términos de contenido energético, el valor más alto es para el proceso P2G (0,22 €/kWh) debido a la menor eficiencia energética en comparación con el otro proceso. Así, el mejor resultado se obtiene para el caso P2H (0,16 €/kWh), y se obtienen resultados intermedios para las plantas P2M y P2A (0,19 €/kWh y 0,2 €/kWh, respectivamente).

Los investigadores describieron sus hallazgos en » Un análisis tecnoeconómico y de sensibilidad comparativo de los procesos Power-to-X de diferentes fuentes de energía «, que se publicó recientemente en Energy Conversion and Management .