ANÁLISIS TECNO-ECONÓMICO DEL USO DE AMONIACO COMO VECTOR EN EL TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO

Abstract

Ante los problemas actuales en materia de cambio climático, el hidrógeno aparece como posible sustituto de los recursos fósiles con aplicaciones como el almacenamiento energético. Algunas de sus propiedades, como su PCI (120 MJ/kg), refuerzan su potencial para el sector energético, pero su transporte y almacenamiento conlleva muchas complicaciones por su reducida densidad energética volumétrica (8 MJ/L). En cambio, el amoniaco es un compuesto químico que incluye un alto contenido en hidrógeno (17,8 % en peso) y presenta mejores características para facilitar su transporte y almacenamiento, como una densidad energética volumétrica más elevada (12 MJ/L) y una infraestructura madura. Por ello se plantea un análisis tecno-económico del uso del amoniaco como portador de hidrógeno que abarque las etapas de síntesis, transporte y almacenamiento y descomposición del amoniaco. Estas operaciones se diseñan con el apoyo del ¿software¿ de simulación ASPEN PLUS. Este proyecto se desarrolla en España, por lo que se plantea una distribución del amoniaco líquido a través de camiones cisterna. Como el método tradicional de Haber-Bosch para la producción de amoniaco conlleva consumos intensivos de energía, se selecciona otra técnica. La Síntesis de Amoniaco en Estado Sólido (SSAS, por sus siglas en inglés) consiste en la generación de amoniaco por una ruta electroquímica con electrolito sólido. Esta alternativa presenta mayor versatilidad y menor demanda energética, pero tiene un Nivel de Madurez (TRL) de 4, denotando falta de desarrollo. Por su parte, para la descomposición se diseña una operación termocatalítica en la que en un reactor divide el amoniaco en nitrógeno e hidrógeno. Como la reacción de descomposición es endotérmica, se plantea el uso de parte del NH3 alimentado a la planta para combustión y suministro de la energía de activación. En último lugar, se somete el producto a una purificación exhaustiva con lechos de adsorción por oscilaciones de temperatura y de presión (TSA y PSA). Para realizar el estudio, se diseña una planta de 140 ton/día de amoniaco, usando como materia prima 32 y 135 toneladas diarias de hidrógeno y nitrógeno, respectivamente. En esta operación se obtiene un ratio de producción de 1,03·10^(-8) mol NH3/(s· cm^(2) de electrodo) y una eficiencia de Faraday del 56%. La demanda eléctrica de esta operación asciende a 8,27 MWh/ton amoniaco y la calorífica a 4,60 GJ/ton amoniaco. El amoniaco producido se distribuye en fase líquida hacia el consumidor final, donde se descompone en una central que consume 2,23 MWh y 53 GJ por tonelada de hidrógeno, obteniéndose 18,01 toneladas diarias de hidrógeno con una pureza del 99,999%, que equivale a un rendimiento global de recuperación de hidrógeno del 56,28%. Para llevar a cabo este proyecto se ha calculado un CAPEX de 206,71 M€ y un OPEX de 86,24 M€/año. Estos gastos comprenden el proceso global, siendo más significativa la inversión en la SSAS por su falta de madurez. Teniendo en cuenta estos valores, se determina un coste de equilibrio del hidrógeno (LCoH) de 16,11 €/kg hidrógeno, que sería el precio de venta mínimo del producto final. Complementario a estos resultados se destaca que un aumento del 10% del precio de venta genera beneficios económicos significativos. Además, se espera una futura inversión en esta tecnología, dentro del mercado del almacenamiento energético, que proporcione mejores eficiencias y sea más asequible.