Hidrógeno verde electrolítico y su empleo en la obtención de amoniaco renovable

En el marco de la transición hacia una economía baja en carbono y en constante búsqueda de soluciones energéticas sostenibles, el hidrógeno verde emerge como solución clave para abordar los desafíos energéticos y medioambientales actuales. El presente Trabajo de Fin de Grado estudia el hidrógeno verde de origen electrolítico y su empleo en la obtención de amoniaco renovable, centrando el foco en la descarbonización en el sector de la industria de fertilizantes a partir de este producto. En él, se analiza y evalúa la viabilidad de producción de estos dos recursos, explorando diferentes escenarios y tecnologías. Los objetivos de este estudio engloban, por un lado, el análisis de la situación actual del hidrógeno y el amoniaco verde, tanto a nivel teórico como regulatorio y de proyectos implementados. Por otro lado, se ha llevado a cabo un estudio tecno-económico para evaluar la viabilidad de diferentes escenarios de producción. Se han considerado dos tipos de sistemas: aislados de red, basados exclusivamente en energía fotovoltaica, y conectados a red, que combinan energía fotovoltaica con energía extraída de la red con certificado de origen renovable. Para ello, se ha analizado la tecnología alcalina y la PEM, como distintas alternativas de electrólisis, y diferentes potencias instaladas (20MW y 50MW). La metodología de cálculo aplicada en el presente trabajo es la del coste nivelado, tanto para el amoniaco (LCOA), como para el hidrógeno (LCOH). Esta metodología permite evaluar todos los costes asociados al proyecto a lo largo de su vida útil, dividiéndolos en dos categorías: CAPEX y OPEX, proporcionando una visión global de su viabilidad y rentabilidad económica. Los resultados obtenidos revelan una clara ventaja de los escenarios conectados a red, con precios del amoniaco entre los 700 €/ton NH3 y los 920 €/ton NH3 en función de la tecnología y la potencia instalada; frente a los precios de entre 1.518 €/ton NH3 y 1.670 €/ton NH3 en el caso de sistemas aislados. Ambos rangos de precios resultan válidos y quedan respaldados con publicaciones de referencia, a pesar de su gran diferencia. De acuerdo con las curvas de producción y consumo energético obtenidas en los sistemas aislados, existe una gran problemática con la dependencia de la intermitencia fotovoltaica, traducida en un impacto económico de costes de operación del sistema y, por tanto, en un precio final del amoniaco muy elevado. Respecto a la comparativa de tecnologías de electrólisis, se corrobora la actual desventaja de la PEM respecto a la alcalina, con valores obtenidos de producción anual de amoniaco menores y costes por unidad de amoniaco ligeramente superiores. A modo de ejemplo y aplicable proporcionalmente al resto de configuraciones, al comparar un escenario aislado alcalino frente a uno PEM, se aprecian diferencias en la producción de 247 ton/año menos en el caso PEM (equivalente a un 5% del total) y un coste de 121€ por encima del caso alcalino en cada tonelada de amoniaco producido (equivalente a un 8% del precio total). Detallando numéricamente esta comparativa de ejemplo, a partir de la tecnología alcalina se obtienen valores de 5.633 ton NH3/año a 1.518 €/ton NH3, frente a 5.386 ton NH3/año a 1.639 €/ton NH3, en el caso de tecnología PEM. Esto puede deberse a un desarrollo en el mercado y una madurez tecnológica mucho más amplia en el caso alcalino. No obstante, no se prevé que esto pueda suponer un obstáculo en un futuro cercano, puesto que la tecnología PEM está en continuo desarrollo y ofrece unas prestaciones muy ventajosas en ciertos sistemas. La comparativa de escenarios de distintas potencias ha permitido comprobar el mejor funcionamiento de sistemas de altas capacidades, evidenciando la economía de escala que envuelve a los equipos de electrólisis, con unos costes, asociados al aumento de megavatios instalados, proporcionalmente inferiores a la producción obtenida. Un ejemplo útil que evidencia esta comparativa es el caso alcalino conectado a red de 20 y 50MW, con valores de producción de 18.430 ton NH3/año, frente a las 47.918 ton NH3/año a mayor potencia instalada; y sus respectivos precios asociados de 861 €/ton NH3 y 703 €/ton NH3. En otras palabras, el aumento en capacidad de 30MW (más del doble de la configuración de baja potencia), supone un aumento en la producción de 29.488 ton NH3/año (1,6 veces la producción a baja potencia) y una disminución en el coste de la unidad del amoniaco de 37 €/ton NH3, un 22% menos que en el sistema de 20MW. La diferencia de porcentajes demuestra la no proporcionalidad de costes frente a potencia o producción del sistema y, por tanto, impulsa la implementación de proyectos de gran capacidad con resultados favorables. En un último análisis de impacto medioambiental real en la planta de Fertiberia en Puertollano, se obtienen valores de emisiones de CO2 evitadas: desde las 9.296 ton CO2/año, hasta las 76.106 ton CO2/año para el caso aislado más desfavorable y el conectado a red más favorable, respectivamente. Estas cifras resultan impactantemente grandes y, en cambio, solo suponen un 3% y 24% de la producción total de amoniaco gris de la planta de fertilizantes, respectivamente. Esto revela la imperante necesidad de un reemplazo de fuentes energéticas exentas de emisiones contaminantes en el sector industrial.