Calculadora de producción de hidrógeno
El hidrógeno puede desempeñar un papel fundamental como combustible sin carbono que puede ayudar a descarbonizar sectores de la economía mundial difíciles de electrificar. También es una materia prima industrial crucial para la producción de fertilizantes y productos químicos y en la producción de combustibles convencionales en el refinado. Sin embargo, los métodos convencionales de producción de hidrógeno son muy intensivos en carbono, y la producción mundial actual es responsable de casi 900 millones de toneladas de emisiones de carbono al año.
Hay varias formas de generar hidrógeno con un perfil de bajas emisiones, cada una con sus ventajas y subproductos únicos. Dos de las principales vías para fabricar hidrógeno con bajas emisiones son: 1) la electrólisis con electricidad baja en carbono (el hidrógeno electrolítico fabricado de este modo con energía renovable se denomina hidrógeno "verde" o "renovable") y 2) el reformado de metano por vapor con capacidades instaladas de captura y almacenamiento de carbono y estrictos controles de metano previos (a menudo denominado hidrógeno "azul").
CATFpermite a los usuarios comprender mejor el perfil de recursos de estas vías mostrando las cantidades de gas natural, agua y electricidad necesarias para producir distintos volúmenes de hidrógeno mediante reformado de metano al vapor con captura y almacenamiento de carbono o electrólisis. Los usuarios también pueden informarse sobre el nitrógeno y el hidrógeno necesarios para producir amoníaco, un componente clave en la fabricación de fertilizantes y un prometedor combustible sin carbono para descarbonizar el transporte marítimo.
Cómo utilizar la calculadora:
Para utilizar esta herramienta, introduzca un volumen determinado de hidrógeno para la vía de generación deseada. En el caso de la electrólisis, también puede ajustar el factor de capacidad para la entrada de electricidad. La herramienta calculará los insumos necesarios para el volumen de hidrógeno correspondiente, así como las emisiones y subproductos asociados de cada proceso. Para utilizar la calculadora de producción de amoniaco, basta con introducir el volumen de hidrógeno disponible.
Tenga en cuenta que esta herramienta sólo tiene en cuenta los impactos a nivel de instalación y no es una herramienta de análisis del ciclo de vida.
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Low Carbon/Blue Hydrogen – Steam Methane Reforming with Carbon Capture and Storage
Marcos de referencia para el hidrógeno producido con gas natural y captura y almacenamiento de carbono (hidrógeno "azul")
La mayor parte del hidrógeno que se produce hoy en día se hace mediante reformado de metano con vapor sin ninguna tecnología de captura de carbono instalada. Un reformador de metano al vapor (SMR) típico produce unos 10.000 kg/h de hidrógeno como referencia útil. Un reformador de metano al vapor de tamaño similar, combinado con tecnología de captura y almacenamiento de carbono, consumiría unos 1.800 MMBTU (530 MWh) de gas natural por hora, lo que equivale aproximadamente a lo que consumen 230.000 hogares estadounidenses en una hora.⁵ La planta también consumiría unos 780 litros (200 galones) de agua por minuto, lo que equivale aproximadamente a lo que consumen 1.000 hogares de Estados Unidos cada minuto.⁶
Notas
- El rendimiento de la instalación se basa en los datos del informe técnico del IEAGHG - 2017-02 de febrero de 2017 "Evaluación tecnoeconómica de una planta de hidrógeno autónoma (comercial) basada en SMR con CCS".
- La tasa de captura de carbono de esta instalación es del 90%. Otras configuraciones de instalaciones, como las que utilizan tecnologías de reformado autotérmico (ATR), permiten alcanzar tasas de captura superiores al 90%.
- Las densidades normales se calculan a una temperatura normal de 0oC y una presión normal de 1 atm o 101,325 kPa.
- La instalación tiene un factor de disponibilidad del 100%, lo que implica 365 días de funcionamiento al año. Los factores de disponibilidad habituales se acercan al 97%.
- Tenga en cuenta que el consumo varía en función de si se utiliza electricidad en lugar de gas natural para usos finales comunes como calefacción, cocina y secado de ropa. Utilizando datos de la EIA, los cálculos de CATF muestran que el consumo de gas natural por cliente residencial de Estados Unidos fue de 5.392 pies cúbicos estándar al mes en 2021. Esto equivale a unos 5,63 millones de unidades térmicas británicas o 1.649 kilovatios-hora al mes. Ver fuente
- El agua fácilmente disponible en una instalación puede requerir un procesamiento adicional para cumplir los estrictos requisitos de calidad para el reformado de metano con vapor o la electrólisis. En consecuencia, el consumo real de agua bruta puede variar en función de la calidad disponible. Los cálculos anteriores presuponen que el agua ya ha sido tratada con la calidad requerida y no incluyen consideraciones sobre el agua de refrigeración para equipos auxiliares. Según la EPA, el consumo medio de agua de los hogares estadounidenses fue de 1136 litros (300 galones) al día en 2016. Ver fuente. Para obtener información adicional sobre cómo puede variar el consumo real de agua bruta en función de la calidad disponible, consulte la página web de GHD.
Electrolytic Hydrogen – Electrolysis
Marcos de referencia para el hidrógeno producido por electrólisis (hidrógeno "electrolítico")
En comparación con un SMR típico que produce unos 10.000 kg/h de hidrógeno, una planta de electrólisis de tamaño similar consumiría 530 MWh de electricidad cada hora, aproximadamente lo que 440.000 hogares de Estados Unidos consumen en una hora.⁶ La planta de electrólisis también consumiría unos 440 galones (~1700 litros) de agua por minuto, que es aproximadamente lo que 2. 100 hogares estadounidenses consumen cada minuto.⁷
Notas
- Demanda de electricidad del electrolizador a partir del informe del Instituto Franhofer de Sistemas de Energía Solar - "Cost forecast for low temperature electrolysis - technology driven bottom-up prognosis for PEM and alkaline water electrolysis systems".
- Demanda de agua para la electrólisis de los electrolizadores de las series C,S y H de Nel (2020), una parte de la cual se pierde por evaporación y se arrastra con los gases de hidrógeno y oxígeno.
- Para esta configuración se supone una relación 1:1 entre capacidad renovable y capacidad del electrolizador.
- La producción de hidrógeno por electrólisis es más rentable cuanto mayor es el factor de capacidad
- Para más información sobre los factores de capacidad de las tecnologías energéticas a escala comercial, consulte la página web del NREL.
- Tenga en cuenta que la cifra indicada anteriormente corresponde a la electricidad consumida, no a la capacidad de generación necesaria para alimentar la planta de electrólisis. La capacidad de generación necesaria dependerá de la frecuencia con la que la electricidad esté disponible durante el día, lo que se conoce como factor de capacidad. El factor de capacidad varía según las distintas tecnologías de energías renovables, siendo normalmente del 10-20% para la energía solar fotovoltaica y del 30-50% para la eólica marina(fuente). Este factor puede modificarse en la herramienta para demostrar el valor de disponer de energía limpia y firme las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Los datos de la EIA muestran que el consumo medio de electricidad de los hogares fue de 10632 kWh/año. Ver fuente.
- El agua fácilmente disponible en una instalación puede requerir un procesamiento adicional para cumplir los estrictos requisitos de calidad para el reformado de metano con vapor o la electrólisis. En consecuencia, el consumo real de agua bruta puede variar en función de la calidad disponible. Los cálculos anteriores presuponen que el agua ya ha sido tratada con la calidad requerida y no incluyen consideraciones sobre el agua de refrigeración para equipos auxiliares. Según la EPA, el consumo medio de agua de los hogares estadounidenses fue de 1.136 litros (300 galones) al día en 2016(fuente). Para obtener información adicional sobre cómo puede variar el consumo real de agua bruta en función de la calidad disponible, consulte la página web de GHD.
Ammonia Production
Notas
- Producción potencial de amoníaco basada en una conversión del 100% del hidrógeno
- Las densidades normales se calculan a una temperatura normal de 0oC y una presión normal de 1 atm o 101,325 kPa.
- La instalación tiene un factor de disponibilidad del 100%, lo que implica 365 días de funcionamiento al año. Los factores de disponibilidad habituales se aproximan al 97%.
Descripciones de las unidades
| Unidad | Descripción |
|---|---|
| kg/hora | kilogramos por hora |
| MMBTU/hora (HHV) | millones de unidades térmicas británicas por hora (poder calorífico superior) |
| TPA | toneladas anuales |
| lb/h | libras por hora |
| MMSCFD | millones de pies cúbicos estándar por día |
| Nm3/h | metros cúbicos normales por hora |
| GPM | galones por minuto |
| TWh/año | teravatios-hora al año |
| MW | megavatio |
| GW | gigavatios |
Marco de referencia del hidrógeno
Como referencia útil, 1 kilogramo de hidrógeno tiene aproximadamente el mismo contenido energético que 1 galón de gasolina, 0,9 galones de gasóleo y 1 galón de combustible de aviación A1 si se compara con un valor calorífico inferior.
