OVV CURS HIDROGEN end

Tecnologies i aplicacions de
l'hidrogen com a font d'energia.
El full de ruta a Europa i Espanya
CONCLUSIONS
Enginyers Industrials de Catalunya
PRESENTACIÓ. Antecedents científico-acadèmics
Master in Renewable Energies. Universidad Europea de Madrid. 2020-21
PhD. Program in Materials Science. UAB-ICMAB-CSIC. 2008-2012
Master Degree in Materials Science and Technology. UAB. 2007-08
Master in Health and Security. CEPROM. 2007
Master in Project Management. Project Management Institute 2007
Industrial Technical Engineering. URV. Tarragona. September 2004
Chemical Engineering. URV. Tarragona. 1999-2004
4th Course of Chemical Engineering. INP Toulouse. France. 2002-03
Technical Manager in Environment. EUROCEP. Madrid. 1999-2000
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
2
PRESENTACIÓ. Antecedents professionals
²
Technical Consultant in Environment. Catalonia’s Government 2003-2010
²
Technical Director. Group IRANZO (Construction) 2004-2013
²
CEO Co-founder INGENIUM (Engineering) 2006-2011
²
CEO Co-founder RECICLATS DE CASTELLBISBAL (Recycling) 2004-2013
²
General Manager & Associate. KECONSTRUIM SA (Construction) 2011-2013
²
CEO Co-founder SOCIETE MAROCAINE DE PROJETS 2011-2019
²
MENA Regional Manager . SURIS GENERAL SERVICES Co 2017-2020
²
CEO Founder VILASECA CONSULTORS SLP-R2H 2008
²
President and Co-founder H2&BIOGAS TECHNOLOGY 2021
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
3
Índex de la sessió
PRIMERA PART
• Introducció històrica
• La relació directa entre el consum d’energia i el canvi climàtic
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
4
Índex de la sessió
SEGONA PART
• El perquè del BOOM de l’hidrogen
• Estratègies arreu del món
• Estratègia a Europa
• Estratègia a Espanya
• Vall de l’hidrogen a Catalunya
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
5
Índex de la sessió
TERCERA PART
• Revisió general del curs
• Conclusions
• Barreres pel desenvolupament futur
• Preguntes i qüestions i debat
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
6
Breu introducció històrica
Els “avis” de las ciències climàtiques
Fuente: https://www.skepticalscience.com/
La controvèrsia generada vers el canvi climàtic no és nova, encara que les evidències
científiques de l’actualitat, no ofereixen cap dubte que alguna cosa GRAN està passant….
Enginyers Industrials de Catalunya
7
Ens queda una dècada!!!!!
Enginyers Industrials de Catalunya
8
8
Ens queda una dècada!!!!!
Enginyers Industrials de Catalunya
9
Consum i producció d'energia. Impacte sobre el clima
La demanda energètica no
pararà de créixer a nivell
mundial en les pròximes
dècades, per tant s'han de
buscar fonts netes d'energia.
No hi ha una altra alternativa
per a la societat que hem
desenvolupat.
Enginyers Industrials de Catalunya
10
Consum i producció d'energia. Impacte sobre el clima
Ploma de NO2 abans i després del primer confinament . Xina
Font: https://esa.int
Dr. Oriol Vilaseca
Font: https://www.carbonbrief.org
Enginyers Industrials de Catalunya
11
Consum i producció d'energia. Impacte sobre el clima
Ploma de NO2 abans i després del primer confinament . Europa
https://dlmultimedia.esa.int/download/public/videos/2020/03/013/orig-2003_013_AR_EN.mp4
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
12
Què és l’aigua?
•
Cavendish(1782)-Lavoisier-Gay Lussac/Von Humboldt(1804)
En funció del seu estat
l’aigua presenta unes
propietats FQ
concretes i per tant les
seves aplicaciones
també son diferents.
Font: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/
Es una substància definida molecularment per:
o
2 parells solitaris d’electrons d'oxigen (Tipo A)
o
2 Hidrògens (Tipo B)
o
4 llocs associants
A pressions per sobre les 2.100 atm les seves
propietats es tornen es tornen “exòtiques”.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
13
D’on procedeix l’aigua?
Segons estudis científics el 60% de l'aigua "terrícola" ve dels asteroides procedents de més enllà de
la "línia de neu" situada a més de 300.000 km de la terra (Nature Geoscience)
Composició de l’aigua de mar = 1 àtom de Deuteri/6650 de H+
Composició agua interestelar = 1 àtom de Deuteri /6660 de H+
Venus i Mart presenten indicis d’un “canvi climàtic” …l'historia sempre es repeteix.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
14
Impacte de les emissions de GEH sobre el nivell del mar
Font: www.ipcc.ch/
A partir de les dades obtingudes es pot inferir que hi ha una relació directa entre la
temperatura global, l'augment de el nivell del mar i la concentració dels GEH a
l'atmosfera. La dilatació tèrmica, la pèrdua de gel i el balanç de radiació total poden
explicar l'augment del nivell del mar.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
15
El permafrost i els indicadors ambientals
A partir dels nuclis de gel s'obtenen resultats indirectes per a la determinació de el CO2 atmosfèric
així com altres compostos. El mètode consisteix a extreure mostres cada 0,55 m, per analitzar-les
amb làser mesurant l'absorció en una línia de transició de vibració-rotació de la molècula de CO2
continguda en les mostres. Aquest mètode ens permet tenir mesuraments de fins a 800.000 anys.
Font: (1)https://cdiac.ess-dive.lbl.gov/trends/co2/ice_core_co2.html, (2) NOAA Climate.gov
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
16
El permafrost i els indicadors ambientals
A partir dels nuclis de gel àrtic es poden obtenir dades empíriques irrefutables.
•
Els GEH queden atrapats als testimonis de
gel i per tant ens permeten efectuar
mesuraments precisos
•
El deuteri (D) és representatiu de la Tlocal f(t)
GWP
x28
[CO2]@24/3/21
416.33 ppm
https://www.co2.earth/
Font: www.ipcc.ch/site-2018/05-ar4-wg1-ts-sp
Enginyers Industrials de Catalunya
17
El permafrost i els indicadors ambientals
•
Durant 3.000.000 d'anys mai s'havien superat els nivells actuals ni tan sols en els períodes
interglacials càlids. Font: Willeit et al. (2019). Postdam Institute For Climate Impact Research
En aquest estudi els autors han
combinat els mesuraments directes i
indirectes amb tècniques de simulació
avançades recolzades en models
matemàtics. En el mateix s'han tingut en
compte els sediments en els fons
marins, temperatures i els volums de gel
obtinguts a partir de les glaceres.
El treball científic conclou que com a
mínim hi haurà un augment de 2 graus
en un 11-20 anys en cas de seguir amb
les actuals polítiques ambientals.
Font: DOI: 10.1126/sciadv.aav7337
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
18
Pla d’acció UE: descarbonitzar la producció i Consum i d'energia
L’Energia primària consumida és responsable del 72% de les emissions dels GEI.
La major part d’aquesta energia és consumida pel transport i la indústria.
Concentraciones de gases de efecto invernadero
Gas Pre 1750
CO 2
CH4
N2O
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
280 ppm
700 ppb
270 ppb
2018-2020
Delta abs.
414,11 ppm 134,11ppm
1869 ppb 1169 ppb
331 ppb
61 ppb
Delta %
47,89%
167,00%
22,59%
19
Enginyers Industrials de Catalunya
20
Índex de la sessió
SEGONA PART
• El perquè del BOOM de l’hidrogen
• Estratègia mundial
• Estratègia a Europa
• Estratègia a Espanya
• Vall de l’hidrogen a Catalunya
• Estratègies arreu del món
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
21
El perquè del BOOM de l’hidrogen
Europa vol descarbonitzar-se abans del 2050 amb una electrificació
massiva 100% renovable (EU Green Deal).
Això pot ser que sigui possible gràcies a la tendència a la baixa dels
preus de les renovables, una innegable voluntat política i una creixent
pressió social.
Ara bé:
El sector de les renovables no pot oferir una solució integral per a assolir
aquesta neutralitat carbònica total degut a la seva naturalesa
intermitent i impredictible.
Cal desenvolupar fórmules per emmagatzemar aquesta energia ja sigui
en estat sòlid, líquid o gasós.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
22
European Hydrogen Strategy
Discurs de la Presidenta von der Leyen durant la reunió de la Conferència de Presidents
d’Espanya. Brussel·les, 26 d’octubre del 2020
“Per a algunes indústries pesants i per al sector dels transports, l'hidrogen
net és l'alternativa perfecta als combustibles fòssils. Ara bé, per això és
necessària una transformació sistèmica. L'hidrogen net no solament s’ha
de produir, també s'ha de transportar, emmagatzemar i integrar-se en els
processos industrials.
Aquesta és la raó per la qual hem proposat crear «valls de l’hidrogen»,
que són ecosistemes industrials locals en què es produeix i consumeix
hidrogen net. Aquesta proposta pot representar una gran oportunitat
per el desenvolupament local.”
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
23
Estratègies del hidrogen al món
Enginyers Industrials de Catalunya
24
Estratègies nacionals
Font: https://www.acer.europa.eu/en/Gas/Documents/ACER%20H2%20Paper_%20vFinal_clean.pdf
Enginyers Industrials de Catalunya
25
Vall de l’Hidrogen al mòn
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
26
European Hydrogen Strategy
Avui en dia l’hidrogen verd no
és econòmicament viable.
No
hi
ha
tècnics
especialitzats en tecnologies
de l’hidrogen (es preveuen
30M de llocs de treball al
2050).
S’ha de crear una cadena de
valor nova des de principi
fins al final.
Volem fer coses que no s’han
fet mai abans. Per exemple:
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
H 2 verd com a combustible aeri.
H 2 verd com a matèria primera
per a fer acer.
H 2 verd i CCS per a fabricar
combustibles sintètics
Turbines que funcionen amb
H 2.
Xarxes distribució H 2 per a ús
residencial
etc.
27
A nivell Europeu
European Hydrogen Strategy
Dr. Oriol Vilaseca
Finançar projectes
ü
Avui en dia l’hidrogen verd no és
econòmicament viable.
Formar tècnics
ü
No hi ha tècnics especialitzats en
tecnologies de l’hidrogen (es
preveuen 30M de llocs de
treball al 2050).
Fomentar l’emprenedoria
Impulsar la recerca i la
innovació
S’ha de crear una cadena de
valor nova des de principi fins al
final.
Volem fer coses que no s’han fet
mai abans. Per exemple:
ü
•
•
•
Enginyers Industrials de Catalunya
•
•
•
H2 verd com a combustible aeri.
H2 verd com a matèria prima per a fer
acer.
H2 verd i CCS per a fabricar combustibles
sintètics
Turbines que funcionen amb H2.
Xarxes distribució H2 per a ús residencial
etc.
28
La hoja de ruta del hidrógeno
“57 medidas con el objetivo de descarbonizar la economía”
o Disminuir las emisiones de contaminantes y de
gases de efecto invernadero al medio
ambiente.
o Permitir la penetración de un mayor porcentaje
de energías renovables en el sistema eléctrico,
propiciando un mayor grado de
gestionabilidad.
o Disminuir la dependencia energética nacional y
del entorno europeo.
o Convertir a España en una de las potencias
europeas de generación de energía renovable.
o Favorecer la descarbonización de los sistemas
energéticos aislados, con especial atención a
los territorios insulares.
o Desarrollar las cadenas de valor de la
economía del hidrógeno.
o Potenciar la I+D+i energética española.
Enginyers Industrials de Catalunya
29
La hoja de ruta del hidrógeno
OBJECTIUS PRINCIPALS:
•
Integració SECTORIAL:
•
Integració de les Energies renovables.
•
Valorització de Residus: Biomassa,
RSU i altres.
•
Potenciar la captura i utilització del
CO2 com a precursor de Combustibles
Líquids Sintètics (Power-to-liquid)
Gas natural sintètic i H2 injectats a la
xarxa (Power-to-gas)
•
•
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
Construint i desenvolupant
infraestructures d’emmagatzematge,
transport i distribució.
30
Projectes en curs Espanya
Enginyers Industrials de Catalunya
31
Projectes en curs Espanya
Enginyers Industrials de Catalunya
32
Vall de l’Hidrogen de Catalunya
•
Localització estratègica
•
Teixit indústrial molt divers
•
El pol químic més important del sud d’Europa
•
2 dels ports més importants del sud d’Europa
•
4 aeroports comercials
•
Centres logístics de referència
•
Centres de recerca de referència
•
Centres universitaris de referència
•
Un dels hubs d’startups més importants d’Europa
•
2 des nuclis amb més densitat de població d’Europa
•
Un dels sistemes de transport públic més importants
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
33
Conclusions: Vall de l’H2 de la Catalunya SUD
ü L’hidrogen verd encara no és competitiu com a combustible industrial ni com a matèria
primera.
ü Sí que podria ser competitiu amb el dièsel, però fa falta construir la infraestructura.
ü Els costos de generació estan baixant i segurament al 2025-2030 ja serà competitiu.
ü Del 2020 al 2030 haurem de formar tècnics, fer recerca aplicada, projectes demostratius i
incentivar l’emprenedoria per a crear la cadena de valor de l’hidrogen.
ü Si volem ser mínimament competitius, haurem d’introduir l’hidrogen verd paulatinament
amb el gris i el blau (exemple de California).
ü A Catalunya tenim tot el necessari per a construir un H2 Valley amb diferents hubs molt
importants.
ü A Catalunya encara no tenim prou solar ni eòlica, però tenim un alt potencial de generació
d’H2 verd a partir de biogàs, els residus i la biomassa:
ü S’han de crear mecanismes per a assegurar la viabilitat econòmica de plantes de generació
per a fomentar la inversió i solucionar altres problemes al mateix temps: purins, residus urbans,
neteja sota bosc, entre d’altres per obtenir un model més circular.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
34
A Catalunya. (Taula rodona ICAEN)
ENERGIA PRIMÀRIA
Solar, Eòlica
ENERGIA SECUNDÀRIA
Electricitat
Algues
Biomassa
CONVERSIÓ
PRODUCTE INTERMIG
PRODUCTE FINAL
Electròlisis
Conversió bioquímica
Biometà
Biogàs
Etanol
Olis vegetals
Residus Municipals
CONVERSIÓ
TERMOQUÍMICA
Gas Natural
SMR
(steam-methanereforming)
Petroli
POX
(Partial oxidation)
Carbó
ATR
(Autothermal Reforming)
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
Syngas
35
Enginyers Industrials de Catalunya
36
Enginyers Industrials de Catalunya
37
Els QUATRE PILARS de l’èxit de l’hidrogen
OBTENCIÓ D’ENERGIA
RENOVABLE
PRODUCCIÓ H2
Desplegar les energies
renovables en el seu més
ampli espectres
Desenvolupar les
tècniques d’obtenció
d'hidrogen verd
FONTS NEUTRES
D’OBTENCIÓ D’ENERGIA
RENOVABLE
COM A MATÈRIA PRIMERA
O DERIVATS/PORTADORS
Dr. Oriol Vilaseca
COMPETITIVITAT
GENERAR MERCAT
Disminució de costos de
generació de EERR,
Producció d’H2, el transport i
emmagatzematge
Emmagatzemar excedents
de renovables i per a
complementar el biometà
EL PREU PER UNITAT
ENERGÈTICA HA DE SER
COMPETITIU
CADENA DE VALOR I
CONSUM
Enginyers Industrials de Catalunya
38
Obtenció d’energia a partir de les renovables
•
SOLAR FV i Termosolar
•
EÓLICA: terrestre i offshore
•
HIDRÀULICA I GEOTERMIA
•
BIOENERGIA:
Biomassa,
Biocarburants
i
Biogàs; BIOCOMBUSTIBLES: obtinguts a partir
de residus
•
ENERGIA BLAVA: com la hidràulica o la
mareomotriu, undimotriu ,etc . Euskadi és un
referent mundial en de la I+D en energies
renovables
marines.
Exemple:
Central
de
Mutriku 1er GW produït al món a partir de
l´energia de las ones.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
39
RECICLATGE MOLECULAR.
Producció de vapor i energia a partir dels Residus
Tècniques més comuns per a l'aprofitament energètic
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Incineració amb recuperació d'energia.
Co-incineració en processos industrials a altes T
Biometanització
Desgasificació d'abocadors.
Processos basats en la generació de plasma
Incineració catalítica
Gasificació
Piròlisi
Termòlisi
Incineració electroquímica
Cicle Orgànic de Rankine
Producció de CSR / CDR
Enginyers Industrials de Catalunya
40
RECICLATGE MOLECULAR.
Producció de vapor i energia a partir dels Residus
PERCENTATGE D'ENERGIA RENOVABLE A TRACTAMENTS TÈRMICS DELS RESIDUS
Font: Guia-de-valorizacion-energetica-de-residuos.-Fenercom-2010.pdf
Enginyers Industrials de Catalunya
41
Producció d’H2
PRODUCCIÓ H2
Desenvolupar les
tècniques d’obtenció
d'hidrogen verd
COM A MATÈRIA PRIMERA
O DERIVATS/PORTADORS
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
42
Els pares de l’hidrogen s. XVIII
Henry Cavendish
Reacció àcid-metalls 1766
“Aire inflamable”
Antoine Lavoisier
El pare de la química bateja el 1783 el gas
com hidrogen, en grec “creador d’aigua” (a
partir de la descomposició tèrmica de l’H2O)
William Nicholson-J.Wilhelm Ritter
Utilitzant una pila de Volta com
a font d’energia realitzen
l'electròlisi de l’aigua l’any 1800
El desenvolupament industrial de l’electròlisi es va portar a terme a partir
de 1888 pel rus Dimitry Lachinov.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
43
Atributs de l’hidrogen
ABUNDANT
EFICIENT
NET
75% de l’univers
Conversió directa d’energia química a elèctrica
2H!(#) + O!(#) → '(% )(&) + Energia
EMMAGATZEMABLE
Gas o líquid
TRANSPORTABLE
Gas o líquid
ALTA DENSITAT
ENERGÈTICA (per kg)
Bateria Carbó Gasolina
Hidrogen
Enginyers Industrials de Catalunya
44
Tipus d’Hidrogen
2030
Avui
H2
HIDROGEN GRIS
• Reformació (SMR/ATR) de gas
H2
natural o carbó
• 95 % de l’H2 actual és genera així
• Preus actuals: 1-1.5 $/kg H21
• Les emissions de CO2 (Emissions
Trading System - ETS) incrementen
els costos de producció
SMR
GN
HIDROGEN BLAU
H2
• SMR o ATR de gas natural o carbó
amb captura de CO2 (CCS)
• L’H2 blau és més car que el gris, però
es van aproximant
• S’espera un paper important fins al
2030, sobretot als paisos amb accès
a GN barat i capacitat
d’emmagatzemament (US, Orient
Mitjà, nord d’Europa)
• Preus actuals: 2-2.5 $/kg H21
SMR
H2
GN
CCS
H2
HIDROGEN VERD
H2
• Electròlisis de l’aigua amb energies
renovables
• El 70% de la superfície terrestre conté H2O
• SMR/ATR de biometà
• Gasificació de biomassa (p.e. Residus
urbans, biomassa agrícola, forestal)
• Preus actuals: >6 $/kg H21
Electricitat
renovable
H2
CO2
1
Path to hydrogen competitiveness - A cost perspective 20 January 2020. Hydrogen Council
Enginyers Industrials de Catalunya
45
La petjada de carboni de l’Hidrogen
2030
Avui
2030-2040
Situación actual
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
46
Catalitzadors i Energia
Aquests materials permeten reduir l'Energia necessària per manipular els enllaços
Hidrólisis
Aquest avanç permet que a partir del
CO2, H2O energia i electròlits, es
Co y W
puguin obtenir HC com l'etilè o
l'etanol a més d'altres productes
d'interès industrial.
Estructura de un nuevo catalizador para la
hidrólisis, un polioxometalato de cobalto y
wolframio. (Foto: ICIQ) Fuente: Nature
Chemistry 2017
Dr. Oriol Vilaseca
Font: F. Pelayo García de Arquer et al. Science 2020
Enginyers Industrials de Catalunya
47
Cicles inorgànics per a l’obtenció d’hidrogen
Aquests cicles químics permeten reduir l'Energia necessària per manipular els enllaços
Aquest cicles ens permeten obtenir hidrogen
mitjançant processos tèrmics on jugant amb
l’energia dels enllaços podem produir hidrogen a
partir d’elements inorgànics com el Zn, el Iode, el S
el Mg, les terres rares, entre d’altres.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
48
Dels residus a l’hidrogen
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
49
Competitivitat
COMPETITIVITAT
Disminució de costos de
generació de EERR,
Producció d’H2, el transport i
emmagatzematge
EL PREU PER UNITAT
ENERGÈTICA HA DE SER
COMPETITIU
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
50
COMPETITIVITAT
El preu de producció per unitat energètica és un factor clau per a l’ús generalitzat de
l’hidrogen
MOBILITAT
TRANSPORT
INDUSTRIA
PORTADORS I DERIVATS
El cost per km ha de
ser menor o igual que el
gasoil perquè sigui
interesant per l’usuari
final.
Els
elements
de
transport ja sigui a
petita o gran escala
no han de suposar un
increment de cost.
Substituir els comb.
fòssils no de suposar
ni
increment
de
costos, ni la pèrdua
de competitivitat.
El cost del transport i
emmagatzematge de
l’hidrogen
es
pot
reduir mitjançant la
síntesis de portadors.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
51
Competitivitat
Calen diversos factors per que l’hidrogen sigui competitiu.
1. Recolçament institucional
2. Tecnología disponible
3. Desenvolupament del mercat
4. Innovació
5. Infraestructures
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
52
Evolució Costos de Generació Hidrogen Blau i Verd
L’hidrogen blau serà clau per a la transició a l’economia de l’hidrogen renovable (2020-2030)
Supòsits
Evolució Preus Hidrogen Blau i Verd
7
6
• Hidrogen Verd (Electròlisis amb Renovables):
• Zona renovables òptima: Xile, Australia, Arabia Saudí
• Al 2030: Preus dels electrolitzadors = $400/kW o 70GW
capacitat instalada acumulada 1
6
USD/kg
5
4
3
2,6
1,8
1,2
2,5
2,1
2
1
0
2018
2020
H2 Blau - EU
1
2022
2024
2026
H2 Verd - EU
2028
2030
2032
• Hidrogen Blau (SMR de GN amb CCS):
• Preus de GN d’Europa (més elevats que als EUA i a
l’Orient Mitjà)
• AL 2030: Preus estimats de la captura de CO2:
• 0.10 $/kg H2 (ATR)
• 0.30 $/kg H2 (SMR)
H2 Verd - Òptim
Path to hydrogen competitiveness - A cost perspective 20 January 2020. Hydrogen Council
Enginyers Industrials de Catalunya
53
Preus futurs Hidrogen Verd
Costos Generació Hidrogen Verd amb Eòlica “Offshore”
Tecnologia Electròlisis – Projecció preus per al 2030 –
La reducció de costos de producció de l’H2 vindrà donat per
Energia Eòlica (offshore) – LCOE ≈ 33$/MWh
CAPEX – reducció del 60%
Eficiència – del 65% al 70%
OPEX – Reducció costos operació
i manteniment
El factor
de capacitat i el LCOE són determinants per a assolir preus baixos
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
54
Competitivitat de l’Hidrogen com a Combustible Industrial
Supòsits:
• Usos industrials del gas natural:
• Com a combustible: calderes, forns, turbines de gas, etc
• Com a matèria prima: producció amoníac, acer, etc
• L’eficiència de combustió del metà i de l’hidrogen són equiparables
• La combustió del metà genera 0.182 tCO2/MWhCH4 consumit, PCS
• No es consideren les taxes al gas natural per a la indústria1
• Espanya continuarà participant al Emissions Trading System (ETS) de la UE
• Projeccions de preus de gas natural i d’emissions de diòxid de carboni donades per una TSO de
gas Europe
Metodologia:
• Es compara els costos de gas natural (preu del gas més el cost d’emetre el CO2 generat) amb el
cost de l’hidrogen [€/kWh PCS]
𝑃𝑟𝑒𝑢 𝐺𝑎𝑠 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝑡)
1
€
𝑀𝑊ℎ 𝑃𝐶𝑆
= 𝐺𝑎𝑠 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙(𝑡)
€
𝑀𝑊ℎ 𝑃𝐶𝑆
+ 0.182
𝑚𝑡 𝐶𝑂!
€
×𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑇𝑎𝑥 (𝑡)
𝑀𝑊ℎ 𝑃𝐶𝑆
𝑚𝑡 𝐶𝑂!
https://www.oecd.org/tax/tax-policy/taxing-energy-use-2018-spain.pdf
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
55
0,100
100
€/kWheq_GN (PCS)
0,080
0,070
H ID
0,060
R
OG
Carbon Price [€/ton]
0,090
EN
0,050
𝐺𝑁 + 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠
2040
0,040
𝐺𝑁 + 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠
2030
0,030
0,020
0,010
𝐺𝑁 + 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠
0,000
𝐺𝑁 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Price of Hydrogen [€/kg]
3,00
3,50
2020
4,00
0,06
80
0,044
0,047
0,035
60
0,024
40
26
20
34,6
81,1
0,05
62
45,4
0,04
0,02
0
0
Natural Gas Price
[€/kWh]
Competitivitat de l’Hidrogen amb el GN com a combustible industrial
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Carbon Price
Natural Gas Price (PCS)
Preu H2 per a ser competitiu amb GN
2020
1.10 €/kg
2030
2.10 €/kg
2040
2.55 €/kg
Avui en dia l’hidrogen verd està lluny de ser competitiu amb el GN per a ús industrial (>6 €/kg)
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
56
Competitivitat de l’Hidrogen vers el dièsel per a transport pesat
Supòsits:
•
En aquest apartat només s’ha comparat l’hidrogen renovable amb dièsel (vehicles pesats) però
s’haurien d’estudiar altres combustibles i altres tipus de vehicles (Grup de Mobilitat):
•
•
RNG (biometà)
•
Electricitat renovable (BEV)
•
Dièsel renovable
S’ha utilitat un “Energy Efficiency Ratio” (EER) de vehicles pesats de pila de combustible amb
hidrogen del programa LCFS de California – EER = 1.9
Metodologia:
•
Es compara el preu de l’hidrogen amb el preus actuals del dièsel, amb i sense impostos, a
Espanya tenint en compte la major eficiència de les piles de combustible vs els motors dièsel
(EER del Programa LCFS)
1
https://ww3.arb.ca.gov/fuels/lcfs/cleanfinalregorder112612.pdf
L’hidrogen utilitzat amb pila de combustible es 1.9 vegades més eficient que el dièsel
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
57
Competitivitat de l’Hidrogen com a Combustible per la Mobilitat
Font:
1
L’hidrogen utilitzat amb pila de combustible es 1.9 vegades més eficient que el dièsel
https://ww3.arb.ca.gov/fuels/lcfs/cleanfinalregorder112612.pdf
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
58
€/kWheq_diesel
Resultats Anàlisis Competitivitat amb Dièsel per a mobilitat
0,160
0,140
0,120
0,100
0,080
0,060
0,040
0,020
0,000
ATENCIÓ:
• Aquests preus són al surtidor. Per
tant, s’han de descomptar els
costos de transport, compressió,
emmagatzematge i dispensació.
Dièsel amb impostos = 1.258 €/l
•
HI
GE
D RO
N
Les piles de combustible són x1.9
més eficients que els motors
dièsel (California Air Resources
Board)
Dièsel sense impostos = 0,661 €/l
0,00
2,00
4,00
6,00
Preu Hidrogen (€/kg)
Hidrogen €/kWh (PCS)
8,00
10,00
Dièsel sense impostos [€/kWh] (PCS)
Dièsel amb impostos [€/kWh] (PCS)
Preu H2 per a ser competitiu
amb Dièsel (al surtidor)
Sense
impostos
Amb
Impostos
4.90 €/kg
9.10 €/kg
https://www.dieselogasolina.com/precio-de-los-carburantes-con-y-sin-impuestos-eneuropa.html
L’hidrogen renovable podria ser competitiu amb els combustibles líquids de mobilitat abans del 2030
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
59
Costos de transport en funció de la distància
Els costos energètics del transport de
l’hidrogen poden suposar del 30% al 70%
del total d’hidrogen produït.
Només la conversió a altres portadors, el
transport marítim o la injecció a la xarxa són
viables a dia d’avui.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
60
L’hidrogen serà clau per emmagatzemar les EERR
L’hidrogen
ens
permetrà
emmagatzemar energia renovable
en
territoris
amb
gran
estacionalitat de generació i
demanda.
Font: Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCHJU)
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
61
Generar Mercat
GENERAR MERCAT
Per a complementar el
biometà i emmagatzemar
excedents de renovables
CADENA DE VALOR I
CONSUM
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
62
Perquè farem servir l’H2 ???
L’hidrogen
és
el
vector
energètic que ens aportarà
flexibilitat
i
ens
permetrà
integrar la generació elèctrica
renovable
amb
consumidors
els
sectors
d’energia
(SECTOR COUPLING)
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
63
L’H2 serà clau per a integrar les ER al sistema energètic
L’hidrogen
és
el
vector
energètic que ens aportarà
flexibilitat
i
ens
permetrà
integrar la generació elèctrica
renovable
amb
consumidors
els
sectors
d’energia
(SECTOR COUPLING)
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
64
L’hidrogen clau per descarbonitzar sectors no electrificables
TRANSPORT
INDÚSTRIA
On no hi arriben les
bateries
On ja s’utilitza molt d’H2
COM A COMBUSTIBLE o
COM A PRECURSOR
p.ex. Tranport
carretera, transport
públic, ferrocarril,
aeri, marítim
Dr. Oriol Vilaseca
COM A MATÈRIA PRIMERA
p.ex. Fertilitzants,
petroquímica,
acer, etc
INDÚSTRIES
TERMOINTENSIVES
On es necessitin altes T
COM A COMBUSTIBLE
p.ex.
Automoció,
coure, ceràmica,
etc
Enginyers Industrials de Catalunya
XARXA DE GAS
NATURAL
Per a complementar el
biometà i
emmagatzemar
excedents de
renovables
COM A MATÈRIA PRIMERA
p.ex. Power-to-gas
(P2G)
65
Una solució per al transport i la mobilitat?
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
66
CONSUM INTENSIUS
Només al polígon petroquímic de Tarragona es
Font: https://www.iea.org/reports/hydrogen
consumeixen
80.000
Tones/any
d’hidrogen
gris/blau. Es necessitarien l’equivalent a 400 GW
d’electrolitzadors
per
produir
una
quantitat
equivalent d’hidrogen verd.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
67
INDÚSTRIA
L’hidrogen hauria de permetre descarbonitzar
alguns sectors com per exemple la producció de
metalls, industries del paper i altres amb consum
intensius de vapor i electricitat.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
68
Usos de l’hidrogen per a generació de potència
L’hidrogen hauria de permetre de substituir gran
part del consum de gas natural per a la producció
de vapor i energia elèctrica mitjançant una nova
generació
de
turbines,
motors
i
piles
de
combustible.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
69
Power-to-Gas
En funció de cada país el % d’hidrogen
que es pot injectar es variable.
Previsió: 22.900 km “hidroductes”
25% nous/75 % adaptats
Cost: 27-64 billons d’euros
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
70
Power-to-Gas
L’hidrogen hauria de permetre de
descarbonitzar
la
xarxa
de
gas
natural.
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
71
Power-to-liquid
2030
Avui
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
72
Normativa aplicable
1. NORMATIVA ATEX
2. MIE APQ 0-10
3. ASTM
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
73
Enginyers Industrials de Catalunya
74
Enginyers Industrials de Catalunya
75
Índex de la sessió
TERCERA PART
• Revisió general del curs
• Conclusions
• Barreres pel desenvolupament futur
• Preguntes i qüestions
• Debat
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
76
Anàlisis del Cicle de Vida de l’hidrogen
203
Situ
Enginyers Industrials de Catalunya
77
Context energètic
L’OBJETIU GLOBAL HA DE SER REDUIR LA DEPENDÈNCIA ENERGÈTICA
Datos estadísticos para Francia
Indicador/Tipo de Generacion Unidades
Total energía consumida
Petróleo y derivados
Carbon
Gas Natural
Nuclear
Biocarburantes&Residuos
ktoe
ktoe
ktoe
ktoe
ktoe
EERR
ktoe
ktoe
Hidráulica
ktoe
Importaciones netas
ktoe
F. Dependencia
2000
2018
257714 250698
82221
14886
Variación % % total 2000 % total 2018
-2,8%
69973
9087
-17,5%
-63,8%
31,9%
5,8%
27,9%
3,6%
35766 36726
108174 107601
2,6%
0,0%
13,9%
42,0%
14,6%
42,9%
10766
195
17737
3977
39,3%
95,1%
4,2%
0,1%
7,1%
1,6%
5706
5597
-1,9%
2,2%
2,2%
132000 120000
51,22% 47,87%
DIUEN QUE SON ECO
I TENEN UNA
DEPENDÈNCIA
ENERGÈTICA DEL
75%
-3,35%
Datos estadísticos para Suiza
Indicador/Tipo de Generacion Unidades
Total energía consumida
Petróleo y derivados
Carbon
Gas Natural
Nuclear
Biocarburantes&Residuos
EERR
2000
2018
ktoe
ktoe
25509
11025
23950
8374
Variación % % total 2000 % total 2018
-6,5%
-31,7%
43,2%
35,0%
ktoe
ktoe
136
2433
80
2854
-70,0%
14,8%
0,5%
9,5%
0,3%
11,9%
ktoe
ktoe
6917
1816
6680
2720
0,0%
33,2%
27,1%
7,1%
27,9%
11,4%
ktoe
15
234
93,6%
0,1%
1,0%
Hidráulica
ktoe
3167
3008
-5,3%
12,4%
12,6%
Importaciones netas
ktoe
14000
13000
F. Dependencia
54,88% 54,28%
-0,60%
Enginyers Industrials de Catalunya
78
Context energètic
Afortunadament, només la generació i demanda de renovables ha crescut durant 2020, la
resta de ha disminuït, això ja indica una clara tendència de cap a on es dirigeix el sector...
Emissions globals relacionades amb la energia en
GtCO2 i variacions anuals en distintes crisis globals
des de 1900. Font: carbonbrief.org
Projecció de la variació de la demanda global en energia primària
en % durant el 2020.
Font: IAE Global Energy Review
Enginyers Industrials de Catalunya
79
Integració amb les renovables
S’han d’aprofitar els excedents per la producció d’hidrogen verd
Aquesta és la zona
òptima per a la
producció
d’hidrogen
amb
una energia a baix
cost
Enginyers Industrials de Catalunya
80
Producció d'hidrogen.
Electrolitzadors i piles de combustible energètic
Enginyers Industrials de Catalunya
81
Integració total de l’hidrogen amb el sistema energètic
La integració es tècnicament possible:
ü Generació
ü Acumulació
ü Producció/Descàrrega
ü Consum estacionari
Enginyers Industrials de Catalunya
82
Exemple d’un ecosistema de l’hidrogen
Aquí s’integren TOTS els sectors
fent de l'hidrogen un veritable
protagonista en tots els usos
possibles dins de la cadena de
producció, distribució i consum
per a tot el sistema energètic.
Enginyers Industrials de Catalunya
83
Transport de l’hidrogen
Enginyers Industrials de Catalunya
84
Emmagatzematge de l’hidrogen
Enginyers Industrials de Catalunya
85
Hidrogen i combustibles sintètics
Enginyers Industrials de Catalunya
86
Avantatges de l’Hidrogen per a la Mobilitat
Font: Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCHJU)
Enginyers Industrials de Catalunya
87
Biohidrogen
La panacea seria poder obtenir hidrogen verd a partir del residus integrant la cadena de valor
i produint un hidrogen circular.
Enginyers Industrials de Catalunya
88
Barreres per al desenvolupament de l’H2
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
89
Barreres per al desenvolupament de l’H2
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
90
Conclusions generals
1.
Cal un recolçament real de les inciatives des de les administracions.
2. Desenvolupar la cadena de valor necessita de la integració sectorial.
3. El desenvolupament tecnològic i la demanda faran que el CAPEX i l’OPEX
disminueixin dràsticament en els propers anys.
4. L’hidrogen verd ha de jugar un paper clau en la descarbonització global
5. La versatilitat de l’H2 pot ajudar a crear nous mercats industrials i energètics
Enginyers Industrials de Catalunya
91
Preguntes, qüestions i debat
1. Quin penseu que serà el futur de l’hidrogen al 2030?
2. Quina és la principal barrera per al seu desenvolupament?
3. Quin paper jugarà el preu de les emissions per a fer-lo competitiu?
4. Quins seran els mitjans de producció, transport i consum predominants?
5. Quines seran les principals aplicacions?
6. ??????
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
92
AGRAIMENTS
Al EIC
A la Coordinadora de Formació, a la Sra. Laura Ivern i a
la Sra. Marta Torner
Al Dr. Xavier Elias, al Dr. Pere Margalef
A tots el ponents i
A TOTS VOSALTRES !!!!
Dr. Oriol Vilaseca
Enginyers Industrials de Catalunya
93
“You cannot travel the path until you have become the path itself”
Hindu Prince GautamaEnginyers
Siddhartha
(563-483 B.C.); founder of Buddhism.
Industrials de Catalunya