Acero verde a partir de hidrógeno, biometano y energía renovable

Abstract

Diseño y análisis tecno económico de un sistema compuesto por una SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) y un SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell) integrados mediante cogeneración, cuyo objetivo es suministrar hidrógeno verde y electricidad renovable a una planta de acero verde. La SOFC, que opera como una pila de combustible, se alimenta con biometano y el calor que genera se utiliza para cubrir la demanda térmica del SOEC. El rol de esta pila es proporcionar a la industria un suministro constante de energía eléctrica. El SOEC, alimentado por energía fotovoltaica (aunque también se estudia un caso alternativo con energía eólica), funciona como un electrolizador, produciendo hidrógeno a partir de agua. El oxígeno producido por el SOEC alimenta a la SOFC y, en caso de no ser suficiente, se emplea una unidad de separación de aire (ASU) para cubrir la demanda. La planta de generación energética se considera parte del sistema, por lo que sus gastos e ingresos, incluidos los derivados de la venta de excedentes eléctricos a la red, se incorporan al análisis de rentabilidad. El proyecto busca evaluar la viabilidad de implantar este sistema en la industria acerera española, para lo cual se analizan plantas de distinto tamaño: una de dimensiones relativamente realistas y otra de mayor escala. La otra variable clave en dicho análisis es el precio del biometano adquirido.Design and techno-economic analysis of a system composed of a SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) and a SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell), aimed at supplying green hydrogen and renewable electricity to a green steel plant. The SOFC, operating as a fuel cell, runs on biomethane, and the heat it produces is used to meet the thermal demand of the SOEC. Its role is to provide the industrial process with a stable supply of electricity. The SOEC, powered by photovoltaic energy (with an alternative case using wind power also analyzed), functions as an electrolyzer, producing hydrogen from water. Oxygen produced by the SOEC supplies the reactions in the SOFC. If this oxygen is not in excess, an air separation unit (ASU) is used to supply the difference. The energy generation plant is considered part of the system, so its costs and revenues, including those from selling excess electricity to the grid, are included in the profitability analysis. The project seeks to assess the feasibility of implementing this system in the Spanish steel industry. Two plant sizes are analyzed: one of relatively realistic dimensions and a second, larger one. The other key variable in the analysis is the purchase price of biomethane.