Análisis tecnoeconómico y regulatorio de las rutas de producción de amoníaco renovable y bajo en carbono

Abstract

En este trabajo se realiza un análisis tecnoeconómico de una planta de producción de amoníaco basada en hidrógeno electrolítico dentro del marco regulatorio europeo aplicable a los combustibles renovables de origen no biológico (RFNBO) y a los combustibles Low Carbon . El análisis se desarrolla a partir de unas condiciones de contorno específicas, pero representativas de proyectos industriales actualmente en fase de desarrollo, en los que la competitividad económica depende de la integración entre suministro eléctrico, dimensionamiento de equipos, operación horaria y certificación regulatoria. Como parte del estudio se dimensiona y optimiza una planta de amoníaco electrolítico con una potencia de electrólisis del orden de 300 MW, una demanda máxima de conexión a red de aproximadamente 350 MW y una producción objetivo situada en el rango de 150–200 kt/año de NH₃, en función de la configuración y del modo de operación seleccionado. La planta incluye como unidades principales el sistema de electrólisis, la purificación y acondicionamiento de hidrógeno, la unidad de separación de aire (ASU) para suministro de nitrógeno, el lazo de síntesis Haber-Bosch, los sistemas auxiliares o Balance of Plant (BOP) y, en los escenarios correspondientes, almacenamiento intermedio de hidrógeno. El modelo compara escenarios en los que varían el origen y las características del suministro eléctrico, la existencia o no de almacenamiento de hidrógeno y la estrategia de operación de la planta. Se consideran configuraciones basadas en PPAs (Power Purchase Agreement) renovables, electricidad del mercado diario en un escenario de red de baja huella y esquemas híbridos. El objetivo económico se centra en minimizar el coste nivelado del amoníaco (LCOA) y, especialmente, el LCOA residual del RFNBO, manteniendo el cumplimiento de los criterios regulatorios aplicables a las categorías RFNBO y Low Carbon.

This work presents a techno-economic analysis of an ammonia production plant based on electrolytic hydrogen within the European regulatory framework applicable to renewable fuels of non-biological origin (RFNBO) and low-carbon fuels. The analysis is developed from specific yet representative boundary conditions of industrial projects currently under development, in which economic competitiveness depends on the integration of electricity supply, equipment sizing, hourly operation and regulatory certification. [2]–[6] As part of the study, an electrolytic ammonia plant is sized and optimized with an electrolysis capacity of approximately 300 MW, a maximum grid connection demand of around 350 MW and a target ammonia production in the range of 150–200 kt/year of NH₃, depending on the configuration and operating mode selected. The plant comprises as main units the electrolysis system, hydrogen purification and conditioning, the air separation unit (ASU) for nitrogen supply, the Haber-Bosch synthesis loop, the auxiliary systems or Balance of Plant (BOP) and, in the relevant scenarios, intermediate hydrogen storage. The model compares scenarios in which the origin and characteristics of the electricity supply, the presence or absence of hydrogen storage and the plant operating strategy are varied. Configurations based on renewable PPAs, low-carbon-footprint grid electricity and hybrid schemes are considered. The economic objective focuses on minimising the levelized cost of ammonia (LCOA) and, in particular, the residual LCOA of RFNBO, while maintaining compliance with the regulatory criteria applicable to the RFNBO and lowcarbon categories.