Prefactibilidad de una planta de amoníaco alimentado por una planta solar fotovoltaica

El amoníaco ha sido un producto básico esencial a escala global, con el 85% de toda la producción, utilizado en la elaboración de fertilizantes, como la urea y el nitrato de amonio. Según la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), en 2020 se produjeron anualmente aproximadamente 183.000...

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Autores:

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2023

Institución:: Universidad del Rosario

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description	El amoníaco ha sido un producto básico esencial a escala global, con el 85% de toda la producción, utilizado en la elaboración de fertilizantes, como la urea y el nitrato de amonio. Según la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), en 2020 se produjeron anualmente aproximadamente 183.000 toneladas de amoníaco, y casi todo se generó a partir de combustibles fósiles, como el gas natural (72%), el carbón (22%), la nafta y el fuel pesado (6%). Generando emisiones de hasta 0,5 gigatoneladas de dióxido de carbono, equivalente alrededor del 15-20% de las emisiones totales del sector químico y al 1% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. En 2021, Colombia importó 67.556 toneladas métricas de amoníaco y exportó 14.512 toneladas métricas, según datos de The observatory of economic complexity. En este contexto, el presente estudio presenta una prefactibilidad para la producción de amoníaco a partir de hidrógeno verde producido por electrólisis del agua, empleando energía eléctrica de un sistema solar fotovoltaico. El estudio estaría delimitado a una instalación en el altiplano cundiboyacense. En el desarrollo del estudio teórico, inicialmente se delimitó un área disponible que estaría ubicada en zona rural del municipio de Duitama (Boyacá) para la implementación de una instalación solar fotovoltaica que genere la energía eléctrica necesaria para producir amoníaco. Teniendo seleccionados los equipos para la generación de energía eléctrica, se procedió a seleccionar los equipos para la producción de hidrógeno, luego se dimensionó el sistema de separación de nitrógeno del aire y posteriormente se dimensionó el sistema para la producción de amoníaco a partir del hidrógeno y el nitrógeno, proceso conocido como “Haber-Bosch”. Finalmente, después de evaluar las cantidades de hidrógeno y amoníaco, se estimaron costos de referencia de todos los equipos y se procedió a hacer un análisis financiero que incluyó el cálculo del LCOE, LCOH y LCOA, incluyendo estudios de proyecciones de ingresos porcantidad de amoníaco producido anualmente, considerando degradaciones anuales en el rendimiento de la planta. Completado el estudio se pudo establecer la viabilidad técnica de la producción de amoníaco a partir de hidrógeno verde. Con relación a la viabilidad económica, los precios actuales de las diferentes tecnologías hacen que el CAPEX y OPEX de este tipo de alternativas no sean competitivos con los costos actuales de producción de amoníaco, puesto que como se estableció, el retorno de la inversión es de 51 años.
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En 2021, Colombia importó 67.556 toneladas métricas de amoníaco y exportó 14.512 toneladas métricas, según datos de The observatory of economic complexity. En este contexto, el presente estudio presenta una prefactibilidad para la producción de amoníaco a partir de hidrógeno verde producido por electrólisis del agua, empleando energía eléctrica de un sistema solar fotovoltaico. El estudio estaría delimitado a una instalación en el altiplano cundiboyacense. En el desarrollo del estudio teórico, inicialmente se delimitó un área disponible que estaría ubicada en zona rural del municipio de Duitama (Boyacá) para la implementación de una instalación solar fotovoltaica que genere la energía eléctrica necesaria para producir amoníaco. Teniendo seleccionados los equipos para la generación de energía eléctrica, se procedió a seleccionar los equipos para la producción de hidrógeno, luego se dimensionó el sistema de separación de nitrógeno del aire y posteriormente se dimensionó el sistema para la producción de amoníaco a partir del hidrógeno y el nitrógeno, proceso conocido como “Haber-Bosch”. Finalmente, después de evaluar las cantidades de hidrógeno y amoníaco, se estimaron costos de referencia de todos los equipos y se procedió a hacer un análisis financiero que incluyó el cálculo del LCOE, LCOH y LCOA, incluyendo estudios de proyecciones de ingresos porcantidad de amoníaco producido anualmente, considerando degradaciones anuales en el rendimiento de la planta. Completado el estudio se pudo establecer la viabilidad técnica de la producción de amoníaco a partir de hidrógeno verde. Con relación a la viabilidad económica, los precios actuales de las diferentes tecnologías hacen que el CAPEX y OPEX de este tipo de alternativas no sean competitivos con los costos actuales de producción de amoníaco, puesto que como se estableció, el retorno de la inversión es de 51 años.Ammonia has been an essential commodity on a global scale, accounting for 85% of all production, used in the production of fertilizers, such as urea and ammonium nitrate. According to the International Renewable Energy Agency (IRENA), approximately 183,000 tons of ammonia were produced annually in 2020, and almost all of it was generated from fossil fuels, such as natural gas (72%), coal (22%), naphtha and heavy fuel oil (6%). Generating emissions of up to 0.5 gigatons of carbon dioxide, equivalent to around 15-20% of total chemical sector emissions and 1% of global greenhouse gas emissions. In 2021, Colombia imported 67,556 metric tons of ammonia and exported 14,512 metric tons, according to data from the observatory of economic complexity. In this context, the present study presents a prefeasibility study to produce ammonia from green hydrogen produced by water electrolysis, using electrical energy from a solar photovoltaic system. The study would be limited to an installation in the Cundinamarca-Boyacá highlands. In the development of the theoretical study, initially an available area was delimited that would be in a rural area of the municipality of Duitama (Boyacá) for the implementation of a solar photovoltaic installation to generate the necessary electrical energy to produce ammonia. Having selected the equipment for the generation of electric energy, the equipment for the production of hydrogen was selected, then the system for the separation of nitrogen from the air was dimensioned and later the system for the production of ammonia from hydrogen and nitrogen, a process known as "Haber-Bosch", was dimensioned. Once the study was completed, it was possible to establish the technical feasibility of ammonia production from green hydrogen. Regarding the economic feasibility, the current prices of the different technologies make the CAPEX and OPEX of this type of alternative not competitive with the current costs of ammonia production, since, as was established, the return on investment is 51 years.120 PPapplication/pdfhttps://repository.urosario.edu.co/handle/10336/43270spaUniversidad del RosarioEscuela de Ingeniería, Ciencia y TecnologíaMaestría en Energías RenovablesAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 InternationalAbierto (Texto Completo)http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Opeyemi A., Sharif F., Bing N. (2023). Green ammonia production technologies: A review of practical progress. p. 1-2.IRENA. (2022). Innovation outlook ammonia. p. 25-26.IRENA. (2022). Innovation outlook ammonia. p 25.IRENA. (2022). Innovation outlook ammonia. p. 21. p. 2The Royal Society. (2021). The role of hydrogen and ammonia in meeting zero challenge.IDEAM y PNUD. (2015). Inventario nacional de gases de efecto invernadero (GEI) Colombia. p. 24.Organization for economic Co-operation and Development. (2023). OECD Statics Greenhouse gas emissions. Recuperado de: stats.oecd.org/Index.aspx?DataSetCode=air-_ ghgIEA. (2022). Global Hydrogen review. p. 7-8.IAE. (2019). The future of hydrogen. p. 45Ministerio de agricultura. (2021). Informe de rendición de cuentas. p. 10-11.Ministerio de agricultura. (2021). Informe de rendición de cuentas. p. 14.Gobierno nacional de Colombia. Plan de Desarrollo nacional (2022-2026). (2023). p. 123-163.PBL Netherlands Environmental Assessment Agency. (2020). Trends in global 〖CO〗_2 and total greenhouse gas emissions.Solargis. Mapa de recurso solar. Recuperado de: https://solargis.com/es/maps-and-gis-data/download/colombia.Atlas interactivo del IDEAM. Recuperado de: www.atlas.ideam.gov.coIPCC. Climate change. (2013). p.Gobierno Nacional de Colombia. (2021). Hoja de ruta del hidrógeno en Colombia. p 6-7.Mordor intelligence. 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Prefactibilidad de una planta de amoníaco alimentado por una planta solar fotovoltaica

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