Revista de Ingeniería Química Avanzada

Abstracto

Tecnoeconomía y sostenibilidad de la producción renovable de metanol y amoniaco a partir de hidrógeno procedente de la energía eólica

Michael Matzen, Mahdi Alhajji y Yasar Demirel

Este estudio analiza y compara los aspectos económicos y de sostenibilidad de dos procesos de hidrogenación para producir metanol y amoníaco renovables mediante hidrógeno electrolítico generado a partir de energía eólica. El dióxido de carbono de una planta de etanol se utiliza para producir metanol, mientras que el nitrógeno es suministrado por una unidad de separación de aire (ASU) para producir amoníaco. Las capacidades son 99,96 tm/día de metanol y 1202,55 tm/día de amoníaco anhidro. La planta de metanol requiere 138,37 tm de CO2/día y 19,08 tm de H2/día. El amoníaco se sintetiza utilizando 217,72 tm de H2/día y 1009,15 tm de N2/día. Se estiman los costos de producción y las emisiones equivalentes de carbono (CO2e) asociadas con los procesos de metanol y amoníaco, la producción de hidrógeno electrolítico, la captura y compresión de carbono y la ASU. Las instalaciones integrales de producción de metanol y amoníaco se evalúan introduciendo una matriz de decisión de múltiples criterios que contiene métricas económicas y de sostenibilidad. Se establecen diagramas de flujo de efectivo descontado para estimar las restricciones económicas, los costos unitarios del producto y los costos unitarios del hidrógeno. El costo del hidrógeno es el que más contribuye a la economía de las plantas. Para el metanol, los valores de las emisiones son -0,85 kg de CO2e/kg de metanol como materia prima química y +0,53 kg de CO2e/kg de metanol como combustible con combustión completa. Para el amoníaco, el valor de la emisión es de alrededor de 0,97 kg de CO2e/kg de amoníaco. El hidrógeno electrolítico de la energía eólica ayuda a reducir las emisiones ; sin embargo, el costo del hidrógeno al nivel actual afecta negativamente la viabilidad de las plantas. Una matriz de decisión de múltiples criterios muestra que el metanol y el amoníaco renovables con hidrógeno basado en energía eólica pueden ser factibles en comparación con los no renovables y el metanol renovable puede ser más favorable que el amoníaco.