PETRONOR - Hidrógeno Movilidad: Economía de la cadena producción, logística-distribución y dispensac

Movilidad en base a Hidrógeno Economía de la cadena producción, logística-distribución y dispensación.

15 de Junio de 2021

EVOLUCIÓN DE LAS MOLÉCULAS ENERGÉTICAS

CONTEXTO GLOBAL – Un poco de historia Ciclos tecnológicos históricos vs. Coyuntura económica (Ciclos de Kondratieff.)

Primera Revolución Industrial

1787

Era de las Máquinas de Vapor y el Ferrocarril

1842

Edad del acero, la electricidad y la combustión interna

1897

Boom de guerra y posguerra: Suburbios

1939

Era post industrial: Tecnologías de la información

1982

2015

CONTEXTO GLOBAL – Un poco de historia Ciclos tecnológicos y mix energético históricos. “Edades de la energía”

CONTEXTO GLOBAL – Un poco de historia Ciclos tecnológicos y mix energético históricos. “Edades de la energía”

H2 2 átomo de H2

Gas Natural

H/C = 2 1 átomo C x 2 átomo de H2

H/C = 0,5 2 átomos C x 1 átomo de H2

Petróleo

Carbón

Densidad Energética (MJ/m3)

Poder Calorífico Superior (MJ/kg)

H2

H/C = 4 1 átomo C x 4 átomo de H2

La complejidad en la GESTIÓN de MOLÉCULAS ENERGÉTICAS viene determinada por su DENSIDAD. Los AVANCES TECNOLÓGICOS son los que nos han permitido saltar de una a otra

DENSIDAD (kg/m3)

Poder Calorífico Superior (MJ/kg)

Densidad Energética (MJ/m3)

Hidrógeno

0,08375

141,88

11,88

Gas Natural

0,768

50,84

39,05

Crudo de Petróleo

856

45,3

38.776,80

Carbón

950

27,05

25.697,50

Condiciones 1 atm, 15ºC Fuente: PETRONOR

Densidad (kg/m3)

Últimas noticias en movilidad de hidrógeno

Últimas noticias en movilidad de hidrógeno Movilidad para mercancías por carretera Citroën muestra su furgoneta eléctrica de hidrógeno, la ë-Jumpy Hydrogen Peugeot presenta su primera furgoneta eléctrica de hidrógeno, la e-Expert Hydrogen Stellantis, el grupo procedente de la fusión de PSA y FIAT, ha anunciado sus primeros comerciales ligeros de hidrógeno. Concretamente, serán furgonetas de Peugeot, Citroën y Opel que ya conocemos en versión eléctrica, es decir: Expert, Jumpy y Vivaro.

Su autonomía: más de 400 km; su tiempo de recarga: 3 minutos

Últimas noticias en movilidad de hidrógeno Movilidad para transporte pasajeros categoría M1 CAR & DRIVE https://www.caranddriver.com/es/movilidad/a36595993/toyota-mirai-record-1000-km-hidrogeno/

Récord: El Toyota Mirai recorre más de 1.000 km con un depósito de hidrógeno La tecnología de la pila de combustible de Toyota sigue demostrando de lo que es capaz con este largo viaje con un solo tanque de hidrógeno verde realizado en Francia El viaje comenzó el pasado miércoles 26 de mayo de 2021 a las 5:43 h en una hidrogenera en Orly, Francia, desde donde comenzó un viaje sin repostar hasta recorrer un total de 1.003 km, recorridos por vías públicas del sur de París y por las zonas de Loir-et-Cher y Indre-et-Loire

Eso, sumado a la gran eficiencia de la pila de combustible, el almacenamiento mejorado del hidrógeno y la mejorada aerodinámica de este nuevo Mirai han permitido lograr un consumo medio de combustible de 0,55 kg/100km - el nuevo Mirai puede almacenar hasta 5,6 kg de hidrógeno -

Se empleó hidrógeno verde y se realizó un estilo de "conducción ecológica" aunque sin recurrir a más trucos ni técnicas que no pudiera realizar un conductor corriente.

De esta forma lo que normalmente daría para una autonomía máxima de 650 km en condiciones normales de conducción ha permitido superar los 1.000 km.

Además nada más conseguir el récord el Mirai estaba de nuevo listo para conducirse tras un repostaje de solo cinco minutos

Toyota Mirai ha conseguido recorrer nada menos que 1.003 km de distancia sin repostar únicamente con hidrógeno verde, firmando así un récord mundial de distancia recorrida con esta tecnología.

Últimas noticias en movilidad de hidrógeno Movilidad para transporte pasajeros categoría M1 COMBUSTIBLE

PRECIO COMBUSTIBLE

CONSUMO

(SIN IVA)

COSTO [€/km]

Coche convencional

Diesel

6

l/100 km

1,0

€/litro

0,06

Toyota Mirai

H2

0,55

kg/100 km

10,9

€/kg

0,06

TOYOTA

AUTONOMÍA

650-1000 km en función de conducción Tienen margen de mejora

MIRAI

RECARGA

Ofrece unas prestaciones similares a un vehículo convencional

Tiempo recarga < 5 min 100% del depósito

PRECIO

Toyota Mirari Vision: 69.000 euros

UNIDADES

Unidades vendidas: 11.000 acumuladas desde 2015

¿Puede ser una opción competitiva para una persona que utilice el vehículo a diario? ¿Cuánto van a costar estos coches en 5 años? ¿Cuánto tiene que costar el hidrógeno en una estación de servicio para que resulte atractiva esta opción?

Costes de la cadena logística de H2 movilidad en la actualidad

Propiedades del hidrógeno

Propiedades del hidrógeno Condiciones de las moléculas energéticas para su comercialización para movilidad DENSIDAD

FASE GAS

PCS

PCI

(kg/m3)

(MJ/kg)

(MJ/l)

(Kwh/kg)

(Kwh/l)

(MJ/kg)

(MJ/l)

(Kwh/kg)

(Kwh/l)

Hidrógeno (1 atm, 15ºC)

0,084

142

0,012

39,1

0,003

120

0,010

33,0

0,003

Gas Natural (1 atm, 15ºC)

0,74

57

0,042

15,7

0,012

51

0,038

14,0

0,010

GNC (200 bar, 15ºC)

158,5

57

9,0

15,7

2,48

51

8,084

14,0

2,22

Hidrógeno (350 bar, 15ºC)

24

142

3,4

39,1

0,94

120

2,880

33,0

0,79

Hidrógeno (700 bar, 15ºC)

40

142

5,7

39,1

1,56

120

4,800

33,0

1,32

GNL (-161 ºC, 1 atm)

431

57

24,6

15,7

6,76

51

21,981

14,0

6,04

GLP (10 bar, 15ºC)

560

50

28,0

13,8

7,70

45

25,200

12,4

6,93

Gasolina (1 atm, 15ºC)

741

47

34,8

12,9

9,58

44

32,604

12,1

8,97

Gasóleo (1 atm, 15ºC)

845

45

38,0

12,4

10,46

43

36,335

11,8

9,99

FASE LÍQUIDO

Nota: Ahorros energéticos asociados a la tecnología FCEV COMBUSTIBLE

CONSUMO

CONSUMO ENERGÉTICO

Coche convencional

Diesel

6

l/100 km

60

kwh

Toyota Mirai

H2

0,55

kg/100 km

18,15

kwh

Propiedades del hidrógeno Densidad energética y energía específica de los combustibles con y sin el peso del volumen del tanque.

Fuente: TNO Julio 2020

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente Concepto de Coste Nivelado El LCOH es una herramienta útil para la comparación de los costos unitarios de diferentes tecnologías

Incluye todos los costos a lo largo de la vida útil del proyecto: la inversión inicial, operación y mantenimiento, el costo de electricidad, coste

𝐼𝑡 = Desembolso anual de la inversión 𝑀𝑡= Coste anual de operación y mantenimiento 𝐸𝑡= Coste anual en energía A𝑡= Otros costes 𝐻𝑡= Producción anual de H2 verde 𝑟 = Tasa de descuento 𝑛 = ciclo vida instalación

agua y coste financiero

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente Para la utilización del hidrógeno renovable producido en movilidad, es necesario crear una solución logística acorde a las características de este gas

Solución propuesta:

Producción

Compresión

Logística

Dispensación

Es necesario incorporar todos los costes de la cadena logística en el LCOH de producción para obtener el precio final en el punto de suministro

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 1- Producción de hidrógeno por electrólisis Supuestos: CAPEX electrolizador 1 M€ / MW, rendimiento del equipo 70%.

Tasa descuento 7%, 18 años de amortización, No se considera inflación.

Supuestos: Coste energético 80€ / MWh, rendimiento del equipo 70%.

Tasa descuento 7%, 18 años de amortización, No se considera inflación.

Producción de hidrógeno por electrolisis con un coste eléctrico final de 80€/MWh, un CAPEX de 1000 k€/MW, un factor de carga de 8400 horas nos lleva a un LCOH: 4,5 €/kgH2

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 2- Compresión Hidrógeno - TEORÍA Energía necesaria para compresión de hidrógeno en compresor multi-etapa referida en % a PCI del hidrógeno

Compresión total bar

100 bar

% PCI kwh/kg

bar

% PCI kwh/kg

0-100

7%

2,33

0-100

7%

2,33

0-200

9%

2,97

100200

2%

0,66

0-350

11 %

3,67

200350

2%

0,66

0-700 13,5 %

4,5

350700

2,5 %

0,83

(Depósitos alta presión 0-1000 15,5 % HRS)

5,16

7001000

2%

0,66

(referencia distribución)

200 bar (almacenamiento subterráneo)

350 bar (vehículos pesados)

700 bar (vehículos pesados)

1000 bar

Source: Based on IRENA analysis based on BNEF, 2019

Compresión relativa a rango de presión anterior

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 2- LCOH: Compresión Hidrógeno para transporte por carretera (300 bar) SUPUESTOS: CAPEX compresor 50kg/hr / dP=300bar: 750.000€, energía consumida para compresión a 300 bar igual a 10% PCI de hidrógeno por kilogramo comprimido, rendimiento del equipo 70%.

Tasa descuento 7%, 18 años de amortización, No se considera inflación

Para un supuesto de coste eléctrico final para el consumidor de 0,08 €/kWh y 8400 horas de funcionamiento, manteniendo el resto de supuestos tenemos un valor aproximado de LCOH = 0,71 €/kg H2

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 3- Logística transporte hidrógeno – TEORÍA - Energía transportada por carretera.

12,00

Energía / Peso total Transportado (MWh/tn) 9,86

10,00

8,73

8,46

8,00

6,00

4,00

2,00

0,61 0,00

Hidrógeno (300bar, 15ºC)

Peso Semiremolque Densidad Producto (sin carga (kg/m3) combustible) (tn)

GNL (-161 ºC, 1 atm)

GLP (10 bar, 15ºC)

Diesel

Peso combustible transportado (tn)

Peso total transportado (tn)

PCI (kwh/kg)

Energía transportada (MWh)

"Energía / Peso total Transportado (MWh/tn)"

23

0,506

27,506

33

17

0.61

12,5

431

20,688

33,188

14

290

8,73

48

12,5

560

26,88

39,38

12,4

333

8,46

48

8

845

40,56

48,56

11,8

479

9,86

Remolque 3 Ejes - 30 pies

Capacidad Volumétrica útil (m3)

Hidrógeno (300bar, 15ºC)

22

27

GNL (-161 ºC, 1 atm)

48

GLP (10 bar, 15ºC) Diesel

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 3- LCOH: Logística transporte hidrógeno (300 bar)

Coste transporte hidrógeno por carretera

SUPUESTOS CAPEX remolque transporte hidrógeno de 500kg a 300 bar: 300.000€, coste servicio cabeza tractora 1,3 €/km.

Tasa descuento 7% y 18 años de amortización, No se considera inflación.

No incluidos costes de compresión

Transportar 500 kg de hidrógeno al día a una distancia de 200 km tendría un LCOH: 0,75 €/kgH2 (PCI:33kwh/kg)  0,023 €/kwh

Coste transporte diésel por carretera SUPUESTOS: CAPEX cisterna transporte diésel de 48m3: 150.000€, tasa descuento 7% y 18 años de amortización, coste servicio cabeza tractora 1,3 €/km

Transportar 45.000 litros de diésel al día a una distancia de 200 km incrementaría el precio aproximadamente en 0,007 €/litro diésel (PCI:9,99kwh/litro)  0,0007 €/kwh

La logística de transporte de energía en forma hidrógeno por carretera puede ser del orden de más de 25 veces más costosa que hacerlo con diésel

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente EN EL CASO

*- Comparación de resultados

PRÁCTICO:

Costes de transporte de hidrógeno en función de distancia y cantidad transportada. (Incluye compresión) H2 transport costs based on distance and volume, $/kg, 2019

Compresión 0,71€/kg

Distribució n0,75€/kg Transporte * 1,46 €/kg * comparativo para 200km

El transporte licuado, que requiere de inversiones en plantas de licuefacción y cisternas para transporte licuado, solo se justifica para distancias superiores a 500km.

Las inversiones en tubería canalizada requieren de grandes volúmenes de trasiego para justificarse. A día de hoy, únicamente pueden justificarse para grandes consumos industriales. El consumo de transporte está lejos de justificarlo.

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente 4- Dispensación en HRS Costes de dispensación hidrógeno en HRS

Supuestos: Costes de HRS: Capacidad HRS (kg/día)

Coste HRS (€)

100

1300000

200

1700000

300

1900000

400

2200000

500

2500000

600

2700000

700

2900000

800

3200000

900

3400000

1000

3800000

Energía consumida para compresión desde 300 bar a 700 bar igual a 3% PCI de hidrógeno por kilogramo comprimido Coste eléctrico final supuesto: 0,08 €/kg Tasa descuento 7% y 18 años de amortización, No se considera inflación.

Dispensar hidrógeno en una HRS de 200 kg/día a 700 bar con un factor de utilización de un 60% lleva a un LCOH: 5,44 €/kgH2

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente Distribución de Costes en la Cadena Logística de Hidrógeno para movilidad

Las principales contribuciones al precio final son: • la producción  OPEX  Coste de la energía • dispensación en HRS  CAPEX  costes manufactura

De acuerdo a los supuestos considerados, los costes para el cliente final pueden superar los 10€/kg.

Un Toyota Mirai con un coste en dispensador de 11 €/kg y en una conducción de 0,55 kg/100km podría recorrer de 100km con un coste de unos 6 € Nota: El ejercicio no ha tenido en cuenta gastos de administración, licencias, seguros,…… Además, se trabaja con supuestos de factores de utilización superiores al mercado actual para movilidad hidrógeno.

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente COSTE DEL HIDRÓGENO

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente COSTE ACTUAL EN HIDROGENERAS DE PROGRAMAS EUROPEOS DE DESPLIEGUE DE INFRAESTRUCUTURA DE HIDRÓGENO

Berlin | Holzmarktstraße | TOTAL

Colonia/Bonn | Aeropuerto | TOTAL Estas dos estaciones pertenecen a “H2 MOBILITY Deutschland”, iniciativa alemana para el despliegue de HRS. Se han constituido como empresa y recibe fondos tanto del Gobierno alemán, como de FCH JU (Proyecto H2ME). Entidades: Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell, TOTAL. https://h2.live/en/h2mobility

Turismos 700 bar

Turismos 700 bar

9,5 €/kg H2 22/01/2020

9,5 €/kg H2 20/02/2019

Costes de una cadena logística de H2 movilidad en la actualidad Ejemplo: Ejercicio para estimación de coste para cliente CONCLUSIONES - Las cadenas logísticas de hidrógeno para movilidad en la actualidad se plantean con transporte en base a hidrógeno gas presurizado. Con los consumos actuales y esperados a medio plazo no se justifican cadenas logísticas en base a hidrógeno licuado o la utilización de portadores de hidrógeno (“Carriers”) - Las principales contribuciones al coste final para el cliente se producen en la producción por el alto coste energético de la electrolisis (Opex) y en la dispensación por el alto coste de las hidrogeneras (Capex).

- El mercado de hidrógeno movilidad necesita para disponer de hidrógeno competitivo:  Energía renovable accesible y competitiva (De forma más intensiva si se apuesta únicamente por la electrolisis)  La estandarización y escalado en la manufactura de hidrogeneras para abaratar costes.  Un factor de utilización mínimo, es decir, unos primeros clientes que justifiquen la inversión en infraestructura

Despliegue de Infraestrucutra de Recarga

Despliegue de Infraestructura de recarga Conclusiones del estudio de IEA “The Future of Hydrogen” para G20 de Japón de 2019 ¿Cómo comenzar?

Equilibrio para vencer las barreras para la rápida absorción de hidrógeno para el transporte.

• • •

tamaño de la estación de servicio el costo del hidrógeno demanda de hidrógeno

Las estaciones pequeñas tienen sentido económico en la fase de implementación inicial, ya que es más probable que aseguren tasas de utilización de la capacidad más altas cuando la demanda de hidrógeno de los vehículos de transporte es limitada.

Una vez que se han establecido volúmenes de demanda suficientes, las estaciones más grandes se vuelven más económicas y pueden ayudar a reducir el costo del hidrógeno para los usuarios finales.

Despliegue de Infraestructura de recarga Conclusiones del estudio de IEA “The Future of Hydrogen” para G20 de Japón de 2019 Nuestro caso teórico

Los precios del hidrógeno en el punto de dispensación son muy sensibles a la utilización de las estaciones de repostaje de hidrógeno.

Por ejemplo: Una proporción cercana a 10 coches por estación (como es el caso en Europa) implica que las bombas funcionan menos del 10% del tiempo si las estaciones de servicio tienen una capacidad de 50 kgH2 por día. Esto se traduce en un alto precio de alrededor de 15-25 $ / kgH2 si los costos de construcción y operación de estaciones de servicio se pagan con las ventas de combustible durante la vida útil de una estación.

Despliegue de Infraestructura de recarga Cada país ha seguido estrategias distintas Un ratio alto de automóviles por estación de servicio implica una mejor coordinación entre despliegue de vehículos y la infraestructura y debería conducir a precios más bajos del hidrógeno.

EEUU y Corea del Sur tienen ratios altos de utilización.

Francia o China tienen ratios altos pero se debe a que sus estaciones de servicio están asociadas a flotas cautivas de transporte público.

Alemania y Europa en general, así como Japón, han seguido políticas de despliegue de infraestructura de recarga agresivas para facilitar la adopción de vehículos de hidrógeno. Como consecuencia, en una primera etapa disponen de factores de utilización muy bajos. Han sido necesarios grandes programas de subvenciones para abordar este despliegue.

Despliegue de Infraestructura de recarga Recomendaciones para comenzar con el despliegue de infraestructura El informe ofrece dos posibles vías para ayudar a desarrollar una infraestructura de recarga: •

Centrarse inicialmente en la construcción de infraestructura de reabastecimiento de combustible para flotas cautivas pero mantenerlas abiertas para uso público, ofreciendo así puntos de reabastecimiento de combustible a los primeros usuarios de FCEV a un bajo costo marginal.

•

Un enfoque alternativo, que sería otorgar créditos a las estaciones de servicio en función de la brecha entre las tasas de utilización reales y las específicas mínimas establecidas como referencias. Siguiendo de esta forma el ejemplo de California donde existe una variedad de instrumentos y políticas que se combinan para respaldar la inversión privada en infraestructura de reabastecimiento.

Despliegue de Infraestructura de recarga Infraestructura pública de recarga de hidrógeno en Europa

https://h2.live/en

Despliegue de Infraestructura de recarga Futura infraestructura pública de recarga de hidrógeno en Euskadi

ESKERRIK ASKO