Evaluación Técnico-Económica de Escenarios de Infraestructura Compartida
Chile ha establecido ambiciosas metas para el desarrollo de una industria de hidrógeno verde, según lo definido en su Estrategia Nacional del Hidrógeno Verde. En este marco, se han identificado seis sectores prioritarios que desempeñarán un papel clave frente a una demanda nacional en rápido crecimiento. Paralelamente, el país proyecta posicionarse como proveedor de hidrógeno y sus derivados en un mercado global en constante expansión.
La zona norte de Chile ya cuenta con plantas competitivas de generación solar, eólica y desalinización, un dinámico sector minero y una presencia activa de múltiples operadores privados. Este entorno constituye una base prometedora para el desarrollo de un ecosistema de hidrógeno verde, que facilite tanto su implementación local como la exportación de sus derivados con fines de descarbonización.
De acuerdo con el levantamiento de información realizada en el marco del presente proyecto, las exportaciones podrían comenzar con el amoníaco verde, dado que ya se dispone de infraestructura portuaria y embarcaciones aptas para su transporte, pero principalmente debido a que el amoníaco es uno de los carriers más prometedores para el hidrógeno verde, especialmente en el contexto de exportación a gran escala. Actualmente, la región alberga diversos proyectos piloto en distintas etapas de desarrollo, con la participación de múltiples actores interesados. Sin embargo, se ha identificado la falta de coordinación entre los distintos proyectos y actores claves del ecosistema regional de hidrógeno verde, por lo que se hace necesario identificar y evaluar escenarios de sinergias entre proyectos y uso de infraestructura compartida de manera similar a otros Hubs de H2V con mayor nivel de desarrollo en otras partes del mundo. De acuerdo con lo anterior, se han identificado los siguientes escenarios de sinergias e infraestructura compartida:
Ducto de transporte de amoniaco verde compartido
Este escenario contempla la instalación de las plantas de generación de energía renovable fotovoltaica, planta de electrólisis de hidrógeno verde y planta de síntesis Haber-Bosch de amoniaco verde en un mismo lugar, localizada en las proximidades de mejillones. Las plantas de generación de energía son 100% OFF-Grid y cuentan con sistema de almacenamiento BESS para asegurar una operación continua de la planta de síntesis Haber-Bosch. Este escenario contempla como infraestructura compartida la tubería (pipeline) de transporte de amoniaco desde las plantas de producción de amoniaco verde hasta el puerto de embarque en Mejillones. El puerto de embarque de amoniaco verde es operado por terceros al igual que la planta desalinizadora que provee de agua para las plantas de electrólisis.
Escenario 1: Pipeline de NH3 Compartido
Para el presente estudio no se consideraron nombres específicos de la cartera de proyectos de las empresas desarrolladoras de H2V y derivados de la Región de Antofagasta ni tampoco su localización específica. Las principales razones de esta medida fueron para salvaguardar la información sensible de las empresas que se encuentran bajo acuerdo de confidencialidad entre las empresas y la Universidad Católica del Norte y la condición para participación en los talleres de levantamiento de información. La mayoría de los proyectos en desarrollo aun no son de dominio público, excepto dos proyectos que se encuentran en Evaluación de Impacto Ambiental. En tal sentido, se utilizarán como nombres de fantasía para los proyectos considerados en este estudio. Sin embargo, las capacidades de producción definidas para los proyectos considerados en el presente estudio corresponden a valores que se encuentran dentro del rango de producción considerados por las empresas desarrolladoras de hidrógeno verde y derivados. En este caso, se consideró solo como proyectos a evaluar, los proyectos que contemplan como producto final al amoniaco y cuyo puerto de exportación considerado es el Puerto de Mejillones, aprovechando que ya hay una infraestructura existente para la importación de amoniaco gris y que el Puerto de Mejillones, al ser parte de los talleres con las empresas manifestó el interés de ampliación de sus instalaciones de almacenamiento de amoniaco para tener la capacidad de recibir la producción de los futuros proyectos de amoniaco verde que se contempla instalar en la Región de Antofagasta.
| Nombre Fantasía del Proyecto | Producto Final | Capacidad Producción (Ton NH3/año) |
|---|---|---|
| NH3-1 | Amoniaco Verde | 700.000 |
| NH3-2 | Amoniaco Verde | 600.000 |
| NH3-3 | Amoniaco Verde | 500.000 |
| NH3-4 | Amoniaco Verde | 500.000 |
| NH3-5 | Amoniaco Verde | 620.000 |
En las siguientes Figuras se muestran los resultados del Balance de Materia y Energía obtenido con la ayuda del Simulador Comercial de Procesos ASPEN PLUS para las diferentes capacidades de producción mostradas en la tabla anterior. En las siguientes Figuras se muestra el diagrama de proceso con información de la cantidad energía requerida para cumplir el requerimiento de producción de amoniaco verde, agua, y la cantidad de hidrógeno verde y nitrógeno requerido para el proceso de síntesis Haber-Bosch. En base a esta información y con la ayuda del Simulador ASPEN PLUS se dimensionó el tamaño de los equipos para la determinación de los CAPEX correspondientes, necesarios para la evaluación económica.
Diagrama de Planta de Producción de 700.000 ton NH3/año - 100% Off-Grid
Diagrama de Planta de Producción de 620.000 ton NH3/año - 100% Off-Grid
Diagrama de Planta de Producción de 600.000 ton NH3/año - 100% Off-Grid
Diagrama de Planta de Producción de 500.000 ton NH3/año - 100% Off-Grid
Resultados de la Evaluación del Escenario 1: Ducto de transporte de NH3 compartido
La Figura muestra la localización de las plantas fotovoltaicas, plantas de electrólisis de H2V, las plantas de síntesis de amoniaco y la tubería de transporte de amoniaco verde compartida para los 5 proyectos a evaluar. Las localizaciones de las plantas de producción de amoniaco solo obedecen a los potenciales lugares donde podría instalarse los proyectos de inversión de amoniaco verde en la Región de Antofagasta con más proximidad al puerto de Mejillones. Por lo que, para propósitos del presente estudio solo es relevante a considerar el trazado de la tubería de transporte y la distancia hacia el puerto de embarque, que es la infraestructura compartida a evaluar. No se contempla como infraestructura compartida el puerto de Mejillones ni la planta desalinizadora que son operados por terceros como empresa de servicios.
Escenario 1: Pipeline NH3 Compartido
En la siguiente tabla se resume los costos de CAPEX y OPEX de los proyectos de amoniaco verde considerados en la evaluación del Escenario 1.
| Item | Proyectos de Amoniaco Verde | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| NH3-1 | NH3-2 | NH3-3 | NH3-4 | NH3-5 | |
| Capacidad Producción (ton NH3/año) | 700.000 | 600.000 | 500.000 | 500.000 | 620.000 |
| Energía total requerida (GWh/año) | 7.135 | 6.116 | 5.097 | 5.097 | 6.320 |
| CAPEX y O&M (USD) | |||||
| CAPEX Planta FV | 1.663.997.515 | 1.426.283.584 | 1.188.569.653 | 1.188.569.653 | 1.473.826.370 |
| CAPEX Planta Electrolizadores | 1.597.397.260 | 1.369.197.652 | 1.140.998.043 | 1.140.998.043 | 1.414.837.573 |
| CAPEX Planta Haber-Bosch | 481.699.804 | 414.123.896 | 346.138.615 | 346.138.615 | 427.671.787 |
| CAPEX Planta ASU | 59.051.788 | 54.139.417 | 2.418.110 | 2.418.110 | 55.190.881 |
| CAPEX Planta BESS | 343.376.304 | 294.322.546 | 245.268.788 | 245.268.788 | 304.133.297 |
| CAPEX Tanques H2 | 123.859.726 | 106.165.479 | 88.471.233 | 88.471.233 | 109.704.329 |
| CAPEX Compresores H2 | 28.671.233 | 24.575.342 | 20.479.452 | 20.479.452 | 25.394.521 |
| O&M | 122.825.612 | 105.517.193 | 88.145.064 | 88.145.064 | 108.983.962 |
Para el cálculo de los costos nivelados de producción de amoniaco (LCOA) se utilizó la calculadora de LCOA desarrollada para el presente proyecto, la cual se encuentra implementada en esta Plataforma. En la siguiente tabla se muestra el resumen de los cálculos de la evaluación económica de cada uno de los 5 proyectos de producción de amoniaco considerando los costos con y sin infraestructura compartida. Se calcula el costo nivelado de producción de amoniaco para cada una de las 5 plantas (LCOAindiv), mostrado en la cuarta columna de la tabla anterior. El costo nivelado de transporte de amoniaco (LCOT) se calcula para la condición de tubería individual (LCOTindiv) o tubería de transporte compartida (LCOTcomp). Finalmente se calcula el Costo Nivelado de Amoniaco Total tanto para la condición de tubería de transporte de amoniaco individual (LCOAtotal_indiv) o tubería de transporte de amoniaco compartida (LCOAtotal_comp). La última columna de la siguiente tabla se muestra el porcentaje de reducción de costos si los 5 proyectos consideran como infraestructura compartida una sola tubería de transporte hacia el puerto de embarque del amoniaco. El promedio del LCOA de 815 USD/Kg H2 es un valor muy competitivo con respecto a los valores del mercado internacional que oscilan entre 600 a 900 USD/kg H2.
| Proyectos | Producto | Capacidad (Ton NH3/año) | Distancia al Pto. Mejillones (km) | LCOAindiv (USD/ton NH3) | LCOTindiv (USD/ton NH3) | LCOTcomp (USD/ton NH3) | LCOAtotal_indiv (USD/ton NH3) | LCOAtotal_comp (USD/ton NH3) | %Red. Costos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NH3-1 | NH3 | 700.000 | 35,1 | 814,13 | 67,90 | 64,55 | 882,03 | 878,68 | 0,38% |
| NH3-2 | NH3 | 600.000 | 30,6 | 819,00 | 90,80 | 55,33 | 909,80 | 874,33 | 3,90% |
| NH3-3 | NH3 | 500.000 | 17,5 | 824,70 | 93,50 | 46,08 | 918,20 | 870,78 | 5,16% |
| NH3-4 | NH3 | 500.000 | 13,4 | 824,70 | 71,60 | 46,06 | 896,30 | 870,76 | 2,85% |
| NH3-5 | NH3 | 620.000 | 5,2 | 818,00 | 13,95 | 57,07 | 831,95 | 875,07 | -5,18% |
| Total NH3 | 2.920.000 | 269,09 | |||||||
| Total H2 | 523.848 | ||||||||
Los valores del costo total nivelado de amoniaco (LCOA) es más conveniente si los 5 proyectos de inversión considerados en este Escenario 1 consideran como infraestructura compartida una tubería de transporte de amoniaco hacia el puerto. Si bien el % de reducción de costos es baja, la principal reducción está en el CAPEX de inversión y los costos ambientales y sociales.