Diseño y dimensionado de instalaciones de biomasa para la generación de hidrógeno verde por electrólisis del agua
Fecha:
17/03/2025Palabra clave:
Tipo de Ítem:
masterThesis
Resumen:
En este TFM se diseñaron y dimensionaron plantas modulares de biomasa para producir hidrógeno verde por electrólisis en tres tamaños: 100, 500 y 1000 kW. Se hicieron balances de materia y energía y se definieron los equipos principales: un ciclo Rankine orgánico, electrolizadores, sistemas de enfriamiento y tanques de hidruros metálicos. Luego se aplicaron indicadores financieros (VPN, TIR y ROI) para evaluar cada módulo.
Encontrándose que la modularización como concepto funciona, porque a mayor potencia instalada también crece la producción de hidrógeno, la eficiencia neta y el consumo de biomasa. Sin embargo, el mayor inconveniente es económico. El skid de 100 kW no resulta viable, pues se necesitaría vender el hidrógeno por encima de 55 USD/kg, un precio irreal de acuerdo con el mercado actual. El módulo de 500 kW solo empieza a ser atractivo con precio a partir de los 20 USD/kg, donde la TIR se sitúa desde 22,7 % y el ROI cercano a 1,6. Con el módulo de 1000 kW existe más margen de maniobra: es viable desde los 17,5 USD/kg generando una TIR desde 12,6 % con ROI desde 2,2. Estos puntos de equilibrio están lejos de la realidad del contexto del mercado europeo (5–8 USD/kg) y de lo que se proyecta para 2030 (2–9 USD/kg).
Aun así, el trabajo queda como procedimiento para que municipios o empresas usen residuos agrícolas e industriales como biomasa. El hidrógeno se plantea como vector energético y como insumo para fertilizantes, amoníaco, metano verde o combustibles sintéticos. La conclusión es clara: en lo técnico y ambiental funciona, pero en lo económico solo será competitivo si hay incentivos y modelos de negocio que lo soporten.
Descripción:
In this master’s Thesis, modular biomass plants were designed and sized to produce green hydrogen by electrolysis at three scales: 100, 500 and 1000 kW. Mass and energy balances were performed, and the main equipment was defined: an organic Rankine cycle, electrolyzers, cooling systems and metal hydride storage tanks. Financial indicators (NPV, IRR and ROI) were then applied to evaluate each module.
The results show that modularization as a concept works, since with higher installed power hydrogen production, net efficiency and biomass consumption also increase. However, the main drawback is economics. The 100kW skid is not viable, as it would require selling hydrogen above 55 USD/kg, an unrealistic price under current market conditions. The 500kW module only becomes attractive from 20 USD/kg, where IRR starts at 22.7% and ROI is around 1.6. The 1000 kW module offers more margin: it is viable from 17.5 USD/kg, generating an IRR from 12.6% with ROI from 2.2. These breakeven points are still far from the European market context (5–8 USD/kg) and from projections for 2030 (2–9 USD/kg).
Even so, this work remains as a procedure for municipalities or companies to use agricultural residues and industrial by-products as biomass. Hydrogen is considered not only as an energy vector but also as input for fertilizers, ammonia, green methane or synthetic fuels. The conclusion is clear: technically and environmentally it works, but economically it will only become competitive if incentives and business models are in place to support it.
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