Análisis de viabilidad técnica de un sistema BECCS de ...

Reunión grupo de trabajo de calidad, producción y sostenibilidad

Plataforma Tecnológica Food for Life-Spain (PTF4LS)

Madrid, 23 Enero 2020

Propuestas de colaboración. Nuevos proyectos y networking

Análisis de viabilidad técnica de un sistema BECCS de emisiones negativas para una planta de gestión de residuo ganadero

SARA PASCUAL ([email protected])Investigadora Predoctoral Universidad de ZaragozaGrupo de Trabajo Interplataformas del CO2 - GTI CO2

Propuestas de colaboración. Nuevos proyectos y networking➢ Índice

1. Justificación

2. Objetivo

3. Metodología

4. Resultados técnicos

5. Estudio económico

6. Conclusiones

Reunión grupo trabajo PTF4LS23 Enero 2020

2

1. Justificación


3

Justificación➢ Reducción emisiones gases efecto invernadero


4

Emisiones GEI por sectores productivos (2018)

Fuente: Inventario nacional de gases de efecto invernadero. MITECO.

TECNOLOGÍAS DE CAPTURA DE CO2

(apoyo transición EERR)

REDUCCIÓN EMISIONES (corto plazo)

Justificación➢ Emisiones sector agropecuario


5

¿Cuál es el origen de las EMISIONES en el SECTOR AGROPECUARIO?

Sector agrícola:

▪ Mecanización labores culturales (maquinaria pesada):

Consumo energético y emisiones GEI en su uso.

▪ Productos químicos (herbicidas, abonos):

Consumo energético y emisiones GEI en su fabricación

Sector ganadero:

▪ Fermentación entérica ganado

▪ Deyecciones ganaderas

▪ Gestión de cadáveres

Sector agropecuario es un foco de emisión difuso

2. Objetivo


6

Objetivo➢ Esquema actual planta gestión residuo ganadero


7

Objetivo➢ Tecnologías captura CO2


8

Fuente: Plataforma Tecnológica Española del CO2

Objetivo➢ Principales tecnologías captura CO2 post-combustión


9

Aminas:▪ Reacción base alcalina con CO2, medio acuoso

▪ Escala comercial

▪ Posibles pérdidas por evaporación sorbente

▪ Demanda térmica regeneración sorbente (calor baja temperatura). No hay

posibilidad de recuperación calor para otros procesos

Ciclo de calcio de carbonatación – calcinación:▪ Sorbente sólido (no evaporación), abundante en la naturaleza, no toxico,

bajo coste caliza

▪ Escala piloto/demostración

▪ Alta temperatura trabajo (600ºC). Permite aprovechamiento calores

residuales proceso en ciclos de potencia o procesos industriales. Reducción

penalización energética

▪ Desactivación rápida de sorbente con número de ciclos. Necesario

implementar estrategias para mantener eficiencia captura CO2 constante

Objetivo➢ Ciclo de calcio


10

Objetivo➢ Análisis tecno – económico sistema BECCS en PGRG


11

Planta gestión residuo ganadero

Tecnología captura CO2

3. Metodología


12

Metodología➢ Modelado proceso captura CO2


13

Conversión de una partícula (ciclo N)

XN =1

11 − Xr

+ k ∗ N+ Xr

rN =ΤF0 FCaO

1 +F0FCaO

N

Conversión media con captura CO2 y SO2

ηcapt = R ∗ Xave =FCaOFCO2

∗ Xave

Eficiencia captura CO2

Xave =

N=1

N=∾

rN ∗ XN −FCO2

F0 ∗ r ΤC S

Metodología➢ Dimensionamiento integración PGRG - CaL


14

Dimensionamiento ciclo captura CO2

Dimensionamiento ciclo potencia

Rankine

Diseño red intercambio calor

I. Cubrir demanda térmica y eléctrica planta gestión residuo ganadero

I. Aprovechamiento calor liberado proceso captura CO2 para generación vapor etapa caldera

II. Extracción vapor turbina a proceso esterilización cadáveres animales

I. Aprovechamiento máximo del calor sensible de las corrientes gaseosas (contenido energético y niveles de temperatura)

II. Reducir penalización energética (cubrir demanda térmica proceso captura CO2)

4. Resultados técnicos


15

Resultados técnicos➢ Influencia purga sólidos y R en eficiencia captura CO2


16

ηcapt = R ∗ Xave

Parámetros ciclo de calcio

Input Output

Purga sólidos [%] 3 X ave [%] 20,1

R [-] 4,5 η capt [%] 90,5

Resultados técnicos ➢ Dimensionamiento ciclo captura CO2


17

Resultados técnicos ➢ Dimensionamiento ciclo potencia Rankine


18

Resultados técnicos ➢ Diseño red intercambio calor


19

CICLO CAPTURA CO2

PLANTA GESTIÓN RESIDUO GANADERO

CICLO POTENCIA RANKINE



20

CICLO CAPTURA CO2



21

CICLO POTENCIA RANKINE



22

PLANTA GESTIÓN RESIDUO GANADERO

Resultados técnicos ➢ Balance CO2


23

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Situación actual PGRG Integración ciclo captura CO2 en PGRG

t CO

2/M

Wh

CO2 emitido a la atmósfera CO2 capturado

5. Estudio económico


24

Estudio económico➢ Inversión


25

0,00

500000,00

1000000,00

1500000,00

2000000,00

Euro

sInversión instalaciones y puesta en marcha

TOTAL INVERSIÓN 3,9 MILLONES DE €

Estudio económico➢ Costes e ingresos anuales


26

0

20000

40000

60000

Ingreso anualemisiones CO2

evitadas

Ingreso anualemisiones CO2

capturadas

Ingreso anualgeneración

eléctrica

Euro

s

Ingresos anuales totales

Consideraciones:I. Precios medios anualesII. No se ha considerado la influencia inflaciónIII. La vida operativa del proyecto se estima en 25 años

0,00

100000,00

200000,00

300000,00

Euro

s

Costes anuales totales

Estudio económico➢ Determinación punto equilibrio


27

Escenarios posibles:

1) Proyecciones según datos de inversión, costes e ingresos reflejados:

Costes anuales > Ingresos anuales = NO rentabilidad proyecto

2) Proyecciones fijando valor mínimo venta electricidad:

LCOE

102,82 €/MWh

CO2 evitado

36,10 €/ton CO2

CO2 capturado

40,51 €/ton CO2

Determinación VAN y TIR

Estudio económico➢ Punto equilibrio escenario 2


28

VAN 118015,02 € (Tasa descuento 4%)

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0% 5% 10% 15% 20% 25%

VA

N [M

illon

es €

]

Tasa de descuento [%]

VAN y TIR Proyecto

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 5 10 15 20 25

Cas

h F

low

acu

mu

lad

o [M

illon

es €

]

Años vida operativa proyecto

Punto equilibrio escenario 2

Estudio económico➢ Viabilidad propuesta


29

No se alcanza un punto equilibrio en condiciones actuales, pero el proyecto puede ser rentable económicamente si:

• El precio de venta de electricidad es superior a LCOE

• Se da un mayor apoyo institucional a la captura de CO2 (NER300, PEER)

• Se valoriza el CO2 capturado como mercancía (no almacenamiento geológico)

• Se incrementa precio venta emisiones CO2 evitadas en Comercio Derechos Emisión

6. Conclusiones


30

Conclusiones➢ Sistema BECCS emisiones negativas en PGRG


31

1. Electricidad producida por integración superior a la actual:Dimensiones ciclo captura CO2 dentro de márgenes viables técnicamente

2. Minimización penalización energética integración

3. Emisiones de CO2 a la atmósfera con integración se reducen un 82% respecto a las actuales:

Penalización económica por tonelada CO2 emitida de enero a septiembre de 2018 se ha incrementado en un 160%, llegando a situarse en 25 € el precio medio por tonelada de CO2 evitada durante 2019 (Fuente: SendeCO2)

4. Rentabilidad económica proyecto si precio mínimo venta electricidad superior a LCOE y valorización CO2 capturado comomercancía

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Madrid, 23 Enero 2020

Gracias por su atención

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