Return to site

Hydrogène renouvelable compétitif pour produire de l'Ammoniac

 

La viabilité de la production d'ammoniac à l'aide d'énergies renouvelables a été l'un des thèmes récurrents de la récente conférence Power to Ammonia à Rotterdam. Plus précisément, quelles réductions de coûts ou mécanismes de marché seraient nécessaires pour que l'ammoniac renouvelable - produit à l'aide d'hydrogène électrolytique dans une usine Haber-Bosch - serait compétitif avec l'ammoniac «brun» normal, fabriqué à partir de combustibles fossiles.

Un certain nombre de grands acteurs de l'industrie ont abordé ce thème lors de la conférence, y compris Yara et OCI Nitrogen, mais ce fut le discours de clôture de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) qui a fourni les données clés pour démontrer cela, car les coûts ont déjà baissé Jusqu'à présent, l'ammoniac renouvelable est rentable dans certaines régions aujourd'hui.

Comme l'a cité Cedric Philibert de l'AIE dans sa note conceptuelle complète , publiée quelques jours avant la conférence:

"Grâce à la récente réduction des coûts des technologies solaires et éoliennes, la production d'ammoniac dans les grandes usines à base d'électrolyse de l'eau peut concurrencer la production d'ammoniac à base de gaz naturel, dans les zones où les ressources solaires et éoliennes combinées sont les meilleures au monde. "
 

Bien que ce ne soit pas explicitement mentionné dans la citation ci-dessus, les réductions récentes des coûts des électrolyseurs ont été significatives, et c'est cette baisse de coûts projetée qui rapproche la vue optimiste de Philibert avec la prudence des autres. J'ai écrit à ce sujet en avril de cette année, décrivant le projet d'hydrogène renouvelable de l'AIE et l'annonce par le fabricant d'électrolyseurs norvégien Nel de son projet de construire la " plus grande usine d'électrolyse jamais conçue ...
[a] Concept d'usine GIGA pour la production d'hydrogène renouvelable La réforme des gaz ".

Établissement d'un objectif de coût pour les électrolyseurs
Le premier point de prix crucial a été identifié par OCI Nitrogen dans le cadre de l' étude de faisabilité Power to Ammonia , à propos de laquelle j'ai écrit en détail.

Si l'investissement, principalement dans les électrolyseurs, pourrait être considérablement réduit et / ou le prix du NH3 renouvelable est significativement plus élevé et / ou le coût des émissions de CO2 est plus élevé, la route d'électrification pourrait être rentable avant l'an 2030.

L'étude de faisabilité Power to Ammonia a spécifié une réduction de coût cible pour les électrolyseurs: baisse de 70% par rapport au cas de base 1000 EUR par kW.

Cependant, selon les nouvelles données de Nel citées par l'AIE quelques mois après que l'étude Power to Ammonia a été publiée, son électrolyseur à échelle GIGA coûterait seulement 450 $ par kW, soit près de 400 EUR, ce qui représente une réduction de 60% Hypothèse de cas de base utilisée par OCI ci-dessus. Bien que le coût du projet de Nel soit spécifique à l'emplacement, il démontre à quelle vitesse les coûts de la technologie peuvent décroître et combien de temps l'ammoniac renouvelable pourrait être compétitif même selon une évaluation prudente de l'industrie.

Établir un prix cible du carbone
Dans sa présentation, Rob Stevens, vice-président du Scoutisme technologique chez Yara, a partagé les données que le plus grand producteur mondial d'ammoniac utilise pour évaluer la viabilité de l'ammoniac renouvelable.

Tout d'abord, l'ammoniac conventionnel, produit à partir d'une charge de gaz naturel, pourrait devenir sans carbone en utilisant la capture et la séquestration du carbone (CCS) pour enterrer le CO2 souterrain; Avec les technologies d'aujourd'hui, cela serait commercialement compétitif avec une taxe sur le carbone "aux prix du CO2 de 100 USD / tonne de CO2". (Je constate que Yara fait partie d'un effort national majeur pour construire des opérations CCS commerciales en Norvège ).

Pour un processus véritablement sans carbone, Yara estime que l'ammoniac renouvelable serait compétitif si nous pouvons réduire les coûts dans trois domaines: l'investissement au niveau de l'électrolyse (par un pourcentage plus faible que les OCI, seulement 40-60%), un faible coût de l'électricité et un carbone Prix ​​de seulement 30 dollars par tonne de CO2. Alternativement, sans réduction des coûts de l'électrolyseur ou de l'électricité, un prix du carbone de plus de 100 $ égalerait le terrain de jeu par lui-même.

(Il convient de rappeler que la production d'ammoniac à l'aide de gaz naturel émet au moins 1,8 tonne de CO2 par tonne d'ammoniac, en supposant le meilleur et le plus efficace processus. En réalité, l' industrie américaine émet en moyenne 2,1 tonnes de CO2 par tonne d'ammoniac et donc Une taxe sur le carbone de 100 $ / tonne, l'ammoniac bon marché fabriqué à partir de gaz naturel bon marché porterait une prime carbone supplémentaire d'environ 210 $ la tonne. En gros, cela représente une augmentation de 60% du prix actuel de l'ammoniaque.

Établir un prix pour la capture et la séquestration du carbone

Cliquez pour agrandir. Cédric Philibert, IEA, conférence Power to Ammonia , Rotterdam, 19 mai 2017

Le Philibert de l'AIE a également abordé les coûts de CCS, fournissant des estimations détaillées pour diverses options, selon la quantité de CO2 que vous essayez de capturer. Par exemple, pour capturer 89% du CO2 coûterait 74 $ la tonne (de CO2).

(Encore une fois, compte tenu des émissions moyennes de carbone provenant de la production d'ammoniac aux États-Unis, cela augmenterait les coûts de plus de 155 $ l'ammoniac par tonne.)

Les données pour cela proviennent de l' Évaluation techno-économique de l'AIE, extrêmement bien documentée, d'une plate-forme d'hydrogène autonome (Merchant) avec CCS .

Établir un prix cible de l'électricité

Philibert fournit également des données sur les coûts de l'hydrogène électrolytique, démontrant que «l'électrolyse de l'eau à base d'énergie renouvelable peut concurrencer les MRS dans les zones où se trouvent d'excellentes ressources solaires et éoliennes.» L'excellence de ces ressources se manifeste en deux endroits: d'abord, le coût de l'électricité et, Les «heures de chargement intégral» (FLH), qui reflètent la capacité de gérer l'installation en permanence.

Siemens et l'AIE ont cité les prix bas de l'électricité dans leurs présentations. Siemens a cité l'offre record record en septembre 2016: 2,4 US cent / kWh pour la PV solaire de 350 MW. "Le Philibert de l'AIE a utilisé des nombres plus ronds mais a conclu une conclusion plus profonde: la parité des coûts avec les méthodes de production traditionnelles qui utilisent la réforme du méthane à vapeur (SMR ) D'une matière première de gaz naturel:

Lorsque les ressources solaires ou éoliennes sont excellentes, le coût de l'électricité produite par les centrales solaires ou éoliennes pourrait être inférieur ou égal à 30 $ / MWh, comme l'ont suggéré les prix récemment annoncés pour les parcs éoliens nouvellement construits au Maroc et les centrales solaires au Chili et à Dubaï . À ces prix et avec des facteurs de charge suffisants, le coût de l'hydrogène ne dépasserait pas 2 $ / kg et rivaliserait avec SMR.
 

La note conceptuelle de Philibert fournit des chiffres détaillés pour illustrer l'ampleur de l'opportunité ici:

La variabilité du pouvoir crée différents défis. Les électrolyseurs alcalins peuvent fonctionner entre 20% et 100% de leur charge nominale. Les unités de consommation ASU et MCV ont besoin de petites quantités de puissance et leurs sorties sont stockables. La boucle de synthèse, cependant, fonctionnerait le mieux avec des opérations continues et nécessiterait une alimentation continue - mais elle ne consomme que 5% environ du total.

Une usine exploitée par l'énergie solaire et par le vent, ou dans certains cas par l'énergie éolienne seule, avec des facteurs de capacité de 5 000 à 7 000 heures de chargement (FLH), aura 25% de sa charge disponible la plupart du temps, et les temps avec moins 5% peuvent être pratiquement inexistants. Le stockage à court terme de l'hydrogène comprimé et de l'azote pourrait être suffisamment étendu pour assurer des opérations continues de la boucle de synthèse. Le coût supplémentaire serait petit car le H2 doit être compressé de toute façon avant d'entrer dans les boucles de synthèse.

Une grande usine d'ammoniac visant à produire 500 000 t / a, soit pour les exportations ou la transformation locale en une variété d'engrais, consommerait environ 4,8 TWh par an pour produire plus de 88 000 t H2 et exploiter tous les sous-systèmes. En supposant 6 000 FLH pour les capacités solaires et éoliennes combinées, le déploiement requis pourrait être, par exemple, des turbines éoliennes de 785 MW et des centrales photovoltaïques jusqu'à 785 MW, pour des électrolyseurs de 735 MW.
 

Le bénéfice, comme le souligne Philibert, de combiner les sources d'énergie éolienne et solaire est que chacun équilibre l'autre, ce qui signifie que l'intermittence des énergies renouvelables n'est plus très intermittente - avec des conséquences importantes pour la production d'ammoniac, qui nécessite un fonctionnement constant.

All Posts
×

Almost done…

We just sent you an email. Please click the link in the email to confirm your subscription!

OKSubscriptions powered by Strikingly