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Es increíblemente raro que el hidrógeno como fuente de energía pierda importancia en comparación con las alternativas. Hay una aldea en el país africano de Mali donde el hidrógeno geológico se libera a través del suelo y se quema para generar electricidad para la aldea de 4,000 personas.

Y luego está Prince George, Columbia Británica, que conozco principalmente como una ciudad remota en la que nunca he estado y que tiene una increíble historia de acogida de refugiados. Un antiguo compañero de trabajo era de Prince George, que había acogido a refugiados vietnamitas que huían de las condiciones brutales en ese país a finales de los años 1970. Como era de esperar, también ha dado la bienvenida a refugiados ucranianos, un par de cientos de ellos, según el último recuento que pude encontrar.

Es una ciudad de unos 76,000 habitantes que está a unos 500 kilómetros del océano y tan al norte como Edmonton, Alberta. Su economía es una combinación de atención médica, educación, pulpa y papel, una refinería y una o dos plantas químicas. Sorprendentemente para una ciudad claramente remota y no muy grande, su edad promedio en el último censo era 40 años, lo que la hace joven y dinámica para los estándares canadienses. Es evidente que están haciendo algo bien para atraer y retener a los más jóvenes. Dicho esto, el segmento demográfico de mayor crecimiento en los dos últimos censos fue el de la población mayor de 65 años.

Es un viaje de 10 horas a través de terreno montañoso, más de 500 kilómetros en línea recta, obsesivo compulsivo, y no está en el camino hacia Okanagan, así que nunca lo he visitado.

La planta química y la refinería son el centro de esta historia real e inusualmente inteligente del hidrógeno como energía.

La planta química, Chemtrade, fabrica clorato de sodio, un polvo cristalino blanco que se utiliza para fabricar herbicidas, explosivos, tintes, cosméticos, productos farmacéuticos, papel y otros productos químicos. Sin profundizar en las listas de clientes de Chemtrade, se utiliza para blanquear papel, por lo que la fábrica local de pulpa y papel probablemente se quede con gran parte de él.

El proceso de fabricación del clorato de sodio es sencillo. Pon sal de mesa en agua. Pasar una corriente eléctrica a través de él. Saca el clorato de sodio por el otro extremo. Pero los ojos agudos habrán notado eso de hacer pasar una corriente a través del agua, es decir, la electrólisis que produce hidrógeno.

Y eso es un subproducto de la planta de Chemtrade, alrededor de 12 toneladas por día. Eso es mucho hidrógeno, y está en una ciudad pequeña, muy lejos de cualquier lugar, que no tiene una planta de amoníaco o metanol, aunque sí tiene una refinería de petróleo.

Como recordatorio, el hidrógeno es hoy una materia prima industrial. Fabricamos alrededor de 120 millones de toneladas de ese material, casi en su totalidad en el lugar donde se utiliza porque es muy caro transportarlo.

Los mayores consumidores son las refinerías de petróleo que lo utilizan para extraer el exceso de agua del petróleo crudo, eliminar el azufre del petróleo crudo y descomponer el petróleo crudo en componentes más livianos y pesados. El crudo de arena bituminosa tiene un alto contenido de los tres siguientes: exceso de agua, azufre y pesadez, por lo que requiere una gran cantidad de hidrógeno para refinarlo, alrededor de 7.7 kilogramos por barril por mi. valoración de hace un par de años que era otro cuchillo en la espalda de las esperanzas de exportación de petróleo crudo de Alberta en la era de la demanda máxima de petróleo y los límites a las emisiones de la industria.

Pero la refinería de Prince George toma petróleo ligero del noreste de Columbia Británica, no petróleo pesado. El petróleo se bombea de forma convencional, por lo que es probable que el contenido de agua sea menor. Tampoco hay evidencia de que pueda encontrar que tenga un alto contenido de azufre. En otras palabras, la demanda de hidrógeno en la refinería no es alta. Siendo las refinerías de petróleo lo que son, en cualquier caso realmente prefieren convertir los combustibles fósiles en hidrógeno.

Por lo tanto, no hay compradores naturales del exceso de hidrógeno para lo que es mejor utilizarlo: una materia prima industrial.

A pesar de la alegatos del Rocky Mountain Institute, el hidrógeno ha resultado ser un gas de efecto invernadero bastante potente, aunque de forma indirecta. Interfiere con la descomposición del metano en la atmósfera, extendiendo su período de persistencia. Eso significa que cada tonelada de hidrógeno liberada al aire equivale a unas 12 toneladas de dióxido de carbono.

Con 12 toneladas diarias de hidrógeno saliendo de la planta de Chemtrade, eso equivale a 144 toneladas de CO2 al día o alrededor de 53,000 toneladas al año. Ups.

Chemtrade intentó encontrar algo que ver con el material, pero como lo muestra la breve reseña sobre los consumidores de hidrógeno anterior, no hay clientes naturales en ningún lugar cerca de la planta, y Prince George está muy lejos de prácticamente todas partes.

Entra Teralta. Es una empresa con sede en Columbia Británica fundada en 2021. Algunas de sus cosas son una tontería, como proporcionar generadores de hidrógeno para la industria cinematográfica. A la par del curso del extraño hidrógeno de Columbia Británica para la fijación de energía. Somos el hogar del fracaso perpetuo Ballard, que como señalé recientemente, ha logrado perder un promedio de 55 millones de dólares cada año desde 2000, la asombrosa cantidad de 1.3 millones de dólares del dinero de otras personas, a menudo gubernamentales. Existe todo un extraño ecosistema de hidrógeno para las empresas energéticas de la ciudad. Dada la densidad del caucho alrededor de la burbuja de hidrógeno como energía, no asumo que alguien aquí sepa mi nombre a pesar de que soy local.

Obtendré más historia de fondo específicamente sobre Teralta, ya que casualmente mañana almorzaré con el cofundador en su lado de False Creek en la Villa Olímpica (que captura muy sensatamente el calor de las aguas residuales para reducir dos tercios de los requisitos de energía). para calefacción para los miles de habitantes de condominios, oficinas y cervecerías del vecindario).

En algún momento, alguien asociado con Teralta se dio cuenta de que el hidrógeno estaba saliendo de procesos industriales existentes, siendo ventilado y que era una oportunidad.

Examinaron una gran cantidad de conjuntos de datos y una de las plantas que encontraron fue la planta de Chemtrade en Prince George. Hablaron con ellos, se rascaron la cabeza, miraron alrededor del pueblo y probablemente olieron ese olor característico a huevos podridos que salía de las fábricas de pulpa y papel cercanas. En ese momento eran tres, pero Canfor, que operaba los tres, cerró uno de los más grandes el año pasado.

Ese olor, por cierto, es motivo de orgullo perverso, una especie de síndrome nasal de Estocolmo, en la ciudad, donde los memes se refieren a él como el olor del dinero y publican fragmentos en las redes sociales ensalzando sus virtudes y siendo bienvenidos en casa. después de un período de distancia.

Las fábricas de celulosa y papel son grandes consumidores de energía. Gran parte de eso proviene de la electricidad, y muchas de las plantas tienen acuerdos con BC Hydro que permiten a la empresa apagar automáticamente sus unidades térmicas en tramos de 5 y 10 MW desde el arcaico sistema de gestión de electricidad de pantalla verde a través de SCADA, el precursor industrial de IoT e Internet.

Gran parte proviene de la quema de gas natural. Las características específicas de cualquier fábrica dependen, por supuesto, de si el gas o la electricidad son más baratos, y prácticamente nada más. En el caso del Príncipe George, se trata de una enorme cantidad de gas natural. El hidrógeno se quema de forma mucho más limpia que el gas natural.

Si se fabrica a partir de agua utilizando electricidad con bajas emisiones de carbono, es un combustible combustible con muchas menos emisiones de carbono, aunque suele ser increíblemente caro, por lo que nunca hacemos eso. ¿La electricidad de Chemtrade es baja en carbono? Difícil de decir. La electricidad de BC Hydro es realmente baja en carbono porque proviene casi en su totalidad de antiguas represas hidroeléctricas. Pero FortisBC también presta servicios a Prince George y quema gas natural en sus plantas de gas natural, además de proporcionar gas natural a los consumidores para que lo quemen. Es difícil decir desde la distancia si Chemtrade es cliente de FortisBC o HydroBC, y realmente importaría la huella de carbono del proceso. Pero aún así, en este caso, el hidrógeno es un subproducto, no el punto inicial, así que tal vez esté bien.

No, resolvámoslo. FortisBC quema gas natural. Supongo que utilizan generadores de ciclo combinado que producen unos 400 gramos de CO2e/kWh. Agregue otros 100 gramos de CO2e/kWh para las emisiones de metano aguas arriba, suponiendo que sean moderadamente cuidadosos en su cadena de suministro. Entonces 500 gramos de CO2e/kWh.

Se necesita electricidad para fabricar un kilogramo de clorato de sodio. Observando la fórmula del proceso químico: NaCl + 3H₂O + 6e → NaClO₃ + 3H₂ — sugiere alrededor de 35 toneladas de clorato de sodio por tonelada de hidrógeno. Las estadísticas mundiales indican que los 3.6 millones de toneladas de clorato de sodio que se fabrican consumen 20 TWh de electricidad, es decir, unos 6 MWh por tonelada. Otras fuentes sugieren más alto, pero yo elegiré el más bajo.

Si FortisBC suministra la electricidad, serían 105 toneladas de CO2e para la electricidad por las 35 toneladas de clorato de sodio y la tonelada de hidrógeno. Suponiendo que eso se asignara entre el clorato de sodio y el hidrógeno por tonelada, eso significaría que cada tonelada de hidrógeno tendría una deuda de carbono de aproximadamente 8.5 toneladas de CO2e. Eso es mucho más que simplemente quemar gas natural para obtener calefacción, lo cual es un argumento extraño que FortisBC ha utilizado en sus presentaciones para intentar frenar la electrificación.

Feo, razón por la cual FortisBC ha estado involucrado en un conjunto de acciones cada vez más desesperadas para luchar contra, bueno, la descarbonización total de la economía de Columbia Británica en todas las formas posibles. Es una de las principales fuentes de desinformación y retrasos, y sus críticas de relaciones públicas son muy buenas en su trabajo destructor de almas.

Se espera que Chemtrade esté comprando electricidad a BC Hydro, que produce 7.6 gramos de CO2e/kWh, lo que sólo daría una deuda de carbono de aproximadamente 1.6 toneladas de CO2e para el proceso y la deuda de hidrógeno compartida sería de 0.1 toneladas, mucho menor que la quema de gas natural. Pero quién sabe, una vez más todo es cuestión de suministros más baratos.

En cualquier caso, Teralta trabajó mucho con Chemtrade, Canfor, la ciudad, probablemente la provincia y probablemente otros. Prince George había recibido 150,000 dólares de la provincia como parte de su estrategia de hidrógeno para ver si la ciudad podía convertirse en un centro de hidrógeno. Sí, la provincia invierte dinero constantemente en proyectos de hidrógeno, y lo ha hecho durante décadas, cautivada por la ilusión de que el hidrógeno para energía será una enorme oportunidad de crecimiento para reemplazar el petróleo y el gas natural que extrae y espera, en vano, enviar. a China.

El príncipe George está o potencialmente estuvo en la mira de Andrew Forrester. El multimillonario minero de Fortescue está cautivado por las perspectivas del hidrógeno como fuente de energía, aunque su propia empresa minera ha dejado claro que simplemente van a electrificar minas y no desperdiciar dinero y energía convirtiéndolo primero en hidrógeno. Se desperdiciaron cifras como 3 millones de dólares para invertir en Prince George.

El primer ministro de la provincia se presentó en Prince George para el anuncio de Chemtrade-Canfor-Teralta y dijo que la oportunidad económica mundial del hidrógeno podría crecer a 305 mil millones de dólares.

Sí, en BC esto es un gran problema. Estaba vagamente consciente de ello.

Bien, entonces tenemos una supuesta deuda de carbono de 0.1 toneladas de CO2e por el hidrógeno. Teralta lo captura y lo limpia (principalmente eliminando el exceso de agua, uno de esos molestos equilibrios de las plantas que la mayoría de los cálculos energéticos del hidrógeno ignoran) y lo canaliza medio kilómetro hasta una de las plantas de Canfor a través de una tubería de acero inoxidable de 20 centímetros. Esa tubería es aproximadamente 20 veces más cara que las tuberías de PVC que a menudo se usan para el gas natural, uno de los muchos golpes económicos que implica mover hidrógeno y que lo hace antieconómico en la mayoría de los casos.

Pero este es un caso especial, uno de los pocos en los que esto se destaca. Hidrógeno residual. Un gran quemador de gas natural a medio kilómetro. No hay otros consumidores de hidrógeno en las cercanías.

Entonces, el hidrógeno se canaliza hasta la fábrica de papel, se mezcla con el gas natural y se quema para obtener calor. El estudio de caso sugiere que desplazará alrededor del 25% del gas natural y ahorrará alrededor de 700,000 toneladas de emisiones de CO2 al año. Es probable que eso no tenga en cuenta las emisiones de metano del gas natural que llega a la fábrica de papel, y probablemente tampoco tenga en cuenta las 0.1 toneladas de CO2e asumidas por cada tonelada de hidrógeno, pero definitivamente es mejor que ventilar el hidrógeno. y quemar gas natural en su lugar.

Es un poco Rube Goldberg, ¿no? Este caso de uso de hidrógeno realmente práctico para la energía depende de un proceso industrial que crea una pequeña cantidad de hidrógeno como subproducto de sus principales esfuerzos de producción y un quemador de gas natural muy cercano. Fue necesario establecer una planta de procesamiento químico completamente nueva, aunque pequeña, entre las dos instalaciones para limpiar el hidrógeno. Sin duda, también requirió ajustes en los quemadores.

Químicamente el proceso de pulpa y papel no tiene nada de especial que requiera quemar gas. Es sólo una fuente de calor. Todo el calor industrial puede electrificar excepto el que requiere quemar gases como parte del proceso químico, y esos son bastante raros. Las plantas de Canfor queman gas porque es barato.

Ese ahorro de 700,000 toneladas de CO2 (probablemente 800,000 toneladas de CO2e) implica que la única fábrica de Canfor produce 3.2 millones de toneladas de CO2e al año, e incluso después de que llegue el hidrógeno (aún no está en funcionamiento) seguirá produciendo 2.4 millones de toneladas de CO2e al año.

Las cifras del estudio de caso de Teralta sugieren que consumen alrededor de 2 millones de gigajulios de gas natural al año. Eso equivale a unos 600 GWh al año o unos 70 MW de potencia si funcionan las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año. Cantidades no triviales de electricidad, pero supongamos que la obtienen de BC Hydro a un nivel muy bajo de CO2e por kWh.

7.6 gramos de CO2e por kWh equivalen a 7.6 kilogramos por MWh y 7.6 toneladas por GWh. Eso sugiere que si electrificaran la fábrica de pulpa y papel, producirían alrededor de 4,500 toneladas de CO2e por año.

Por lo tanto, electrificar la planta, si fuera fiscal y técnicamente viable, ahorraría alrededor de 3.2 millones de toneladas de CO2e al año, y el esfuerzo de hidrógeno ahorraría alrededor de 0.8 millones de toneladas al año.

Las 53,000 y 700,000 toneladas evitadas con el enfoque del hidrógeno palidecen en comparación. La verdadera descarbonización es la electrificación con electricidad generada de forma renovable. Pero evitar 700,000 toneladas al año es mejor que una patada en la cabeza con un mukluk congelado, como decimos aquí en el gélido norte mientras nos acurrucamos alrededor de las lámparas de aceite de foca en nuestros iglús.

¿Es fiscalmente viable pasarse a la electricidad? Bueno, juguemos un pequeño juego y supongamos que Canfor tiene que pagar el precio del carbono por el gas natural por gigajulio. Hace unos años descubrí que el precio máximo del carbono en Canadá en 2030, de 170 dólares canadienses por tonelada de CO2e, añadiría 8.50 dólares canadienses al precio de un gigajulio de gas natural.

La Tarifa 5 de FortisBC sugiere que Canfor está pagando alrededor de 2.50 dólares por gigajulio en este momento, lo que a nivel mundial es un precio absurdamente bajo. Europa está pagando alrededor de 15.60 dólares canadienses en este momento y antes de la invasión de Ucrania y la crisis energética, pagaba alrededor de 7 dólares por gigajulio. Por cierto, el barato gas natural del oeste de Canadá se está agotando. De todos modos, en este momento sus costos de energía del gas natural rondan los 5 millones de dólares, excluyendo el precio del carbono. Sin embargo, si se aplicara el precio de 2030, el precio de su energía sería de 22 millones de dólares.

¿Cuánto costarían 600 GWh a las tarifas industriales de Columbia Británica? Bueno, un kWh cuesta alrededor de 0.06 dólares canadienses (que es electricidad realmente barata según los estándares mundiales debido a las represas hidroeléctricas amortizadas), por lo que equivale a unos 60 dólares por MWh y 60,000 dólares por GWh. Eso equivale a unos 36 millones de dólares al año, muy por encima del coste del gas natural.

¿Qué pasa con el costo social del carbono de Canadá para 2030? ¿Cuál es el costo social del carbono? Es el costo de cada tonelada marginal de CO2e que emitimos en cualquier año. Canadá, EE.UU. y la UE han armonizado los cálculos lo suficiente como para que sean muy parecidos cada año. En 2030, el costo social del carbono para Canadá será de 294 dólares canadienses.

Eso hará que cada gigajulio de gas natural quemado cueste alrededor de 17.20 dólares, convirtiendo los 2 millones de gigajulios en un costo anual de 34 millones de dólares. En 2040, el costo social del carbono será de 341 dólares, lo que elevará el costo de la energía procedente del gas natural a cerca de 20 dólares por gigajulio. En 2050, 394 dólares, lo que elevará el coste a 22 dólares.

El acuerdo con Teralta es bastante bueno para Canfor. Presumiblemente, el costo por gigajulio del exceso de hidrógeno está en el mismo rango que el costo por gigajulio del gas natural, pero evitan el precio del carbono. Eso les permitirá ahorrar mucho dinero en los próximos años. Probablemente eso fue parte de la negociación con Chemtrade y Teralta, ya que no lo hacen como una organización benéfica. Ciertamente incluiría el precio del carbono y el costo social del carbono en mis argumentos comerciales para el acuerdo, además de considerar la vida útil probable de los proyectos dado que Canfor ya cerró una de las plantas en el área y su energía Los precios sólo están subiendo, de una forma u otra.

¿Es técnicamente viable? La presa del Sitio C, con una capacidad de 800 MW, entrará en funcionamiento en 2025. Actualmente no tiene nada que hacer porque gran parte de su existencia se debe al sueño de exportar gas natural licuado a China, y el puerto de GNL que que sigue en desarrollo sólo va a quemar gas natural para el proceso de licuación. Un cliente de 70 MW ayudaría bastante. En este momento, por supuesto, la provincia sueña con utilizar toda esa electricidad para producir hidrógeno para la economía del hidrógeno como energía, que no va a existir.

La ventana para la quema de gas natural se está cerrando. Esfuerzos como el de la planta de hidrógeno de Teralta ayudan, pero eliminar quizás del proceso una cuarta parte de las emisiones anuales es inadecuado. Para ser claros, tiene sentido hacer esto dadas las circunstancias específicas, pero la probabilidad de que esas circunstancias existan es baja. Es mucho más probable que los subproductos del hidrógeno de la industria química se utilicen para metanol o amoníaco, mercados existentes y a gran escala para el producto químico.

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• Fuente: https://cleantechnica.com/2024/01/17/prince-george-teralta-hydrogen-for-energy-initiative-actually-makes-sense/