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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 (saraps@unizar.es)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
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Justificación➢ Reducción emisiones gases efecto invernadero
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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
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¿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
Objetivo➢ Esquema actual planta gestión residuo ganadero
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Objetivo➢ Tecnologías captura CO2
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Fuente: Plataforma Tecnológica Española del CO2
Objetivo➢ Principales tecnologías captura CO2 post-combustión
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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➢ Análisis tecno – económico sistema BECCS en PGRG
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Planta gestión residuo ganadero
Tecnología captura CO2
Metodología➢ Modelado proceso captura CO2
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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
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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)
Resultados técnicos➢ Influencia purga sólidos y R en eficiencia captura CO2
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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
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Resultados técnicos ➢ Dimensionamiento ciclo potencia Rankine
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Resultados técnicos ➢ Diseño red intercambio calor
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CICLO CAPTURA CO2
PLANTA GESTIÓN RESIDUO GANADERO
CICLO POTENCIA RANKINE
Resultados técnicos ➢ Diseño red intercambio calor
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CICLO CAPTURA CO2
Resultados técnicos ➢ Diseño red intercambio calor
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CICLO POTENCIA RANKINE
Resultados técnicos ➢ Diseño red intercambio calor
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PLANTA GESTIÓN RESIDUO GANADERO
Resultados técnicos ➢ Balance CO2
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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
Estudio económico➢ Inversión
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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
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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
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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
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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
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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
Conclusiones➢ Sistema BECCS emisiones negativas en PGRG
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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