La apuesta del hidrógeno de Düren: las matemáticas detrás de la aparente responsabilidad

Apoye el trabajo de CleanTechnica a través de Suscripción a subpila o en la barra.

Cálculos sobre el abandono de los autobuses de hidrógeno en Aberdeen Esto plantea dudas entre los habitantes de Düren. Alemania sobre su proyecto de hidrógeno A primera vista, la situación parecía diferente. Aberdeen es una ciudad que está intentando en gran medida construir un ecosistema de hidrógeno por sí sola. Düren, un distrito de alrededor de 270.000 habitantes, está situado en Renania del Norte-Westfalia, cerca de Colonia, Düsseldorf y el núcleo industrial más amplio del Rin-Ruhr. Con financiación de la Conferencia Regional sobre Hidrógeno del gobierno central y una nueva planta de electrólisis de 10 megavatios en construcción en el Brainergy Park en Jülich, la pregunta es si la implantación cambiará las matemáticas.

Aberdeen ofrece un estudio de caso completo. Compre 25 autobuses de dos pisos de hidrógeno a un precio de alrededor de £ 500 000 cada uno. Estaciones de servicio. Kittybrewster La construcción costó aproximadamente £1 millón y los costos operativos registrados fueron de aproximadamente £325.000 por año, o aproximadamente el 30% del gasto de capital anual. Esto es consistente con lo que calculé previamente para las estaciones de alta presión de California. Utilizando precios de electricidad realistas y supuestos de electrólisis del sistema, hardware de compresión, almacenamiento y dispensación con pérdida de integridad del sello genera un costo de capital anual del 10% al 30% en operación y mantenimiento. Por lo tanto, el hidrógeno en Aberdeen se sitúa entre 20 y 25 libras por kilogramo. De 6 a 7 kilogramos por 100 kilómetros, el coste de energía por sí solo es de 1,3 a 1,7 libras por kilómetro. El diésel cuesta alrededor de 0,7 libras por kilómetro. Y el coste de la electricidad de la batería es de aproximadamente £0,14 por kilómetro según las tasas del impuesto empresarial escocés. La flota estuvo amarrada durante más de un año antes de ser retirada. En la práctica, estas son las características de bajo uso y altos costos fijos.

La historia del hidrógeno de Düren comienza con cinco autobuses de pila de combustible Caetano que entrarán en servicio en 2022. Los informes locales dijeron más tarde que los primeros cinco fueron retirados debido a fallos técnicos. Lo cual no es normal. El distrito ha ampliado su flota a unos 20 autobuses Solaris de hidrógeno. El hidrógeno se dispensa en la estación de servicio de Shell en Düren. Está construido y operado por H2 Mobility Deutschland, el mismo operador de red que ha cerrado 22 estaciones de hidrógeno para turismos en toda Alemania. Debido a la baja demanda, la estación de Düren es un sitio mixto de 350 bar y 700 bar destinado a dar servicio a autobuses, camiones y vehículos de pasajeros. El uso de vehículos de pasajeros con pila de combustible en Alemania sigue siendo reducido. Por tanto, los grupos de autobuses son los únicos que pueden operar.

Paralelamente a la estación del patio delantero, el distrito formó HyDN GmbH junto con Messer para construir una instalación de producción de hidrógeno verde de 10 MW en Brainergy Park en Jülich, a unos 27 km de la estación de autobuses. Los documentos públicos cifran la inversión total en unos 35 millones de euros, de los cuales 14,7 millones de euros son de financiación federal. Los documentos de planificación preliminares indican que la producción podría comenzar como muy pronto en 2024. Posteriormente, los informes locales cambiaron el inicio esperado a principios de 2026. Los informes de participación del distrito reconocieron las presiones de costos de la cadena de suministro. Dijo que el contrato EPC requería que la empresa del proyecto incurriera en costos reales de construcción más un recargo del 10%. No se ha publicado ninguna cifra oficial de exceso. Pero la línea del tiempo se perdió.

La planta de Jülich no está construida para albergar 20 autobuses. Los primeros planteamientos apuntan a un tren de hidrógeno. vehículos de carga pesada Flota de vehículos municipales, vehículos de pasajeros, ferrocarriles regionales de hidrógeno y amplias aplicaciones industriales como clientes clave que absorben cientos de toneladas por año. Los proyectos de trenes de hidrógeno en la región han sido suspendidos. El uso de vehículos de pasajeros con pila de combustible en Alemania sigue siendo reducido. Y no hay evidencia pública de que un importante operador industrial cercano esté comprometido con la producción de la planta.

Rurtalbus ya opera autobuses eléctricos que funcionan con baterías. Y los principales transportistas regionales en Colonia, Düsseldorf y el Ruhr están ampliando sus flotas de vehículos eléctricos que utilizan baterías en un volumen mucho mayor que el hidrógeno. Teniendo en cuenta el modelo de compra antes mencionado y con la brecha de costes operativos entre las baterías eléctricas y las de hidrógeno en uso real. Por lo tanto, será difícil crear una ruta fiable desde los actuales 20 autobuses de hidrógeno a 150 o más. Esto es necesario para aumentar significativamente el nivel de utilización de la fábrica. Si no hay un nuevo grupo de clientes, un estado estable probable es una pequeña flota de hidrógeno atendida por activos de producción más grandes construidos para mercados que aún no han surgido.

La planta de 10 megavatios está diseñada para producir hasta 180 kilogramos de hidrógeno por hora. Actualmente procesa 4.320 kilogramos por día y aproximadamente 1.577 toneladas por año. Los documentos de HyDN describen un objetivo a largo plazo de aproximadamente 1.000 toneladas por año para 2028. Observemos ahora la demanda de autobuses. Un autobús de hidrógeno consume 6 kilogramos cada 100 km y recorre 60.000 km al año, utilizando 3,6 toneladas al año. Veinte autobuses consumen aproximadamente 72 toneladas al año. Frente a una capacidad de 1.000 toneladas, esto representa una utilización del 7,2% en comparación con el máximo técnico de aproximadamente el 4,6%. Una planta de electrólisis de 10 MW que da servicio a sólo 20 autobuses funciona con un porcentaje de utilización de un solo dígito.

Cuando la utilización es tan baja El capital dominará: un aumento anual de 35 millones de euros durante 10 años con una tasa de descuento del 7% produciría un gasto de capital anual de aproximadamente 4,97 millones de euros, dividido por 72.000 kilogramos por año. Y sólo el gasto de capital es de 69 euros por kilogramo. Los costes de electricidad de 65 kWh por kilogramo y 0,15 euros por kWh aumentan en 9,75 euros por kilogramo. Se trata de un ligero error de redondeo. que todavía descuida las predicciones de niveles de referencia de mantenimiento de proyectos combinados de electrólisis y combustible. Muestra que entre el 25% y el 45% del gasto total de capital está vinculado a la compresión, el almacenamiento y la distribución, el uso de O&M, entre el 10% y el 30% anual para ese segmento y el 4% al saldo de electrólisis. Esto sitúa el coste total del hidrógeno en el rango de 105 a 140 euros por kilogramo. Cuando sólo hay 20 autobuses lanzadera, a 6 kilogramos por 100 km, esto equivale a 6,3 a 8,4 euros por kilómetro de combustible, el diésel a 1,73 euros por litro y 0,5 litros por kilómetro, alrededor de 0,87 euros por kilómetro, las baterías eléctricas a 1,5 kWh por kilómetro y entre 0,17 y 0,18 euros por kWh. Cuesta aproximadamente entre 0,25 y 0,27 euros por kilómetro. Incluso antes de agregar los gastos de capital del vehículo. La brecha sigue siendo muy grande.

Las emisiones cuentan una historia más detallada. Los autobuses diésel con un consumo de 0,5 litros por km y 2,65 kg de CO2 por litro emiten aproximadamente 79,5 toneladas de CO2 al año a 60.000 km. Los autobuses eléctricos de batería a 1,5 kWh por kilómetro en la concentración promedio de la red alemana en 2023 de 380 gCO2 por kWh emiten aproximadamente 34,2 toneladas por kWh. El hidrógeno gris producido a partir de gas natural tiene aproximadamente 11 kg de CO2 por kilogramo de H2. Produce aproximadamente 41,7 toneladas de hidrógeno por autobús al año. Con una fuga de hidrógeno del 5% y un GWP100 de 11,6, el efecto de fuga aumentaría en aproximadamente 2,2 toneladas, elevando el total a aproximadamente 43,9 toneladas por año. Utilizando un GWP20 de 37,3, el efecto de fuga sería de aproximadamente 7 toneladas, y el total sería de aproximadamente 48,8 toneladas por año, si la electricidad de Jülich funcionara en la red alemana promedio. En lugar de energía renovable certificada, las emisiones de gases de efecto invernadero también serían mayores: cincuenta y cinco kWh por kilogramo a 380 gCO2 por kWh solo por electrólisis. El rendimiento es de aproximadamente 20,9 kilogramos de CO2 por kilogramo de H2 a razón de 3.600 kilogramos al año, o aproximadamente 75 toneladas sólo con la producción de electricidad. En ese caso, una fuga total del 5 % aumentaría a entre 81 y 86 toneladas por año, dependiendo del grado de PCA. El hidrógeno es aproximadamente igual al diésel en emisiones operativas de 65 kWh para respaldar el equilibrio, la compresión y la recompresión de la planta. Más de 100 toneladas de CO2e estarán disponibles para la electrólisis. que es mucho más alto que el diesel

Es importante señalar que Alemania está trabajando para reducir sus emisiones de carbono y ha experimentado una reducción significativa en los últimos 30 años, por lo que estas emisiones disminuirán. Pero la electricidad de las baterías siempre será menor que la del hidrógeno verde. Esto se debe a que la eficiencia del sistema de propulsión es mucho mayor.

Grandes operadores de transporte público regionales como KVB en Colonia y Rheinbahn en Düsseldorf. Se está ampliando un número significativo de autobuses eléctricos de batería. A nivel nacional El Tribunal Federal de Cuentas ha pedido que se revise la estrategia alemana en materia de hidrógeno. El Bundesrat ha pedido a Bruselas que duplique las cuotas de combustibles verdes en un esfuerzo por apoyar el mercado del hidrógeno. H2 Mobility está integrando su red minorista. Düren no es el único que cree en la economía del hidrógeno. Pero es un distrito de 270.000 habitantes que invierte 35 millones de euros en activos de fabricación que deben tener prioridad sobre su flota actual.

Aquí es donde entra en juego la dinámica de los costos hundidos. Hay autobuses disponibles. Se está construyendo una planta de electrólisis. La financiación federal está protegida. Se ha invertido capital político en la identidad del hidrógeno. La reducción será más difícil a medida que se asigne más capital. Sin embargo, la economía no ha cambiado debido al compromiso. Una planta de 10 MW que da servicio a 20 autobuses opera con una tasa de utilización del 5% al ​​7%. A ese nivel, los costos por kilogramo siguen siendo estructuralmente altos. La fábrica necesita cientos de autobuses. Clientes de hidrógeno industrial o un marco de subsidios a largo plazo para evitar que se convierta en un activo estancado.

No hay ninguna razón para que H2 Mobility mantenga abiertas sus estaciones de servicio de hidrógeno indefinidamente. Sabiendo que la emisora ​​quedaría obsoleta y perdería a su único cliente importante. No hay duda de que se gastará dinero en ello. Esto se debió a que la planta de Julich se retrasó y tuvo que ser reestructurada cuando finalmente estuvo operativa. Existe un enorme potencial para Düren sin el abastecimiento de hidrógeno. Y el autobús de hidrógeno tuvo que estar aparcado durante varios meses. Como ocurrió en Aberdeen.

La lección de Aberdeen es que los pilotos no escalan automáticamente el ecosistema para habilitarlos. La lección de las gasolineras de California es que la infraestructura presurizada tiene una carga de mantenimiento mayor que los supuestos del modelo. El proyecto de hidrógeno de Düren cuenta con un mejor apoyo regional y una mayor escala de financiación. Pero la aritmética central sigue siendo la misma. Si las necesidades no son concretas a gran escala, la infraestructura se convertirá en un pasivo económico. Hacer los cálculos no predice exactamente el futuro. Deja claro lo que debe suceder para que un programa demuestre su valía. Si no se satisface la demanda, el distrito correrá con los gastos durante un largo tiempo.