Αμμωνία ως φορέας υδρογόνου: Τεχνο-Οικονομική αξιολόγηση επένδυσης στηριζόμενη σε μοντέλο προσομοίωσης διεργασιών αξιοποιώντας βιώσιμες στρατηγικές

Abstract

Η μετάβαση προς σύγχρονες κοινωνίες με βιώσιμα χαρακτηριστικά προϋποθέτει την ορθή αξιοποίηση των ενεργειακών πόρων και προώθηση της αειφόρου ανάπτυξης. Στο πλαίσιο αυτό προωθούνται νέες περιβαλλοντικές πολιτικές και διεθνείς συμφωνίες, με σκοπό τον περιορισμό του περιβαλλοντικού αποτυπώματος. Στον ενεργειακό τομέα οι δράσεις εστιάζονται στην υποκατάσταση ορυκτών καυσίμων από ανανεώσιμα καύσιμα, την αξιοποίηση των ΑΠΕ και τον περιορισμό ρύπων. Δεδομένου πως οι παραδοσιακές διαδικασίες παραγωγής και διαχείρισης ενέργειας, απαιτούν την κατανάλωση καυσίμων και συνοδεύονται από εκπομπές ρύπων, το ενδιαφέρον εστιάζεται στην αξιοποίηση ενεργειακά αποδοτικών και «πράσινων» καυσίμων. Το υδρογόνο (Η2) αποτελεί ένα καύσιμο που συνδυάζει υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο και μηδενική παραγωγή ρύπων κατά την καύση του, με ιδιαίτερη σημασία στην προώθηση της «πράσινης» ενεργειακής μετάβασης. Ωστόσο, η θέση του καυσίμου υποβαθμίζεται, λόγω του αυξημένου κόστους αποθήκευσης και διανομής του. Στην παρούσα φάση, σημαντικοί πόροι διατίθενται στην ανάπτυξη βιώσιμων διεργασιών παραγωγής Η2, ενώ ταυτόχρονα εξετάζονται εναλλακτικές ενώσεις που δύναται να λειτουργήσουν ως «φορείς Η2». Η αμμωνία (ΝΗ3) αποτελεί έναν ιδανικό υποψήφιο συνδυάζοντας σημαντική περιεκτικότητα σε Η2 και υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο. Η βιομηχανική της παραγωγή είναι ευρεία, το δίκτυο διανομής ανεπτυγμένο και οι ιδιότητές της κατάλληλες για οικονομική αποθήκευση. Παρόλα αυτά, η κύρια διαδικασία παραγωγής NH3 συνοδεύεται από έκλυση σημαντικής ποσότητας αέριων ρύπων. Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η παραγωγή ΝΗ3 προσομοιώνοντας τις βιομηχανικές διεργασίες σε εμπορικά λογισμικά μοντελοποίησης διεργασιών. Οι διεργασίες που μοντελοποιήθηκαν περιλάμβαναν την παραγωγή Η2 μέσω αναμόρφωσης φυσικού αερίου με ατμό (Steam Methane Reforming - SMR), καθαρισμό του μίγματος αερίων και σύνθεση ΝΗ3 με ατμοσφαιρικό Ν2, μέσω της διεργασίας Haber – Bosch. Αρχικά, αξιοποιώντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, υπολογίστηκαν τα κόστη κεφαλαίου και λειτουργίας, ώστε να προσδιοριστεί η βιωσιμότητα επένδυσης βιομηχανικής παραγωγής ΝΗ3 στην Ελλάδα. Τα αποτελέσματα της οικονομικής αξιολόγησης έδειξαν πως για ετήσια παραγωγή 145 kMT NH3 το εκτιμώμενο κόστος κεφαλαίου είναι 95 εκ.€ και το εκτιμώμενο λειτουργικό κόστος 110 εκ.€/έτος. Παράλληλα, υπολογίστηκε έκλυση 140 kMT CO2,eq με εκτιμώμενο κόστος δικαιωμάτων εκπομπών CO2 στα 12 εκ.€, για τρέχοντα δεδομένα αγοράς. Τα αποτελέσματα της τεχνο-οικονομικής αξιολόγησης έδειξαν πως για μελέτη 20ετίας, η επένδυση κρίνεται βιώσιμη με ΚΠΑ περί τα 135 εκ. € και χρόνο αποπληρωμής 5,3 έτη. Ταυτόχρονα, η ανάλυση ευαισθησίας έδειξε πως αναμενόμενες μεταβολές κύριων μεταβλητών κόστους δεν απειλούν τη βιωσιμότητα αυτής. Τελικά, διερευνήθηκε το αποτέλεσμα της εφαρμογής περαιτέρω τεχνικών περιορισμού εκπομπών CO2 εξετάζοντας τα σενάρια δέσμευσης και αξιοποίησης CO2 και παραγωγής Η2 με ηλεκτρόλυση. Στην πρώτη περίπτωση μελετήθηκε η δέσμευση της ποσότητας CO2 που παράγονται κατά την καύση. Εκτιμήθηκε πως θα οδηγούσε σε μείωση του ετήσιου κόστους έως 12%, μειώνοντας το χρόνο αποπληρωμής στα 3,7 έτη, και αύξηση της ΚΠΑ στα 200 εκ.€. Ακολούθως, μελετήθηκε η παραγωγή Η2 με ηλεκτρόλυση που συνοδεύεται από μηδενική εκπομπή CO2, εφόσον συνδυαστεί με κατανάλωση ηλεκτρισμού που προέρχεται από ΑΠΕ. Η συγκεκριμένη διεργασία συγκρίθηκε με την SMR και διαπιστώθηκε πως συνοδεύεται από αύξηση 60%-140% του κόστους υλών και ενέργειας για παραγωγή Η2 και αύξηση κόστους 70%-95% στη συνολική παραγωγή NH3. Η υποκατάσταση της παραδοσιακής διεργασίας από ηλεκτρόλυση δεν κρίθηκε οικονομικά ωφέλιμη, ενώ παρουσιάστηκαν ορισμένα σενάρια στα οποία με μεταβολές σε πρώτες ύλες και ενέργεια θα μπορούσαν δυνητικά να την καταστήσουν ανταγωνιστική.