Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla

i Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo de Fin de Máster Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Autor: Manuel López Moreno Tutores: José Alfredo Iranzo Paricio Sergio Jesús Navas Herrera Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 20 24 ii iii Trabajo de Fin de Máster Máster Universitario en Ingeniería Aeronáutica Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Autor: Manuel López Moreno Tutores: José Alfredo Iranzo Paricio - Profesor Ayudante Doctor Sergio Jesús Navas Herrera - Profesor Sustituto Interino Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2024 iv v Trabajo de Fin de Máster: Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Autor: Manuel López Moreno Tutores: José Alfredo Iranzo Paricio Sergio Jesús Navas Herrera El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2024 El Secretario del Tribunal vi vii A mi familia viii ix Agradecimientos Dicen que es de bien nacido el ser agradecido. Y todo lo que soy es gracias a mi familia. Gracias a mis padres, que me han animado a avanzar, tanto con este trabajo como con mi (por ahora corta) carrera profesional, y sin quienes nunca habría llegado hasta aquí. Gracias a mis hermanos, por acompañarme en el camino tanto dentro como fuera de España. A pesar de la distancia os siento cerca y sé que siempre estaremos juntos. Gracias también a mis tutores, por su paciencia y sus correcciones, que han llevado este proyecto a su estado final. Gracias, por último, a mis amigos de Cádiz, Sevilla, Toulouse e Ingolstadt, por enseñarme otras formas de vivir y de pensar. También sois parte de que hoy sea quien soy. xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: electrolizadores PEM Hystar. Fuente: [25]. 21 Tabla 2: electrolizadores PEM Serie MC Nel hydrogen. Fuentes: [27] y [28]. 22 Tabla 3: electrolizadores PEM Serie M Nel hydrogen. Fuente: [28]. 22 Tabla 4: electrolizadores PEM H-TEC Systems. Fuentes: [29], [30] y [31]. 23 Tabla 5: electrolizador PEM Siemens. Fuentes: [34] y [35]. 25 Tabla 6: electrolizadores PEM Plug Power. Fuentes: [36] y [37]. 26 Tabla 7: electrolizadores PEM de pequeña escala H2B2. Fuentes: [40], [41] y [42]. 27 Tabla 8: electrolizadores PEM de media escala H2B2. Fuentes: [43], [44], [45] y [46] 27 Tabla 9: electrolizadores PEM de gran escala H2B2. Fuentes: [47], [48], [49], [50] y [51]. 28 Tabla 10: electrolizadores alcalinos McPhy. Fuente: [52]. 29 Tabla 11: electrolizador alcalino SCALUM de Thyssenkrupp Nucera. Fuente: [53] 30 Tabla 12: electrolizador alcalino HYLINK Alkaline de Sunfire. Fuente: [55] 31 Tabla 13: electrolizadores alcalinos de la Serie A de Nel Hydrogen. Fuente: [28] 31 Tabla 14: instalaciones de electrólisis alcalina de grandes dimensiones de Nel Hydrogen. Fuente: [28] 32 Tabla 15: electrolizadores alcalinos HyProvide A Series de Green Hydrogen Systems. Fuente: [56] 33 Tabla 16: electrolizadores alcalinos HyProvide X Series de Green Hydrogen Systems. Fuente: [57] 34 Tabla 17: ejemplos de hidruros con las presiones y temperaturas necesarias para liberar el hidrógeno almacenado en ellos. 38 Tabla 18: electrolizadores con mayor capacidad de producción. 55 Tabla 19: electrolizadores con menor consumo energético. 55 Tabla 20: electrolizadores con menor consumo de agua. 56 Tabla 21: superficie requerida por capacidad de producción de hidrógeno. 56 Tabla 22: resumen de los elementos de la planta. 59 Tabla 23: estimación de los costes eléctricos con un suministro tradicional. 64 Tabla 24: estimación de las cuotas fijas mensuales por consumo de agua. 66 Tabla 25: estiamación de las cuotas variables por unidad de consumo. 67 Tabla 26: estimación del coste anual derivado de las cuotas fijas. 68 Tabla 27: estimación del coste anual derivado del consumo de agua. 69 Tabla 28: estimación del coste total por uso del agua en la instalación. 70 Tabla 29: cálculo del breakeven. 71 xix ÍNDICE DE FIGURAS Imagen 1: concepto de "Hydrogen Hub at Airport". Fuente: [6] 2 Imagen 2: planta de Producción de Hidrógeno en Puertollano. Fuente: [7]. 4 Imagen 3: planta de Producción de Hidrógeno en Xuqa. Fuente: [8] 5 Imagen 4: comparativa entre tecnologías de electrólisis alcalina y PEM. Fuente [15] 11 Imagen 5: salidas mensuales de Ryanair desde el aeropuerto de Sevilla (2022). Fuente: elaboración propia a partir de los datos de AENA [23] 19 Imagen 6: comparativa entre la tecnología de electrólisis habitual y la patentada por Hystar. Fuente: [25]. 20 Imagen 7: modelo de electrolizador MHP de H-TEC Systems. Fuente: [29]. 24 Imagen 8: modelo de electrolizador ME450 de H-TEC Systems. Fuente: [30]. 24 Imagen 9: vista aérea del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [65]. 40 Imagen 10: división de los terrenos del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [66]. 40 Imagen 11: superficie de la primera region estudiada del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [65] 41 Imagen 12: superficie de la segunda region estudiada del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [65]. 41 Imagen 13: superficie de la tercera region estudiada del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [65]. 42 Imagen 14: superficie de la cuarta region estudiada del aeropuerto de Sevilla. Fuente: [65]. 42 Imagen 15: vista aérea de la corta de Aznalcóllar. Fuente: [65]. 43 Imagen 16: parcela con referencia catastral 41013A009000020000OG, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 43 Imagen 17: parcela con referencia catastral 41085A007000320000YD, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 44 Imagen 18: parcela con referencia catastral 41085A005000130000YR, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 44 Imagen 19: parcela con referencia catastral 441007A009000020000BG, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 45 Imagen 20: parcela con referencia catastral 41007A009000620000BW, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 45 Imagen 21: parcela con referencia catastral 41007A009000610000BH, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 46 Imagen 22: parcelas superpuestas en la región de Salteras / La Algaba. Fuente: preparación propia a partir de las imágenes obtenidas de [68]. 46 Imagen 23: vista aérea de las parcelas de la región de Salteras / La Algaba. Fuente: [65]. 47 Imagen 24: parcela con referencia catastral 41004A002000080000IP, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 48 Imagen 25: parcela con referencia catastral 41004A002000170000IK, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 48 Imagen 26: parcela con referencia catastral 41004A002000070000IQ, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 49 xx Imagen 27: parcela con referencia catastral 41004A002000060000IG, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 49 Imagen 28: parcela con referencia catastral 41004A002000050000IY, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 50 Imagen 29: parcelas superpuestas en la región de Alcalá de Guadaíra. Fuente: preparación propia a partir de las imágenes obtenidas de [68]. 50 Imagen 30: vista aérea de las parcelas de la región de Alcalá de Guadaíra. Fuente: [65]. 51 Imagen 31: esquema de la planta de producción de hidrógeno. Fuente: elaboración propia. 53 Imagen 32: región del aeropuerto de Sevilla estudiada para la Configuración 1. Fuente: [65]. 59 Imagen 33: configuración 1, a escala. Fuente: elaboración propia a partir de la imagen obtenida de [65]. 60 Imagen 34: región del aeropuerto de Sevilla estudiada para la Configuración 2. Fuente: [65]. 60 Imagen 35: configuración 2, a escala. Fuente: elaboración propia a partir de la imagen obtenida de [65]. 61 Imagen 36: costes acumulados y diferencia de costes fotovoltaica-suministro eléctrico (en millones de Euros). Fuente: elaboración propia. 65 Imagen 37: ingresos anuales y caja acumulada (en millones de Euros). Fuente: elaboración propia. 72 1 1 INTRODUCCIÓN El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, el más ligero, y tiene un poder calorífico que triplica al del petróleo, con la ventaja de que no produce dióxido de carbono (CO2) en el proceso de combustión. Con estas características, ¿no debería dominar ya el mundo de la movilidad? Existen diversos desafíos tecnológicos a superar antes de conseguir su adopción masiva, siendo el principal la dificultad para su utilización su baja densidad, lo que impide obtener grandes cantidades de hidrógeno en espacios reducidos. Aun existiendo este desafío, la situación climática mundial genera una necesidad acuciante de un cambio en el modelo de combustibles. La descarbonización de la industria, y sobre todo aplicada a la movilidad y al transporte, se han fijado como objetivos fundamentales del European Green Deal [1], en el que la Unión Europea se fija como meta ser neutra en carbono para 2050. Como paso intermedio, en julio de 2021 se adoptó un paquete de medidas llamado “Fit for 55” [2], con el que la UE busca una reducción del 55% de la emisión de gases de efecto invernadero. Países como Alemania, aun reconociendo que desconocen la demanda exacta de hidrógeno que tendrán en el futuro, ya están invirtiendo en grandes proyectos en este campo, como el proyecto H2 Giga [3], que busca aunar a conocidos actores del sector para favorecer la investigación y establecer un método modular de fabricación en serie de electrolizadores. Por supuesto, siendo responsable de un 2,1% de las emisiones globales de CO2 antes de la pandemia de COVID 19 [4], la aviación no podía quedar fuera de estas consideraciones. En 2022, los países miembros de ICAO (International Civil Aviation Organisation, OACI por sus siglas en español), firmaron un acuerdo con el objetivo de conseguir una aviación de cero emisiones netas en 2050 [5]. Con este objetivo, las principales empresas del sector han comenzado a proponer programas de investigación que hagan avanzar este sector de la movilidad hacia soluciones más verdes. En 2020 Airbus lanzó su programa “Hydrogen Hub at Airport” [6] o “Hub de Hidrógeno en el Aeropuerto” si se traduce de forma literal. Desde entonces hasta diciembre de 2023 ya son ocho los aeropuertos que se han sumado a esta iniciativa, contando con algunos tan importantes como el de Hamburgo o el de Toulouse. Con esta iniciativa, cuyo concepto se ilustra en la Imagen 1 junto con unas posibles fechas de implantación, Airbus busca generar hidrógeno a partir de energías renovables, que alimentarán una serie de electrolizadores para producir el hidrógeno. El hidrógeno obtenido se utilizará con dos fines principales: en primer lugar, se transporta el hidrógeno gaseoso resultante de los electrolizadores hacia una estación de distribución para alimentar a los vehículos de tierra que circulan por el aeropuerto (handling, seguridad, …) y, en segundo lugar, utilizando también energía renovable, otra parte del hidrógeno producido se somete a un proceso de licuefacción para posteriormente almacenarlo de forma líquida en un punto del aeropuerto o su cercanía. Desde aquí se lleva al avión a través de camiones cisterna. A pesar de ser un proyecto alineado con el que se investiga en el presente documento, Airbus aún no ha publicado estudios sobre este tipo de instalaciones 2 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla en aeropuertos, por lo que su programa parece seguir en la fase de concepto, a pesar de que el objetivo inicial era comenzar a implementar la idea en algunos aeropuertos a partir de 2023. En cualquier caso, parece que su compromiso con el hidrógeno es firme y contar con un gigante europeo como apoyo a esta tecnología es una garantía prometedora para la misma. Imagen 1: concepto de "Hydrogen Hub at Airport". Fuente: [6] A partir de estos precedentes surge la motivación de este trabajo que aquí se presenta, donde se estudiará una instalación de este tipo, una planta de producción de hidrógeno en el aeropuerto para poder abastecer directamente a futuros aviones que empleen el hidrógeno como combustible principal. Concretamente, como se mostrará más adelante, el objetivo de la planta estudiada será abastecer a 12 vuelos diarios de media distancia de la compañía Ryanair, lo que supone un 50% de la actividad media diaria de la misma, desde el aeropuerto de Sevilla. En la sección 2, que sigue directamente a esta breve introducción, se presentará un estado del arte, tanto en lo que concierne a la tecnología de hidrógeno que se implementará para propulsar las aeronaves como a instalaciones de producción de hidrógeno en aeropuertos. En la sección 3 se hará un estudio en profundidad de las diferentes tecnologías de producción de hidrógeno que existen en la actualidad, con una clara preferencia por aquellas que produzcan hidrógeno verde. En la sección 4 se presenta el estudio de la planta, en el que se analizan las principales normas legales que afectan al proyecto, qué riesgos principales se pueden prever en este tipo de instalación, una dimensionalización de la cantidad de hidrógeno a producir y cuáles son los principales elementos que la compondrán. Tras este estudio, en el capítulo 5 se presenta la instalación de la planta, justificando las decisiones tomadas con la información expuesta en los capítulos precedentes. Por último, en el capítulo 6 se realiza un análisis de viabilidad económica, que siempre es interesante en proyectos innovadores. 3 2 ESTADO DEL ARTE El proyecto que se presenta en este documento es novedoso puesto que, hasta ahora, no se han estudiado una instalación de producción de hidrógeno en un aeropuerto. Es cierto que hasta ahora la técnica se ha centrado en desarrollar la tecnología de hidrógeno que propulsará los aviones, como es lógico, antes de investigar aquella que permitirá abastecerlos. Pero conceptos como el presentado por Airbus en la sección 1 indican que realizar unos primeros estudios de viabilidad y coste comienza a ser necesario, especialmente con fechas límites tan exigentes como las que se proponen. La revisión realizada en esta sección se centrará, por tanto, en instalaciones similares de carácter industrial: qué dimensiones tienen, qué potencia exigen para su funcionamiento, cómo producen y almacenan el hidrógeno, y otros detalles que resultará interesante conocer en el estudio posterior. Aunque antes de comenzar con ello, es necesario un estudio del estado actual de la técnica en sistemas de propulsión basados en hidrógeno aplicados a la aeronáutica, para así conocer en qué situación están, si es posible cumplir con los plazos que las diferentes compañías e instituciones se fijan y si realmente tiene sentido plantear la descarbonización de la aviación utilizando el hidrógeno como sustituto de los combustibles actuales. Existen dos alternativas para aprovechar la energía contenida en el hidrógeno. La primera es la combustión directa del hidrógeno, de forma similar a lo que ya se hace con combustibles fósiles en motores de combustión interna. La segunda, es con pilas de combustible (o fuel cells en inglés). Estas pilas de combustible actúan como baterías, generando electricidad a través de reacciones químicas a partir de un combustible. También existe la posibilidad de combinar estas dos tecnologías en una arquitectura híbrida. Es importante destacar que, en cualquiera de los casos anteriores, como resultado de la reacción se genera vapor de agua, que es un gas de efecto invernadero, aunque este gas puede posteriormente condensarse y continuar el ciclo del agua en forma líquida, sin perjuicio para la vida en la Tierra, mientras que el resto de gases de efecto invernadero no son sencillos de captar en la atmósfera o pueden causar resultados nocivos. Airbus, referente europeo en aviación comercial, dirige las principales investigaciones en materia de hidrógeno en su programa ZEROe, que persigue el objetivo de poner en servicio un avión propulsado por hidrógeno en 2035. A pesar de anunciar una arquitectura híbrida para sus diferentes modelos del programa ZEROe, parece que la mayor parte de los esfuerzos se están concentrando en las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno. La mayor eficiencia de los motores eléctricos y la sencillez de su estructura al compararlos con los motores de combustión interna, y por tanto su peso reducido, son las razones principales que pueden motivar esta línea de investigación. A finales de 2023, consiguieron poner en marcha el primer motor para este programa, alimentado con una pila de combustible de 1,2 MW. ZeroAvia es otra empresa que actualmente está desarrollando plantas de potencia alimentadas por pilas de combustible a partir de hidrógeno. Su primer producto, el ZA600, es un motor de 600 kW de potencia 4 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla destinado a aviones de entre 9 y 19 asientos y que la marca quiere poner en servicio en 2025. También, para 2027 este fabricante quiere poder comercializar una segunda unidad de potencia de entre 2 y 5 MW, el ZA2000, destinado a aviones regionales algo más grandes que el anterior, entre 40 y 80 asientos. Tiene también otros desarrollos a la vista, aunque con fechas ya más lejanas (2029, aunque no proporcionan más datos sobre este futuro motor). Parece que la llegada real de esta tecnología está cerca de producirse. Realizada la revisión anterior, parece sensato afirmar que el proyecto que aquí se presenta queda justificado. Por lo tanto, se procederá a continuación a la investigación de los proyectos existentes relativos a plantas de producción de hidrógeno. En primer lugar, destaca la planta de producción industrial de hidrógeno verde que Iberdrola ha puesto en marcha en Puertollano y que, hasta la fecha (marzo de 2024), sigue siendo la más grande de Europa. La instalación produce hidrógeno mediante electrólisis, tecnología que se presentará en mayor detalle posteriormente, con una potencia instalada total de los electrolizadores de 20 MW, lo que permite producir 3.000 toneladas de hidrógeno al año. Para alimentar los electrolizadores cuenta con una planta solar fotovoltaica de 100 MW y una serie de baterías con capacidad para 20 MWh. La superficie total de la planta fotovoltaica se extiende a lo largo de algo más de 110 hectáreas, es decir, más de 1.100.000 metros cuadrados. El núcleo de la instalación lo completan 11 tanques cilíndricos de 23,5 metros de alto; 2,8 metros de diámetro y 4,5 centímetros de espesor de la chapa para almacenar 6.000 kilogramos de hidrógeno (unos 545 kg de H2por cilindro) a 60 bares de presión. A primera vista, destaca de este proyecto la gran superficie necesaria para la planta solar, además del amplio margen de potencia del suministro energético (un 400% sobre la potencia requerida para la producción de hidrógeno) que es necesario instalar debido a que, al depender de la meteorología, no se tiene un control certero sobre la energía que es posible generar en cada momento. También proporciona un orden de magnitud a la producción de hidrógeno verde en Europa, siendo 20 MW una potencia alta por el momento en este tipo de plantas. En la Imagen 2 pueden verse los tanques y el módulo electrolizador de esta planta. Imagen 2: planta de Producción de Hidrógeno en Puertollano. Fuente: [7]. La planta de producción de hidrógeno verde más grande del mundo se encuentra en China, en Xuqa, 5 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla prensentada en la Imagen 3. Gestionada por Sinopec, la principal empresa de petróleo y gas de China, esta planta entró en funcionamiento en julio de 2023, produciendo hidrógeno a partir de electrólisis y utilizando para ello electricidad procedente de energía solar. Con una capacidad instalada de 260 MW de electrolizadores, puede producir hasta 20.000 toneladas de hidrógeno al año. Cuenta también con una capacidad total de almacenamiento de 210.000 metros cúbicos, utilizando para ello depósitos esféricos [8] Imagen 3: planta de Producción de Hidrógeno en Xuqa. Fuente: [8] Aunque no se han encontrado datos fiables de la potencia instalada total de las placas fotovoltaicas, la provincia de Xinjian, en la que se ubica Xuqa, cuenta con la ventaja de ser una región de amplios desiertos y montañas, por lo que no es de extrañar que hayan sacado provecho de esta situación geográfica para instalar una gran superficie de paneles solares de varios centenares de megavatios. Hasta ahora parece haber tenido algunos problemas para conseguir un funcionamiento a capacidad total, debido en parte a la irregularidad de su fuente de energía [9], problema que afronta de forma general el sector de la producción de hidrógeno verde. Estos proyectos ya plantean preguntas interesantes que se deberán responder para la instalación que aquí se estudia: ¿cuánta potencia de energía renovable es necesario instalar para garantizar la producción? ¿qué porcentaje de la producción es necesario almacenar? ¿existe suficiente superficie disponible para ello? Destacar también que todos los proyectos de producción de hidrógeno verde que se han encontrado utilizan la electrólisis como método para ello, por lo que parece ser la tecnología que parte con mayor ventaja para protagonizar esta instalación. 12 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla económico, donde la electrólisis no puede competir con alternativas que emplean combustibles fósiles, como el reformado de hidrocarburos. En el presente proyecto, puesto que el foco se pone en la descarbonización del transporte aéreo, la electrólisis será el método de producción elegido por las razones argumentadas en el párrafo anterior, analizándose posteriormente en la sección 6 si ésta es viable económicamente. 13 4 ESTUDIO DE LA PLANTA DE PRODUCCIÓN Una vez presentada la situación general de la industria de la producción de hidrógeno actual y conocida la cantidad de hidrógeno que será necesaria para abastecer las necesidades de los clientes, es posible proceder con el estudio de la instalación de la planta de producción de hidrógeno. Conviene recordar que el objetivo de la planta, como se expresó en la introducción, será abastecer al 50% de la actividad diaria media de Ryanair desde el aeropuerto de Sevilla, lo que se traduce en 12 vuelos de media distancia que comenzarán a usar el hidrógeno como fuente de energía, en sustitución del combustible habitual. Analizar un proyecto de este calibre plantea muchas dimensiones diferentes: económica, política, seguridad, etc. Se ha decidido por ello dividirlo en tres partes: En primer lugar, para analizar la viabilidad del proyecto, se estudiarán las medidas de seguridad necesarias para llevarlo a cabo. El hidrógeno es altamente inflamable, y siendo conscientes de la sensibilidad que la seguridad de un aeropuerto genera tanto en el público general como en las autoridades, es primordial que ésta sea el objetivo principal del proyecto. En segundo lugar, se debe considerar qué elementos son fundamentales para la instalación propuesta. La planta debe constar, en su forma más básica, de electrolizadores, para poder producir el hidrógeno; de tanques de hidrógeno en los que almacenar la producción; de una fuente de energía para alimentar el proceso químico y de una alimentación de agua para la hidrólisis. Se realizará, tras el análisis de seguridad y riesgo, un estudio de mercado de diferentes soluciones de electrolizadores para conocer qué opciones existen y poder elegir la más conveniente para el proyecto. Posteriormente se estudiará qué tipos de tanques deben instalarse, teniendo en cuenta como se ha mencionado anteriormente la seguridad de la instalación. Para cerrar esta segunda parte se propondrán las soluciones de alimentación de electricidad y agua para el procedimiento. Por último, un estudio económico de la viabilidad de dicho proyecto será presentado, comprobando si el hidrógeno es actualmente una opción viable para la aviación comercial. 4.1 Marco legal y análisis de seguridad El marco jurídico español regula un amplio espectro de ámbitos, algunos de los cuales son fundamentales en este proyecto. La seguridad aérea y aeroportuaria, el impacto ambiental o el almacenamiento de productos químicos deben cumplir, como mínimo, con las normativas establecidas en España para ello. Para asegurar la viabilidad de la instalación bajo estudio, se presenta a continuación un análisis de las normas fundamentales a respetar y qué medidas se tomaran para ello. Se debe tener en cuenta, antes de comenzar este análisis legislativo, que la utilización del hidrógeno como 14 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla combustible de forma masiva es bastante reciente. - Ley 21/2003, de 7 de julio, de Seguridad Aérea [16] : Esta norma se presenta como la principal referencia en el marco regulatorio relacionado con la seguridad aérea y aeroportuaria en España. Como ella misma define en su artículo 1, busca “determinar las competencias de los órganos de la Administración General del Estado en materia de aviación civil, regular la investigación técnica de los accidentes e incidentes aéreos civiles y establecer el régimen jurídico de la inspección aeronáutica, las obligaciones por razones de seguridad aérea y el régimen de infracciones y sanciones en materia de aviación civil”. Aunque la Ley de Seguridad Aérea no mencione explícitamente regulaciones al hidrógeno en aeropuertos, hay algunos puntos interesantes a considerar: o Como indica el artículo 5 en su punto 1.b, es competencia del Ministerio de Fomento (actualmente de Transportes y Movilidad Sostenible) la supervisión y garantía de los servicios aeroportuarios civiles. o En su artículo 9, la norma señala que la modificación estructural de un aeropuerto civil deberá ser aprobada por el Ministerio de Fomento, previo informe favorable del Ministerio de Defensa. Por lo tanto, para ejecutar la instalación de la planta que aquí se estudia, será necesaria la realización de un proyecto futuro que deberá ser validado por los ministerios de Defensa y Fomento. - ICAO Annex 14 [17]: ICAO (International Civil Aviation Organization, u OACI por sus siglas en español, Organización de Aviación Civil Internacional), es un organismo de las Naciones Unidas que trabaja por la creación de estándares aeronáuticos en temas de operación, seguridad y protección. Aunque realmente no tiene poder legislativo sobre los diferentes estados, ya sean o no miembros de la ONU, una gran mayoría de los estados terminan incorporando las recomendaciones de esta institución, forzándose así los unos a los otros a respetar unos estándares mínimos para permitir un tráfico de pasajeros entre los diferentes países. En el Reglamento (UE) No 139/2014 de la Comisión de 12 de febrero de 2014, se menciona que las normas aprobadas por los diferentes países deben tener en cuenta las recomendaciones de la ICAO. En sus conocidos Anexos, ICAO establece estándares y practicas recomendadas para cada campo de la aviación civil internacional. Concretamente en el Anexo 14 se habla de los Aeródromos. Éste está dividido en dos partes: el volumen I, “Diseño y Operación de aeródromos”, y el volumen II, “Helipuertos”. Nos centraremos en el volumen I por la naturaleza del proyecto. En él, encontramos algunos capítulos de especial interés. En primer lugar, en el capítulo 8 se desarrolla el suministro eléctrico para las instalaciones de navegación aérea. Aunque se dirige principalmente a establecer recomendaciones que garanticen la disponibilidad de ayudas visuales y de radio en las pistas del aeródromo, las ideas que se pueden extraer para este proyecto son igualmente 15 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla aplicables. Disponer de una fuente secundaria independiente que asegure el correcto funcionamiento de la planta de producción de hidrógeno en caso de fallo de la fuente principal de energía evitaría colapsos debido a la falta de hidrógeno disponible para los aviones. Puesto que este proyecto es un estudio preliminar de viabilidad, no se considerará dicha instalación directamente, pero es un buen punto de partida para añadir a futuros proyectos. En el capítulo 9 de este mismo anexo se desarrollan los servicios operacionales de los aeródromos, sus equipos y las instalaciones. En el primer punto de este capítulo se remarca la necesidad de establecer un plan de emergencia en el aeródromo, especificando la coordinación de las diferentes agencias y autoridades. Como se ha señalado en repetidas ocasiones anteriormente, el hidrógeno es un gas altamente inflamable y, aunque si se trata con las medidas de seguridad necesarias, su operación no genera riesgos adicionales, incluir la instalación bajo estudio en dicho plan es primordial. Por definición, los accidentes son imprevisibles, por lo que es necesario estar preparados para cualquier suceso. Otra idea interesante del capítulo 9 se encuentra en su punto 5. Puesto que la logística de llevar el hidrógeno a los aviones puede resultar complicada, es más sencillo hacer “que los aviones vayan al hidrógeno”, siguiendo un modelo similar al de una gasolinera para automóviles. Por esta razón, contar con un sistema de gestión de la plataforma que organice el tráfico en esta zona del aeropuerto, evitando colisiones, es de suma importancia. Otros puntos que pueden ser relevantes son la organización de la instalación de forma que no obstaculice el tránsito normal de aeronaves en el aeropuerto (punto 9.9) o la utilización de verjas y vallas para evitar la entrada de animales o de personal no autorizado (punto 9.10), aunque esto dependerá de la ubicación de la planta de producción con respecto al aeropuerto. Por último, en el capítulo 10 encontramos comentarios relativos al mantenimiento de los aeropuertos. Aunque tampoco aparecen recomendaciones para el mantenimiento de instalaciones similares a la aquí estudiada, plantear un programa de revisiones y cuidados de la misma será necesario para disminuir riesgos y garantizar la calidad y disponibilidad del servicio. - Real Decreto 376/2022, de 17 de mayo, por el que se regulan los criterios de sostenibilidad y de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de los biocarburantes, biolíquidos y combustibles de biomasa, así como el sistema de garantías de origen de los gases renovables [18]: En el artículo 19 de esta norma se establece un “sistema de garantías de origen del gas procedente de fuentes renovables”, aplicable por tanto al hidrógeno gaseoso que se producirá en la instalación proyectada para el aeropuerto. Dentro de este sistema se contempla un Registro de instalaciones de producción de gas procedente de fuentes renovables, en el que la planta productora de hidrógeno deberá estar inscrita para poder justificar que en su funcionamiento sólo se utilizan energías renovables, definidas en su artículo 2.20 como aquella procedente de fuentes renovables no fósiles. Este sistema de garantías se desarrolla en mayor profundidad en la Orden TED/1026/2022, de 28 de octubre, por la que se aprueba el procedimiento de gestión del sistema de garantías de origen del gas procedente de fuentes renovables. En esta orden figuran las obligaciones y derechos de un productor de gases renovables. Las principales obligaciones se encuentran garantizar la veracidad de la información proporcionada a la entidad 16 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla responsable de la gestión del sistema de garantías de origen o permitir la inspección física a la entidad responsable o auditor. El cumplimiento de estas obligaciones otorga el derecho de acceder al sistema de expedición de Garantías de origen en los plazos reglamentarios. - Ley 24/2013, de 26 de diciembre, del Sector Eléctrico [19] Para asegurar que la planta obtiene la energía eléctrica a partir de fuentes renovables, una opción que se estudiará más adelante en este documento es la instalación de un parque fotovoltaico dedicado, lo que exige una serie de permisos recogidos en esta ley. Las autorizaciones requeridas por esta norma son: o Autorización administrativa previa, tramitada en conjunto con el anteproyecto de la instalación y la evaluación ambiental de ésta. o Autorización administrativa de construcción. Para solicitarla es necesario presentar un proyecto de ejecución junto con una declaración responsable que garantice el cumplimiento de la normativa. o Autorización de explotación, que permite proceder a la explotación de la instalación al finalizar la ejecución del proyecto. - Real Decreto 919/2006, de 28 de julio, por el que se aprueba el Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos y sus instrucciones técnicas complementarias ICG 01 a 11. Este Real Decreto establece los estándares que deben seguir las instalaciones de transporte de combustibles gaseosos, en términos de permisos, documentación, mantenimiento, pruebas y seguridad para reducir al máximo la probabilidad de accidente o consecuencias indeseadas durante el funcionamiento de la instalación. - Real Decreto 513/2017, de 22 de mayo, por el que se aprueba el Reglamento de instalaciones de protección contra incendios [20]: Como se ha mencionado anteriormente, el hidrógeno es un gas altamente inflamable, por lo que se hace necesaria una instalación de extinción de incendios, aún más si cabe en un aeropuerto, donde cualquier accidente puede causar daños humanos y económicos de gran gravedad. Los aeropuertos ya cuentan con instalaciones de extinción de incendios y con parque de bomberos para actuar rápidamente, pero la instalación de medios adicionales podría ser interesante de cara a proporcionar una capa más de seguridad al proyecto. Para mayor detalle en la aplicación aeronáutica de este tipo de servicios, el Doc 9137-AN/898 de la ICAO, proporcionando información como los diferentes agentes extintores recomendados y qué cantidad de cada uno de ellos sería necesario tener disponible, puntos a tener en cuenta para operaciones de salvamento o qué medidas es necesario tomar para la operación de reabastecimiento de combustible de un avión. Una vez analizadas las principales normas que pueden ser de aplicación en este proyecto, es posible continuar con el análisis de riesgos. Como se ha mencionado anteriormente, un accidente en el mundo de la 17 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla aviación suele generar gran consternación en la población general, debido a que suele involucrar a un gran número de personas. Por tanto, se debe garantizar que la confianza depositada en este proyecto no se vea puesta en entredicho por una falta de preparación. Dentro de este análisis se considerarán también no sólo los riesgos que pueden desembocar en daños físicos para personas y bienes, sino también los riesgos que pueden impedir el correcto funcionamiento de la planta. Los principales riesgos detectados son los siguientes:  Riesgo de incendio. Al ser el hidrógeno un gas inflamable, el riesgo de incendio debe ser considerado para evitar daños, tanto materiales como personales, en una zona tan sensible para la opinión pública como un aeropuerto. Para que se produzca la combustión deben coincidir los tres elementos que forman el conocido triángulo del fuego: un combustible (el hidrógeno en este caso), oxígeno y una fuente calor que produzca la ignición. Puesto que eliminar el combustible no es una opción, ya que de él depende el servicio que ofrece la planta productora, se eliminará el contacto combustible-oxígeno y las fuentes de calor posibles. Para eliminar el contacto del hidrógeno con el oxígeno será necesario instalar un sistema de inertización de los depósitos de hidrógeno. Estos sistemas sustituyen el aire existente en los contenedores por un gas inerte, lo que disminuye el porcentaje de oxígeno confinado en los mismos. También es importante un chequeo frecuente de los depósitos para asegurar que no existen fugas, ya que si el hidrógeno entra en contacto con el oxígeno fuera del tanque el riesgo de incendio permanece. Para eliminar las fuentes de calor se prohibirá fumar en las cercanías de la instalación y se controlará la temperatura a la que se encuentran los tanques con un termómetro. En caso de que el riesgo de incendio llegara a materializarse, los aeropuertos ya cuentan afortunadamente con un parque de bomberos que podría intervenir rápidamente.  Riesgo de explosión Este riesgo aparece muy ligado al anterior, puesto que la explosión no es más que una combustión rápida de gases generalmente a presión, lo que puede generar unos efectos devastadores cuando se alcanza el límite mecánico de los depósitos. La prevención debe ser idéntica a aquella aplicada en el punto anterior para los incendios. Teniendo también en cuenta que la explosión puede llegar a causar mayores daños que el incendio, al existir menor tiempo de reacción, también se añadirá como medida de seguridad adicional instalar la planta a una distancia suficiente de las principales instalaciones del aeropuerto.  Riesgo de acceso indebido Puesto que la instalación es sensible desde el punto de vista de la seguridad, el personal que acceda a ella debe estar controlado. El hecho de que la central ya se encuentre dentro del perímetro del aeropuerto, que es de por sí una zona bajo intensa vigilancia, disminuye este riesgo. Aun así, rodear el recinto de la planta con una verja de seguridad añadiría una capa más de dificultad al acceso a personas ajenas a la misma, a la vez que reduciría el riesgo de acceso no deseado de animales que puedan causar daños en la instalación o al personal de la misma. Adicionalmente, un sistema de videovigilancia sería necesario para garantizar un control de lo que sucede en la instalación, así como facilitar posteriores investigaciones en caso de accidente o acción 18 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla malintencionada contra la misma.  Riesgo de fallo en la producción Este riesgo podría considerarse un riesgo reputacional, puesto que un fallo en la producción comprometería la capacidad de la planta para dar servicio a las aerolíneas cliente, con las consecuentes reclamaciones que se producirían, además de posibles compensaciones económicas. Ante este riesgo, que podría considerarse también un fallo en los electrolizadores, la principal medida de mitigación es la redundancia. Tener módulos de electrólisis suficientes para que en caso de fallo de uno de ellos se pueda compensar la producción de este aumentando la de los demás, almacenar también una cantidad de hidrógeno de seguridad para poder garantizar un servicio mínimo mientras se realizan las reparaciones pertinentes y contar también con un servicio de reparaciones reactivo que pueda resolver el fallo en unos plazos correctos. Puesto que este riesgo afecta al servicio diario de la planta debe tenerse en cuenta en el diseño de la misma. Un servicio irregular puede llevar a una desestimación temprana del hidrógeno como posibilidad real de descarbonización de la industria, no sólo aeronáutica, sino del transporte en general.  Riesgo de fuga de hidrógeno. La fuga de hidrógeno en cualquier punto de la instalación, además de por el riesgo de incendio o explosión que se han estudiado anteriormente, supone un riesgo por dos razones. En primer lugar, si el hidrógeno se infiltra en un espacio habitable y consigue desplazar al oxígeno, puede causar asfixia en cualquier persona que ocupe dicho espacio. Esto puede ser especialmente problemático si en la planta existe algún recinto cerrado, como una caseta para el personal, en la que el hidrógeno pueda infiltrarse, o en el mismo avión, aunque el riesgo de escape en el tanque del avión queda fuera del presente estudio. Para evitar esto, en el caso de existir algún tipo de recinto para el personal, se colocará en una zona de la instalación donde la infiltración del hidrógeno sea más difícil y se dotará este espacio de los medios de ventilación adecuados. En segundo lugar, las fugas de hidrógeno se traducirán en pérdidas económicas para la instalación, lo que la haría menos interesante frente a alternativas tradicionales. Para ello la mejor opción es realizar mantenimientos periódicos de los medios de producción, almacenamiento y transporte de que dispone la planta para asegurar que todos funcionan correctamente. 4.2 Estimación de hidrógeno Para poder dimensionar la planta de producción de hidrógeno objeto de este estudio, es fundamental poder conocer cuánto hidrógeno es necesario producir o, planteado de otra forma, cuánto hidrógeno van a consumir los aviones a los que se dé servicio. Esto supone un desafío, puesto que actualmente no existen en el mercado aviones propulsados por hidrógeno en cualquiera de sus formas, más allá de algunos breves intentos por estudiar el potencial de la tecnología. Como solución, se propone evaluar la cantidad de energía contenida en el combustible consumido por un avión en un trayecto de media distancia y, con ella, obtener la cantidad equivalente de hidrógeno de la que se 19 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla podría extraer esta misma cantidad de energía. También es importante conocer la frecuencia de vuelos que existe en el aeropuerto de Sevilla, para poder asegurar el servicio constante de hidrógeno a las aerolíneas. Se tomará como aerolínea de referencia Ryanair, una de las principales que opera en este aeropuerto. Como esta misma compañía indica en su reporte anual de 2022 [21], a junio de 2022 su flota consiste en 73 Boeing 737-8200 y 410 Boeing 737-800. Principalmente estos últimos son los aviones con los que Ryanair realiza sus vuelos desde Sevilla. Para realizar una estimación del consumo de los mismos, se tomarán las 90 millas por galón y pasajero (es decir, 2,61 litros por cada 100 kilómetros y por cada pasajero) que indica CFM International en su web [22] para su última generación de motores LEAP, montados en los 737 MAX. Ryanair también cubre una gran variedad de destinos. De acuerdo con los datos de AENA [23] en 2022 Ryanair realizó 8520 salidas comerciales desde el aeropuerto de Sevilla, lo que nos da una media aproximada de 24 vuelos al día. Cabe destacar que el tráfico es bastante estable durante todo el año, como puede verse en la Imagen 5, siendo el menor número de salidas efectuadas 605, en enero, y el máximo 769, en octubre; lo que supone una diferencia de unos cinco vuelos al día. Esto se traducirá también en una producción de hidrógeno muy regular, gracias al bajo efecto de la estacionalidad. Imagen 5: salidas mensuales de Ryanair desde el aeropuerto de Sevilla (2022). Fuente: elaboración propia a partir de los datos de AENA [23] Considerando la dificultad obvia de un cambio radical en la flota de la compañía aérea, se harán los cálculos para la mitad de esos aviones, es decir, para 12 vuelos diarios. En cuanto a la duración de los trayectos, los destinos cubiertos por esta aerolínea son muy variados, pero se tomará una media de 2 horas y 30 minutos, pues existen vuelos a destinos como Frankfurt (2 horas y 40 minutos), Eindhoven (2 horas y 50 minutos), Barcelona (1 hora y 35 minutos), Valencia (1 hora y 15 minutos) o Cracovia (3 horas y 35 minutos). Antes de realizar una estimación total del consumo de fuel y de la energía contenida en el mismo debemos tener en cuenta algunos datos adicionales. La configuración que la aerolínea utiliza en sus aviones es de 189 asientos, suponiendo vuelos completamente llenos, una distancia de vuelo de 1.500 Km (en línea con el tiempo propuesto) y los 2,61 litros por cada 100 kilómetros y por cada pasajero anteriormente mencionados, se obtiene 400 500 600 700 800 900 Salidas de Ryanair desde el aeropuerto de Sevilla (2022) 20 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla un consumo de 7.400 litros de combustible en cada vuelo, es decir, 88.800 litros/día para los 12 vuelos que se quieren abastecer. Sabiendo que el poder calorífico del combustible Jet-A1 es de 42,8 MJ/Kg y que tiene una densidad de unos 800 Kg/m3 [24], obtenemos una energía total necesaria de 3.100.000 MJ. Sabiendo que el hidrógeno presenta un poder calorífico de 120 MJ/Kg, haciendo un sencillo cálculo obtenemos que la cantidad de hidrógeno que será necesario producir es de 25.833,34 kgH2/día o unos 1.076,4kgH2/h. 4.3 Equipamiento Se presenta a continuación un estudio de las diferentes soluciones comerciales que existen para poder producir, almacenar y transportar el hidrógeno. A partir de este estudio se elegirán los elementos que constituirán la planta, obteniendo un diseño preliminar de la misma. En los resultados que aquí se presentan se ha tratado de solucionar la falta de homogeneidad en los datos presentados por las diferentes empresas, puesto que hay gran diversidad tanto en el tipo de datos mostrados como en unidades. 4.3.1 Producción. Estudio de Mercado Como se ha justificado con anterioridad, el método escogido para la producción de hidrógeno será la electrólisis. Existen dos tecnologías de electrolizadores que dominan el mercado actual: los electrolizadores alcalinos y los electrolizadores PEM (Proton Exchange Membrane). Comenzando por los electrolizadores PEM, existe gran variedad de empresas con soluciones comerciales:  Hystar: Esta compañía noruega promociona sus electrolizadores PEM como los más eficientes del mundo. Su tecnología les permite reducir el tamaño de las membranas y producir más hidrógeno por unidad de superficie. Imagen 6: comparativa entre la tecnología de electrólisis habitual y la patentada por Hystar. Fuente: [25]. 21 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Como se puede apreciar en la Imagen 6, modifican la alimentación de sustancias en ánodo y cátodo con respecto a la electrólisis PEM tradicional, aunque finalmente las reacciones que se dan en cada electrodo no cambian, de acuerdo con lo que ellos mismos indican en su patente [26]. Hystar ofrece dos electrolizadores, Vega y Mira. El primero está orientado hacia mayores eficiencias, mientras que el segundo busca mayores ratios de producción. Ofrecen módulos agrupados en contenedores de potencia entre 1 y 6 MW, que pueden unirse para una instalación incluso superior a 1GW. Se comparan a continuación en la Tabla 1 los módulos de mayor potencia nominal de estos dos modelos. Vega Mira Producción de H2 (kg/h) 110 110 Consumo energético (kWh/kgH2) 51,0 kWh/kg 54,0 kWh/kg Superficie necesaria (m2) 98m2 49m2 Presión de salida H2 (barg) 4 4 Consumo de agua (l/kgH2) No indicado No indicado Potencia (MW) 5,6 5,9 Tabla 1: electrolizadores PEM Hystar. Fuente: [25]. Es cierto que, como se verá a continuación, consiguen una producción más alta que otros electrolizadores con consumos similares, especialmente su versión Vega, justificando la publicidad en su página web relativa a la eficiencia de sus productos. Al no revelar el consumo de agua de los mismos y no tener herramientas fiables para estimarlo, no se considerarán como una opción viable para el presente proyecto, a pesar de que sus características los presentan como unos candidatos verdaderamente prometedores por su compromiso entre consumo energético, espacio y producción.  Nel Hydrogen: Nel Hydrogen es uno de los principales fabricantes de electrolizadores del mundo y ofrece tanto alternativas PEM como alcalinas para la producción de hidrógeno verde. Se presentan ahora sus electrolizadores de las series MC y M, puesto que son las soluciones PEM ofrecidas por la marca para grandes instalaciones y, por tanto, perfilarse como los más interesantes del fabricante para un proyecto de este calibre. 28 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla - Gran escala EL100N EL200N EL400N EL600N EL800N Producción de H2 (kg/h) 9 18 36 53,9 71,9 Consumo energético (kWh/kgH2) 56,7 56,7 56,7 56,7 56,7 Superficie necesaria (m2) 28,8 28,8 28,8 57,6 57,6 Presión de salida H2 (barg) 15 – 40 15 – 40 15 – 40 15 – 40 15 – 40 Consumo de agua (l/kgH2) 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 Potencia (MW) 515 ∙ 10-3 1,03 2,06 3,1 4,13 Tabla 9: electrolizadores PEM de gran escala H2B2. Fuentes: [47], [48], [49], [50] y [51]. Resulta llamativo cómo esta compañía ha conseguido mantener constante el consumo de agua en todos sus modelos, algo que no se observa en otras alternativas que ofrecen módulos de diferente potencia. Los consumos eléctricos también se mantienen en un rango relativamente estrecho, particularmente para las soluciones de media y gran escala, aunque son superiores a la mayoría de modelos estudiados hasta ahora. Antes de proceder con el estudio de mercado de los electrolizadores alcalinos, y a modo de resumen sobre los electrolizadores PEM que aquí se han presentado, se observa que los órdenes de magnitud de los consumos tanto de energía como de agua son muy similares, siendo la principal diferencia la capacidad de producción. A pesar de ello, no se puede perder de vista que un ahorro del 20-30% en el consumo, tanto de agua como de electricidad, por kg de hidrógeno en una planta que debe funcionar todo el año, puede convertirse en un punto diferencial en la viabilidad de la planta a largo plazo. Como se vio en la sección 4, la planta necesita producir 1.076,4kgH2/h, por lo que, vistos los niveles de producción de las distintas soluciones PEM, parece que los módulos con mayor capacidad de producción serán las elecciones más interesantes. En particular el módulo Sylizer de Siemens y el Plug EX 4250 presentan bajos consumos eléctricos y de agua y son capaces de producir una gran cantidad de hidrógeno con relativamente pocos módulos (4 de Siemens por 7 de Plug para cumplir con los requerimientos). Se presentan a continuación las opciones comerciales de electrólisis alcalina analizadas:  McPhy: Esta compañía ofrece electrolizadores clasificados en dos rangos de producción: pequeño, y grande. Se presenta éste último, ya que la web no ofrece los consumos de agua para el rango de producción pequeño. 29 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla - Grande: McLyzer 200 McLyzer 400 McLyzer 800 McLyzer 3200 Producción de H2 (kg/h) 18 36 71,9 287,7 Consumo energético (kWh/kgH2) 56,73 55,6 55,6 55,6 Superficie necesaria (m2) 27 56,4 57 650 Presión de salida H2 (barg) 27 - 30 27 – 30 27 – 30 27 - 30 Consumo de agua (l/kgH2) 11,1 11,1 11,1 11,1 Potencia (MW) 1 2 4 16 Tabla 10: electrolizadores alcalinos McPhy. Fuente: [52]. Realmente, en su web, McPhy anuncia un rango “Aumentado”, aunque consiste en combinaciones de sus módulos McLyzer 800 y 3200 complementadas con sistemas personalizables para instalaciones de gran escala.  Thyssenkrupp Nucera: Ofrece un único modelo de electrólisis alcalina de 20 MW, que puede conectarse a otras unidades para aumentar la capacidad productiva de la instalación. Además de su modulo, ofertan también un servicio 360º de atención al cliente basado en cuatro pilares: Nucera care (servicio para optimizar la operación de la planta, formar operarios y ofrecer soporte remoto durante toda la vida del electrolizador), Nucera supply (servicio de repuestos), Nucera refurb (servicio de reparación y readaptación de las células electrolíticas instaladas) y Nucera field (acuerdo de servicio bajo demanda que puede cubrir diferentes necesidades como mantenimiento predictivo, estudios de viabilidad o asistencia técnica sobre el terreno). Puede resultar interesante para una instalación novedosa como la que aquí se estudia contar con una asistencia adicional del propio fabricante, especialmente al inicio de su vida. 30 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla SCALUM Producción de H2 (kg/h) 359,6 Consumo energético (kWh/kgH2) 55 (est.) Superficie necesaria (m2) 195 Presión de salida H2 (barg) 300 mbar Consumo de agua (l/kgH2) 11,1 Potencia (MW) 20 Tabla 11: electrolizador alcalino SCALUM de Thyssenkrupp Nucera. Fuente: [53] Para este módulo ha sido necesario estimar el consumo, puesto que el que proporciona el fabricante sólo hace referencia al consumo de la célula electrolítica. Para ello se han tomado los consumos del balance de planta de electrolizadores similares y se ha considerado un consumo equivalente para este módulo de Thyssenkrupp Nucera. Además de su elevada producción, destaca la compacidad de este módulo, ocupando tan solo 195m2. Este mismo modelo se utilizará en Boden, Suecia, como base de una de las mayores plantas de producción de hidrógeno verde proyectadas en Europa. Con una potencia instalada de más de 700 MW, está previsto que la planta comience a funcionar a partir de 2025, destinándose este hidrógeno a la producción de acero y reduciendo las emisiones de dióxido de carbono del proceso en un 95% con respecto a las actuales [54]. La participación en un proyecto de este calado demuestra la confianza que existe en el mercado en torno a este modelo. 31 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla  Sunfire: HYLINK ALKALINE Producción de H2 (kg/h) 195 Consumo energético (kWh/kgH2) 53,4 Superficie necesaria (m2) 375 Presión de salida H2 (barg) 30 Consumo de agua (l/kgH2) 9,5 Potencia (MW) 10 Tabla 12: electrolizador alcalino HYLINK Alkaline de Sunfire. Fuente: [55]  Nel Hydrogen: En cuanto a producción de hidrógeno con hidrólisis alcalina, Nel propone sus electrolizadores de la serie A. Esa misma tecnología es la que emplean en plantas de gran escala. Se comparan los dos formatos en las tablas siguientes: - Serie A: A150 A300 A485 Producción de H2 (kg/h) 13,5 27 43,6 Consumo energético (kWh/kgH2) 54 (est.) 54 (est.) 54 (est.) Superficie necesaria (m2) 150 200 225 Presión de salida H2 (barg) 1 - 200 1 - 200 1 - 200 Consumo de agua (l/kgH2) 11,1 11,1 11,1 Potencia (MW) 0,7 (est.) 1,5 (est.) 2,2 (est.) Tabla 13: electrolizadores alcalinos de la Serie A de Nel Hydrogen. Fuente: [28] 32 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Según el propio fabricante, los modelos A150 y A300 van a ser retirados del mercado, centrándose en el A485 como base principal de su oferta de electrólisis alcalina. Esto también parece indicar que la marca apuesta principalmente por la electrólisis PEM, para la que tiene un mayor rango de productos, aportando además más información en su web sobre estos últimos con respecto a la disponible para sus homólogos alcalinos que se presentan en esta sección. La información relativa al consumo energético sólo hace referencia en este caso al consumo de la célula electrolítica, y no al sistema completo, que incluirá elementos adicionales para el tratamiento de los gases, aumentando el consumo energético. - Plantas de grandes dimensiones A1000 A2000 A4000 A20000 Producción de H2 (kg/h) 87,2 174,4 348,8 1744,1 Consumo energético (kWh/kgH2) 54 (est.) 54 (est.) 54 (est.) 54 (est.) Superficie necesaria (m2) 225 350 770 3850 (est.) Presión de salida H2 (barg) 1 - 200 1 - 200 1 - 200 1 - 200 Consumo de agua (l/kgH2) 11,1 11,1 11,1 11,1 Potencia (MW) 4,4 (est.) 8,8 (est.) 17,6 (est.) 88 (est.) Tabla 14: instalaciones de electrólisis alcalina de grandes dimensiones de Nel Hydrogen. Fuente: [28] 33 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla  Green Hydrogen Systems: - HyProvide A series: A90 A180 Producción de H2 (kg/h) 8,1 16,2 Consumo energético (kWh/kgH2) 57 57 Superficie necesaria (m2) 14,6 (est) 29,8 (est) Presión de salida H2 (barg) 30 30 Consumo de agua (l/kgH2) 33,4 33,4 Potencia (MW) 0,45 0,9 Tabla 15: electrolizadores alcalinos HyProvide A Series de Green Hydrogen Systems. Fuente: [56] A pesar de que el consumo de agua en este módulo es sensiblemente superior al del resto de opciones estudiadas hasta ahora, la empresa indica que este dato hace referencia a consumo de agua corriente, no desmineralizada, por lo que esto puede suponer una ventaja con respecto al resto de módulos, ya que no será necesario un tratamiento adicional del agua, reduciendo costes y potenciales problemas logísticos. Para la estimación de la superficie necesaria se ha tomado el dato proporcionado por el fabricante que indica que las unidades A90 y A180 vienen encapsuladas en contenedores de 20 y 40 pies respectivamente. Estos contenedores son un estándar en la industria del transporte de mercancías, por lo que asumiendo que se trata del mismo tipo de contenedores, se ha indicado el área calculada. 34 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla - HyProvide X Series: X1200 Producción de H2 (kg/h) 107 Consumo energético (kWh/kgH2) 54,7 Superficie necesaria (m2) 48,3 Presión de salida H2 (barg) 35 Consumo de agua (l/kgH2) 9,5 Potencia (MW) 6 Tabla 16: electrolizadores alcalinos HyProvide X Series de Green Hydrogen Systems. Fuente: [57] En este módulo el consumo de agua vuelve a estar en línea con la mayoría de alternativas anteriores y la empresa lo referencia como consumo de agua desmineralizada, por lo que parece que el agua corriente ya no es una posibilidad para utilizar este módulo. Durante la realización de este estudio de mercado se han encontrado dos dificultades principales: La primera es la falta de uniformidad en los datos. No todos los fabricantes proporcionan los mismos datos y con las mismas unidades. Esto ha obligado, no sólo a uniformizar, sino también a estimar algunos de los datos teniendo en cuenta el resto de informaciones aportadas. La segunda y, a juicio del autor, la más importante, el secretismo industrial con respecto a los precios de los electrolizadores. Es comprensible, dada la competitividad del sector, que los precios sean raramente revelados por las compañías. Aunque el presente estudio sea una primera aproximación para la posterior realización de un proyecto mayor, parece evidente que la decisión real de elegir entre varios modelos de electrolizadores no estará sólo condicionada por las características de los mismos, sino también por su precio. Para salvar este obstáculo se utilizarán estimaciones proporcionadas por diversas fuentes. En primer lugar, la International Energy Agency señala que los costes de CAPEX (considerando no sólo el electrolizador, sino también equipos adicionales, tratamiento del gas, balance de planta y los costes de ingeniería y construcción) son, de media, 1570 €/kW para la electrólisis alcalina y 1850 €/kW para la electrólisis PEM [58] [59]. Otra estimación es la proporcionada por France Hydrogène en [60]. A pesar de que este informe fue publicado en 2023, los costes con los que realiza la estimación son de 2021. La estimación que proporciona incluye el coste completo del sistema (de una forma similar a la estimación expuesta anteriormente en el informe realizado por 35 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla la IEA) para el funcionamiento de un electrolizador de 1MW. Para el caso de la electrólisis alcalina proporciona un valor aproximado de 2500 €/kW, mientras que para la electrólisis PEM el coste es de 4000€/kW. Este mismo informe incluye posteriormente la consideración de que los precios de las instalaciones caen al aumentar la potencia instalada de las mismas, algo que parece que sí se tiene en cuenta en el informe de la IEA. Existen otras estimaciones, como la proporcionada en [15] para la electrólisis PEM, entre 280 €/kW y 4400 €/kW, pero ha sido descartada por ser un rango excesivamente amplio. Por estas razones, se utilizará la primera estimación expuesta, aquella que estima 1570 €/kW para la electrólisis alcalina y 1850 €/kW para la electrólisis PEM, para las consideraciones económicas del proyecto, que se desarrollarán principalmente en la sección 7. 4.3.2 Almacenamiento En condiciones normales, el hidrógeno se encuentra en estado gaseoso, con una densidad de 0,09 Kg/m3. Esto supone que, para almacenar grandes cantidades de este gas sin procesamiento adicional, necesitaremos grandes volúmenes; o bien procesarlo de alguna forma para reducir su volumen, con los costes adicionales que esto conllevará. Actualmente el almacenamiento de hidrógeno es el reto tecnológico más importante que es necesario resolver para la adopción masiva de este gas como fuente de energía. Se dispone hoy en día de diversas opciones para el almacenamiento de hidrógeno: 4.3.2.1 Almacenamiento gaseoso El almacenamiento gaseoso es la solución más extendida hoy en día para el transporte y almacenamiento de hidrógeno, gracias a que permite un reabastecimiento más rápido y permite aprovechar la infraestructura de compresión ya existente y cuya tecnología es robusta y ya probada. Normalmente la presión utilizada oscila en el rango entre 350-700 bar, lo que se traduce en densidades de entre 24 kg/m3 y 40 kg/m3 respectivamente. La zona alta de este rango de presiones añade un extra de complejidad técnico, pues el desarrollo de tanques de almacenamiento que soporten este esfuerzo mecánico es costoso. En general, los tanques suelen ser cilíndricos con los extremos redondeados, aunque la tipología es diversa, pudiendo encontrar también ejemplos de tanques esféricos o toroidales. Existen diversas clasificaciones para los diferentes tipos de recipientes en los que puede almacenarse el hidrógeno. H. Barthelemy, M. Weber, F. Barbier, proponen una con cuatro tipos de recipientes en [61]. Sin embargo, Qian Cheng, Ruiqiang Zhang, Zhusheng Shi, Jianguo Lin establecen otra más actual en [62], con 5 tipos de depósitos. Se presenta a continuación esta última: - Tipo I: tanque fabricado completamente en metal, generalmente aluminio o acero. Funcionan bien para presiones en torno a los 200-300 bar. Presentan la ventaja de que, al ser los más sencillos de fabricar, su precio es más bajo. La característica más negativa de este tipo de almacenamiento es su peso, superior al del resto de tipos. - Tipo II: cilindros metálicos fabricados también en metal, pero recubiertos de fibra de vidrio o de carbono en torno al eje principal, de forma que la fibra no soporta una carga significativa 36 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla en la dirección del eje. Esto permite al cilindro soportar una presión mayor a otro de tamaño equivalente de tipo I sin un gran incremento en el peso. - Tipo III: el depósito es metálico, pero se encuentra completamente forrado en fibra de vidrio, aramida o carbono que envuelven el metal en varias direcciones. Esto permite que la pared del tanque metálico sea más fina que en los tipos I y II, siendo su función principal evitar el escape del gas por una superficie porosa, mientras que el envoltorio de fibra es el que soporta la mayor parte de la carga mecánica. Se utiliza sobre todo en el rango de presiones hasta 450 bar, existiendo dificultades para superar esta barrera. - Tipo IV: similar al tipo III, pero en este caso el tanque interno es de algún material polimérico, generalmente polietileno de alta densidad. Actualmente este tipo de depósito puede soportar presiones hasta 1000 bar. Al igual que el tipo III, también son muy utilizados en la industria del transporte. - Tipo V: consiste en un tanque hecho completamente en material compuesto. Potencialmente podría soportar presiones superiores a 1000 bar, aunque se trata de una tecnología incipiente con un coste actualmente elevado. 4.3.2.2 Almacenamiento líquido A presión atmosférica, el punto de ebullición del hidrógeno se encuentra cercano a los -253ºC. A esta temperatura y presión, el hidrógeno presenta una densidad de 71 kg/m3, lo que implica una reducción de volúmenes de almacenamiento considerables con respecto al almacenamiento gaseoso. La principal desventaja de este método reside en la dificultad de mantener las bajas temperaturas. A pesar de que los depósitos deben estar bien aislados para asegurar que el hidrógeno permanece líquido, es inevitable que el ambiente transfiera calor al depósito. Esto hará que parte del líquido se evapore y sea necesario evacuarlo para mantener la presión del tanque constante, generándose así unas ciertas pérdidas por evaporación. Para utilizar este método de almacenamiento sería necesario aplicar un proceso de licuefacción que es, en general, costoso. La inversión total en este tipo de almacenamiento para la planta estaría en torno a los 200 millones de euros [60], aportando pocas ventajas comparativas con respecto al almacenamiento gaseoso. 4.3.2.3 Hidrógeno Crio-comprimido El hidrógeno crio-comprimido busca una combinación de las soluciones anteriormente propuestas. Aprovecha los volúmenes reducidos del hidrógeno líquido, a lo que le suma una compresión adicional a este hidrógeno líquido, en general por debajo de los 300 bar, lo que reduce las pérdidas por evaporación [63]. Obviamente, esto supone que, además de un aislamiento de alta calidad (al igual que era necesario en el almacenamiento líquido de hidrógeno), el depósito debe ser capaz de soportar altas presiones. Aunque existen algunas empresas que han presentado prototipos de este tipo de almacenamiento, la tecnología no parece estar aún lo suficientemente madura. Los prototipos existentes están orientados a la 37 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla movilidad móvil, no al almacenamiento masivo de hidrógeno para plantas de producción. Los últimos modelos son capaces de almacenar algo menos de 11kg de H2, muy alejados de los casi 26.000 al día que debe producir la planta estudiada para satisfacer la demanda. Aún así, esta tecnología es prometedora, puesto que puede suponer la respuesta a cómo el hidrógeno será almacenado en los aviones. Empresas como Cryomotive ya plantean la utilización de este tipo de almacenamiento para que el hidrógeno pueda utilizarse como combustible en grandes camiones. 4.3.2.4 Almacenamiento en estado sólido En las diferentes opciones presentadas hasta ahora para el almacenamiento de hidrógeno se han observado varios problemas: elevados volúmenes de almacenamiento, necesidad de altas presiones o bajas temperaturas, pérdidas por evaporación, … Problemas que busca resolver el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido. El almacenamiento en estado sólido no hace referencia, en este caso, a que el hidrógeno en sí mismo esté en estado sólido, sino a un almacenamiento a través de procesos físicos o químicos del hidrógeno gaseoso dentro de otros materiales, éstos sí en estado sólido. Ambos métodos, el almacenamiento por procesos físicos y aquel por procesos químicos tienen también sus ventajas en inconvenientes. El principal proceso físico por el que se almacena hidrógeno en estado sólido es la adsorción. En este proceso, la molécula de H2 no se disocia, adhiriéndose a la superficie a través de fuerzas de Van der Waals. Éstas son mucho más débiles que los enlaces químicos habituales, por lo que se requieren también bajas temperaturas para conseguir que el hidrógeno se adsorba en la superficie del “depósito”. Para conseguir un almacenamiento elevado, se necesitarán también grandes superficies, por lo que los materiales porosos son los preferidos aquí, siendo los que han recibido más atención los nanotubos de carbono. La ventaja principal es que no existe pérdida de hidrógeno y la energía necesaria para liberarlo es baja, puesto que sólo se necesita la ruptura de las débiles fuerzas de Van der Waals. Por el contrario, las dificultades técnicas, ya que según el material empleado pueden ser necesarias bajas temperaturas (-196ºC) o altas presiones (20-30 bar) para alcanzar porcentajes realmente representativos de adsorción [64], no lo hacen una tecnología particularmente atractiva para este proyecto. Por su parte, el almacenamiento a través de procesos químicos sí implica la creación de enlaces con el material de depósito. En este proceso, cuando el hidrógeno entra en contacto con la superficie adsorbente, la molécula de H2 se rompe en los dos átomos de hidrógeno. Por difusión, estos átomos penetran en el material, con cuyas moléculas formarán enlaces. Los materiales más extendidos para este tipo de almacenamiento son elementos metálicos y sus aleaciones que reaccionan fácilmente con el hidrógeno, dando lugar a hidruros donde metales como el magnesio, el litio, el sodio, el berilio o el aluminio son particularmente interesantes por su peso reducido. Para la liberación del hidrógeno se requiere mayor energía que en el caso físico, siendo posible liberar el hidrógeno aumentando bien la presión o la temperatura. En la siguiente tabla se exponen algunas presiones y temperaturas necesarias para liberar el hidrógeno de determinados hidruros seleccionados como ejemplo. 44 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Otra opción es unir las siguientes parcelas:  Parcela con referencia catastral 41085A007000320000YD (Imagen 17), de 807.817 metros cuadrados y dividida en terrenos de baja intensidad productiva e improductivos. Perteneciente al término municipal de Salteras. Imagen 17: parcela con referencia catastral 41085A007000320000YD, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68].  Parcela con referencia catastral 41085A005000130000YR (Imagen 18), de 221.138 metros cuadrados con intensidad productiva 0. Perteneciente al término municipal de Salteras. Imagen 18: parcela con referencia catastral 41085A005000130000YR, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 45 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla  Parcela con referencia catastral 41007A009000020000BG (Imagen 19), de 53.872 metros cuadrados, clasificada como tierra arable con baja intensidad productiva. Perteneciente al término municipal de La Algaba. Imagen 19: parcela con referencia catastral 441007A009000020000BG, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68].  Parcela con referencia catastral 41007A009000620000BW (Imagen 20), de 121.311 metros cuadrados, clasificada como tierra arable con baja intensidad productiva. Perteneciente al término municipal de La Algaba. Imagen 20: parcela con referencia catastral 41007A009000620000BW, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68].  Parcela con referencia catastral 41007A009000610000BH (Imagen 21), de 6.620 metros cuadrados, clasificada como tierra arable con baja intensidad productiva. Perteneciente al término municipal de La Algaba. 46 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 21: parcela con referencia catastral 41007A009000610000BH, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. Para mayor claridad, se presenta en la Imagen 22 una preparación de las diferentes parcelas superpuestas y en la Imagen 23 la correspondiente zona sobre el terreno con una imagen de satélite. Imagen 22: parcelas superpuestas en la región de Salteras / La Algaba. Fuente: preparación propia a partir de las imágenes obtenidas de [68]. 47 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 23: vista aérea de las parcelas de la región de Salteras / La Algaba. Fuente: [65]. Este conjunto de parcelas, que se extiende por una superficie total de 1.210.758 metros cuadrados, presenta la ventaja de ser un terreno poco productivo y mucho más homogéneo que la opción anterior, siendo necesaria menor preparación del terreno para instalar las placas solares. Como principal desventaja, cabe destacar que en el conjunto existen parcelas pertenecientes a municipios diferentes, lo que podría dificultar los trámites administrativos. La distancia al aeropuerto es de 15 kilómetros, algo menos de la mitad que la opción anterior. Como última opción, se presenta la unión de las siguientes parcelas:  Parcela con referencia catastral 41004A002000080000IP (Imagen 24), de 717.391 metros cuadrados, y dividida en tierra arable de baja intensidad productiva y tierra improductiva. Perteneciente al término municipal de Alcalá de Guadaíra. 48 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 24: parcela con referencia catastral 41004A002000080000IP, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68].  Parcela con referencia catastral 41004A002000170000IK (Imagen 25), de 43.827 metros cuadrados, terreno clasificado como improductivo. Perteneciente al término municipal de Alcalá de Guadaíra. Imagen 25: parcela con referencia catastral 41004A002000170000IK, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 49 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla  Parcela con referencia catastral 41004A002000070000IQ (Imagen 26), de 49.560 metros cuadrados, terreno también clasificado como improductivo. Perteneciente al término municipal de Alcalá de Guadaíra. Imagen 26: parcela con referencia catastral 41004A002000070000IQ, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68].  Parcela con referencia catastral 41004A002000060000IG (Imagen 27), de 290.515 metros cuadrados, terreno clasificado por el catastro como improductivo. Perteneciente al término municipal de Alcalá de Guadaíra. Imagen 27: parcela con referencia catastral 41004A002000060000IG, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. 50 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla  Parcela con referencia catastral 41004A002000050000IY (Imagen 28), de 362.580 metros cuadrados de terreno improductivo. Perteneciente al término municipal de Alcalá de Guadaíra. Imagen 28: parcela con referencia catastral 41004A002000050000IY, estudiada para la instalación de la planta fotovoltaica. Fuente: [68]. Al igual que se hizo para el conjunto anterior, se superponen las parcelas en la Imagen 29 para una visión completa, y se presenta la Imagen 30 con una imagen de satélite de la región. Imagen 29: parcelas superpuestas en la región de Alcalá de Guadaíra. Fuente: preparación propia a partir de las imágenes obtenidas de [68]. 51 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 30: vista aérea de las parcelas de la región de Alcalá de Guadaíra. Fuente: [65]. Este conjunto de parcelas, que suma un total de 1.463.873 metros cuadrados, presenta la ventaja de estar a tan solo 7 kilómetros del aeropuerto de Sevilla, reduciendo las pérdidas de energía eléctrica y ahorrando costes en cables y canalizaciones. Todas las parcelas se encuentran en el mismo término municipal, lo que simplifica los trámites con respecto a la opción anterior. Como puntos negativos se valoran tanto la cercanía de las parcelas al río Guadaira, con los correspondientes problemas de seguridad en caso de desbordamiento del río, así como su cercanía a un centro educativo y a una zona residencial, cuyos usuarios podrían oponerse a la instalación de un parque fotovoltaico en sus inmediaciones. Además, debemos sumar su potencial valor urbanizable, lo que aumentaría el coste de comprar dichos terrenos. En todos los casos presentados se ha excedido la superficie estimada de 110 hectáreas para contar con cierto margen de seguridad en caso de que la instalación necesaria fuera superior a aquella estudiada por Iberdrola. La decisión final de qué zona de terreno utilizar se tomará en la sección 5, en la que se estudia la instalación completa de la planta productora de hidrógeno. 52 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla 53 5 INSTALACIÓN Es obvio que no existe una única solución posible para la construcción de una instalación como aquí se presenta. Todas las opciones tendrán sus ventajas y sus inconvenientes, y cada decisión lleva un coste asociado, no sólo el visible, sino también un coste de oportunidad que implica que, al colocar una parte de la planta en un lugar concreto, estamos dejando de colocarla en otro lugar y además el espacio utilizado no podrá serlo por otros elementos. En cualquier caso, se presenta a continuación la instalación que se ha considerado más lógica, buscando un compromiso entre seguridad y modificación mínima del aeropuerto. Se presenta en la Imagen 31 un esquema del funcionamiento de la planta. Imagen 31: esquema de la planta de producción de hidrógeno. Fuente: elaboración propia. 60 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 33: configuración 1, a escala. Fuente: elaboración propia a partir de la imagen obtenida de [65]. La Imagen 33, que ofrece una vista a escala de la configuración 1, muestra que la instalación en general no es invasiva en el espacio del aeropuerto, ocupando una superficie menor. Dentro de esta región del aeropuerto, otra opción es adentrar más los electrolizadores y los depósitos en el terreno disponible, alejándolos de la pista que se observa en la parte superior izquierda de la Imagen 33.  Configuración 2: Se presenta a continuación una configuración en la que los aviones de hidrógeno tienen su propia plataforma de reabastecimiento o repostaje. En la Imagen 34 se muestra la región del aeropuerto en la que se ubicaría Imagen 34: región del aeropuerto de Sevilla estudiada para la Configuración 2. Fuente: [65]. 61 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla En esta configuración se necesitaría crear una nueva serie de carreteras y la propia plataforma de reabastecimiento, además de la planta productora de hidrógeno. En la Imagen 35 se muestra el potencial diseño de la configuración 2. En verde se muestran los nuevos viales que sería necesario construir, en azul la plataforma de repostaje y en rojo y amarillo, al igual que en la configuración 1, los depósitos de hidrógeno y los electrolizadores respectivamente. Imagen 35: configuración 2, a escala. Fuente: elaboración propia a partir de la imagen obtenida de [65]. Esta configuración presenta una ventaja principal, y es la distancia de la planta con respecto a las instalaciones principales del aeropuerto, lo que añade una capa más de seguridad al proyecto. Sin embargo, aumenta los problemas de logística en el aeropuerto debido al tráfico adicional de aviones, requiere de instalaciones suplementarias, con los costes y trámites administrativos que esto conlleva. Es cierto que la seguridad es uno de los pilares fundamentales del proyecto, y en esto, la solución 2 parece tener, a simple vista, una ventaja sobre la configuración 1. Sin embargo, teniendo en cuenta el tráfico adicional de aviones en el aeropuerto, esta ventaja se ve reducida. La sencillez de la solución 1, que se integra a la perfección con la infraestructura ya existente en el aeropuerto, es, por tanto, la solución preferida en este proyecto para la instalación de la planta productora de hidrógeno 62 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla . 63 6 ANÁLISIS DE VIABILIDAD ECONÓMICA Puesto que la descarbonización de la aviación es un objetivo beneficioso para frenar el cambio climático, el análisis de viabilidad económica es fundamental para asegurar que la explotación de la planta de hidrógeno puede convertirse en una realidad. O al menos, en caso de no ser económicamente viable, estudiar dónde están los principales puntos de optimización para mejorar futuros proyectos. 6.1 Costes En primer lugar, se procede con el análisis del núcleo porductivo de la planta, los electrolizadores. Se recuerda que se instalarán 4 módulos Scalum de Thyssenkrupp, con una potencia instalada total de 80 MW. Como ya se presentó en la sección 5, el celo con el que las diferentes empresas guardan el precio de sus módulos dificulta el cálculo, por lo que se recurrirá a aproximaciones. Teniendo en cuenta las estimaciones de [58] y [59], el coste de una instalación completa, incluyendo los sistemas auxiliares, es de 1570 €/kW para la electrólisis alcalina. Puesto que se han instalado 80MW, el coste total de la instalación de los electrolizadores y sus equipos auxiliares es de 125,6 millones de euros. Con el almacenamiento, la situación es similar a la anterior. Para estimar su coste se utilizan las estimaciones proporcionadas en [60], según las cuales, unos contenedores similares a los instalados presentan un coste estimado de entre 380 y 450 euros por kilogramo de hidrógeno almacenado. Teniendo en cuenta que la cantidad a almacenar será un día completo de producción, obtenemos un coste aproximado de 11 millones de euros. Como última gran inversión en CAPEX para la instalación bajo estudio, se analiza el coste de la planta fotovoltaica. La organización estadounidense NREL (National Renewable Energy Laboratory, Laboratorio Nacional de Energía Renovable en español) estima un coste para plantas fotovoltaicas industriales con almacenamiento de 2.106 dólares por kilovatio instalado [70], incluyendo los costes del terreno, de las placas, del trabajo de mantenimiento y operación y de los sistemas auxiliares para gestión general de la planta. Por lo tanto, el coste total estimado para la planta fotovoltaica estudiada en la sección 5 estaría en el entorno de los 766.584.000 dólares, unos 698.250.000 euros. También es necesario tener en cuenta la renovación de las placas solares y de las baterías. Tomando los datos de [71] , será necesario remplazar las baterías tras 10 años, con un coste aproximado de 253,7 millones de euros por cada remplazo. Sumando los tres costes anteriores, la inversión inicial en infraestructura suma un total de 834.850.000 millones de euros. Antes de continuar con el análisis de viabilidad, es interesante analizar si es realmente una buena opción 64 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla instalar la planta fotovoltaica frente al uso de un suministro tradicional. Supondremos, al igual que en la sección 5, un funcionamiento de los electrolizadores equivalente a 60 MW (los 4 módulos funcionando al 75% de su capacidad, de forma que la producción se ajuste a la demanda). Esto supone un consumo total de 518400 MWh al año. Tomando los datos de precios de la electricidad que se pueden encontrar en el portal Eurostat [72] para 2023, en España, el precio medio para la banda IG (consumos mayores o iguales a 150000 MWh) fue de unos 0,16 euros por kWh. Se considerará un precio estable de la electricidad durante los próximos 20 años como primera aproximación, siendo este también el caso comparativo más desfavorable para la implantación de la estación fotovoltaica. De esta forma, se obtienen los datos de la Tabla 23: Coste electricidad ( €) Coste planta fotovoltaica ( €) 2025 84 . 096 . 000 698 . 250 . 000 2026 84 . 096 . 000 0 2027 84.096.000 0 2028 84.096.000 0 2029 84.096.000 0 2030 84.096.000 0 2031 84.096.000 0 2032 84.096.000 0 2033 84.096.000 0 2034 84.096.000 0 2035 84.096.000 253 . 708 . 000 2036 84.096.000 0 2037 84.096.000 0 2038 84.096.000 0 2039 84.096.000 0 2040 84.096.000 0 2041 84.096.000 0 2042 84.096.000 0 2043 84.096.000 0 2044 84.096.000 0 2045 84.096.000 253 . 708 . 000 TOTAL 1 . 766 . 016 . 000 1 . 205 . 666 . 000 Tabla 23: estimación de los costes eléctricos con un suministro tradicional. Según las estimaciones realizadas, el coste acumulado del consumo eléctrico superaría el coste de la instalación fotovoltaica tras 20 años de operación en 560,3 millones de euros. Puesto que la planta de producción de hidrógeno es eléctricamente intensiva, y tras evaluar los costes, tiene sentido no depender del suministro tradicional de electricidad. En la Imagen 36 se muestran los gastos acumulados año a año de ambas opciones y la diferencia entre los mismos, para apreciar con mayor claridad la recuperación de la inversión. Se puede ver como la inversión resulta positiva definitivamente a partir de 2036, existiendo un periodo positivo en 2033 y 2034 que sufre una reversión en 2035 debido al coste adicional de renovar las baterías de la planta en ese año. 65 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Imagen 36: costes acumulados y diferencia de costes fotovoltaica-suministro eléctrico (en millones de Euros). Fuente: elaboración propia. Tras la conclusión anterior, el único gran coste operativo que queda por analizar es el coste del agua. La demanda de agua estimada para la planta es de 286.800 litros de agua al día, o lo que es lo mismo, 286,8 metros cúbicos diarios. Tomando las tarifas que EMASESA publica en [73] y teniendo en cuenta que en 2025 habrá un aumento del 12% para las tarifas de consumo industrial [74] es posible estimar las tarifas. Se considerará un aumento del 4% anual de 2026 en adelante para compensar la inflación y obtener un ligero beneficio. Haciendo una previsión de las tarifas por consumo de agua a 20 años vista, estimando una entrada en servicio a partir de 2025, (2025-2045), y suponiendo que la demanda de hidrógeno se mantendrá estable, y por lo tanto también lo hará el consumo de agua de la planta se obtienen las tablas siguientes. Existen también tarifas diurnas (de 6:00- 22:00) y nocturnas (de 22:00 a 6:00). Se repartirá la demanda de agua de forma homogénea a lo largo de las 24 horas del día. (191.200 en horario diurno y 95.600 en horario nocturno). Se muestran en la Tabla 24 las tarifas fijas estimadas para cada año y en la Tabla 25 las tarifas variables asociadas al consumo estimadas de 2025 a 2045: -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 Costes Acumulados y Diferencia Fotovoltaica- Suministro Eléctrico (millones de Euros) Suministro eléctrico Planta fotovoltaica Diferencia Fotovoltaica - Suministro eléctrico 66 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Cuota fija abastecimiento ( €/mes) Cuota fija vertido ( €/mes) Cuota fija depuración ( €/mes) 2025 4 . 326,893 2 . 613,293 2 . 613,293 2026 4 . 499,969 2 . 717,825 2 . 717,825 2027 4 . 679,967 2 . 826,538 2 . 826,538 2028 4 . 867,166 2 . 939,600 2 . 939,600 2029 5 . 061,853 3 . 057,184 3 . 057,184 2030 5 . 264,327 3 . 179,471 3 . 179,471 2031 5 . 474,900 3 . 306,650 3 . 306,650 2032 5 . 693,896 3 . 438,916 3 . 438,916 2033 5 . 921,652 3 . 576,472 3 . 576,472 2034 6 . 158,518 3 . 719,531 3 . 719,531 2035 6 . 404,859 3 . 868,312 3 . 868,312 2036 6 . 661,053 4 . 023,045 4 . 023,045 2037 6 . 927,495 4 . 183,967 4 . 183,967 2038 7 . 204,595 4 . 351,325 4 . 351,325 2039 7 . 492,779 4 . 525,378 4 . 525,378 2040 7 . 792,490 4 . 706,394 4 . 706,394 2041 8 . 104,189 4 . 894,649 4 . 894,649 2042 8 . 428,357 5 . 090,435 5 . 090,435 2043 8 . 765,491 5 . 294,053 5 . 294,053 2044 9 . 116,111 5 . 505,815 5 . 505,815 2045 9 . 480,755 5 . 726,047 5 . 726,047 Tabla 24: estimación de las cuotas fijas mensuales por consumo de agua. 67 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Coste cánones ( € / 𝑚  ) Cuotas vertido y depuración ( € / 𝑚  ) Coste consumo ( € / 𝑚  ) Diurno Nocturno 2025 0,502 0,883 0,823 0,577 2026 0,522 0,918 0,856 0,600 2027 0,543 0,955 0,890 0,624 2028 0,564 0,993 0,926 0,649 2029 0,587 1,032 0,963 0,675 2030 0,610 1,074 1,002 0,702 2031 0,635 1,117 1,042 0,730 2032 0,660 1,161 1,083 0,759 2033 0,687 1,208 1,127 0,789 2034 0,714 1,256 1,172 0,821 2035 0,743 1,306 1,219 0,854 2036 0,772 1,359 1,267 0,888 2037 0,803 1,413 1,318 0,923 2038 0,835 1,470 1,371 0,960 2039 0,869 1,528 1,426 0,999 2040 0,903 1,589 1,483 1,039 2041 0,940 1,653 1,542 1,080 2042 0,977 1,719 1,604 1,124 2043 1,016 1,788 1,668 1,168 2044 1,057 1,859 1,734 1,215 2045 1,099 1,934 1,804 1,264 Tabla 25: estiamación de las cuotas variables por unidad de consumo. Calculando ahora con las tablas anteriores los gastos anuales fijos se obtiene la Tabla 26: 68 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Cuota fija abastecimiento ( €) Cuota fija vertido ( €) Cuota fija depuración ( € ) Total (€) 2025 51 . 922,716 31 . 359,519 31 . 359,519 114 . 641,754 2026 53 . 999,624 32 . 613,900 32 . 613,900 119 . 227,424 2027 56 . 159,609 33 . 918,456 33 . 918,456 123 . 996,521 2028 58 . 405,993 35 . 275,194 35 . 275,194 128 . 956,382 2029 60 . 742,233 36 . 686,202 36 . 686,202 134 . 114,638 2030 63 . 171,923 38 . 153,650 38 . 153,650 139 . 479,223 2031 65 . 698,799 39 . 679,796 39 . 679,796 145 . 058,392 2032 68 . 326,751 41 . 266,988 41 . 266,988 150 . 860,728 2033 71 . 059,821 42 . 917,668 42 . 917,668 156 . 895,157 2034 73 . 902,214 44 . 634,374 44 . 634,374 163 . 170,963 2035 76 . 858,303 46 . 419,749 46 . 419,749 169 . 697,802 2036 79 . 932,635 48 . 276,539 48 . 276,539 176 . 485,714 2037 83 . 129,940 50 . 207,601 50 . 207,601 183 . 545,142 2038 86 . 455,138 52 . 215,905 52 . 215,905 190 . 886,948 2039 89 . 913,344 54 . 304,541 54 . 304,541 198 . 522,426 2040 93 . 509,877 56 . 476,723 56 . 476,723 206 . 463,323 2041 97 . 250,272 58 . 735,792 58 . 735,792 214 . 721,856 2042 101 . 140,283 61 . 085,223 61 . 085,223 223 . 310,730 2043 105 . 185,895 63 . 528,632 63 . 528,632 232 . 243,159 2044 109 . 393,330 66 . 069,778 66 . 069,778 241 . 532,885 2045 113 . 769,064 68 . 712,569 68 . 712,569 251 . 194,201 Tabla 26: estimación del coste anual derivado de las cuotas fijas. E introduciendo los consumos en las tarifas variables, se obtienen los costes reflejados en la Tabla 27: 69 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla Coste cánones ( € ) Cuotas vertido y depuración ( € ) Coste consumo ( € ) Total ( € ) Diurno Nocturno 2025 51 . 794,153 91 . 122,555 56 . 662,502 19 . 851,149 219 . 430,359 2026 53 . 865,919 94 . 767,457 58 . 929,002 20 . 645,195 228 . 207,573 2027 56 . 020,556 98 . 558,155 61 . 286,163 21 . 471,003 237 . 335,876 2028 58 . 261,378 102 . 500,482 63 . 737,609 22 . 329,843 246 . 829,311 2029 60 . 591,833 106 . 600,501 66 . 287,113 23 . 223,036 256 . 702,484 2030 63 . 015,506 110 . 864,521 68 . 938,598 24 . 151,958 266 . 970,583 2031 65 . 536,126 115 . 299,102 71 . 696,142 25 . 118,036 277 . 649,406 2032 68 . 157,572 119 . 911,066 74 . 563,988 26 . 122,758 288 . 755,382 2033 70 . 883,874 124 . 707,508 77 . 546,547 27 . 167,668 300 . 305,598 2034 73 . 719,229 129 . 695,809 80 . 648,409 28 . 254,375 312 . 317,822 2035 76 . 667,999 134 . 883,641 83 . 874,345 29 . 384,550 324 . 810,535 2036 79 . 734,718 140 . 278,987 87 . 229,319 30 . 559,932 337 . 802,956 2037 82 . 924,107 145 . 890,146 90 . 718,492 31 . 782,329 351 . 315,074 2038 86 . 241,072 151 . 725,752 94 . 347,232 33 . 053,622 365 . 367,677 2039 89 . 690,714 157 . 794,782 98 . 121,121 34 . 375,767 379 . 982,384 2040 93 . 278,343 164 . 106,573 102 . 045,966 35 . 750,798 395 . 181,680 2041 97 . 009,477 170 . 670,836 106 . 127,804 37 . 180,829 410 . 988,947 2042 100 . 889,856 177 . 497,670 110 . 372,917 38 . 668,063 427 . 428,505 2043 104 . 925,450 184 . 597,577 114 . 787,833 40 . 214,785 444 . 525,645 2044 109 . 122,468 191 . 981,480 119 . 379,346 41 . 823,376 462 . 306,671 2045 113 . 487,367 199 . 660,739 124 . 154,520 43 . 496,312 480 . 798,937 Tabla 27: estimación del coste anual derivado del consumo de agua. Adicionando los gastos de las dos tablas anteriores se obtiene un gasto total por agua anual que se refleja en la Tabla 28: 76 Estudio de la Instalación de una Planta de Producción de Hidrógeno en el Aeropuerto de Sevilla [13] A. Keçebaş, M. Kayfeci y Mutlucan Bayat, «Chapter 9 - Electrochemical hydrogen generation,» de Solar Hydrogen Production: Processes, Systems and Technologies, Academic Press, 2019, pp. 299-317. [14] Nafión, «Membranas sulfónicas Nafion,» [En línea]. Available: https://www.nafion.com/es/products/sulfonic-membranes. [Último acceso: 02 03 2024]. [15] IRENA, «Green Hydrogen Cost Reduction: Scaling up Electrolysers to Meet the 1.5⁰C Climate Goal,» International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2020. [16] «Ley 21/2003, de 7 de julio, de Seguridad Aérea, Boletín Oficial del Estado, 162, de 8 de Julio de 2003,» [En línea]. Available: https://www.boe.es/eli/es/l/2003/07/07/21/con. 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