Roadmap for Distributed Green Ammonia in Minnesota

Roadmap for Distributed Green Ammonia in Minnesota

El documento traza una hoja de ruta para el desarrollo de la producción descentralizada de amoníaco verde (DGA) en Minnesota. Actualmente, la producción de amoníaco, utilizada principalmente como fertilizante, está centralizada y depende en gran medida de los combustibles fósiles, lo que la hace vulnerable a las interrupciones en la cadena de suministro y a la volatilidad de los precios. La DGA ofrece una alternativa descentralizada y baja en carbono, que puede producirse más cerca del lugar de uso. Minnesota está bien posicionado para liderar el desarrollo de la DGA debido a la alta demanda de fertilizantes, los costos más altos de lo promedio de estos y las políticas de apoyo existentes. El informe analiza los modelos de negocio, la economía y los marcos políticos necesarios para implementar proyectos de DGA en Minnesota, evaluando las condiciones del mercado, el potencial de energía renovable y el apoyo político existente. A través de discusiones, se involucraron a los principales actores en el espacio de fertilizantes de baja emisión de carbono en Minnesota. La hoja de ruta propone objetivos de reducción de emisiones, modelos de negocio y recomendaciones políticas para avanzar en la DGA. A pesar de centrarse en la descarbonización de la producción de amoníaco, el informe señala que las emisiones derivadas del uso de fertilizantes están fuera de su alcance. El mercado de fertilizantes en EE.UU. está dominado actualmente por una producción centralizada en la región de la Costa del Golfo, siendo Minnesota el cuarto mayor consumidor de fertilizantes de amoníaco, pero sin instalaciones de producción, lo que lo hace dependiente de complejas redes de transporte desde el Golfo. Esta estructura de mercado provoca inestabilidad en los precios y volúmenes de suministro de fertilizantes. La DGA ofrece una solución al acortar las cadenas de suministro y usar electricidad renovable en lugar de gas natural, lo que potencialmente aumentaría la estabilidad de precios y la certeza del suministro. El panorama de la producción y distribución de amoníaco en los Estados Unidos, centrado en sus implicaciones para Minnesota y el potencial de la producción descentralizada de amoníaco verde (DGA), destaca que cuatro grandes compañías dominan el 64% de la producción de amoníaco en EE.UU., con plantas concentradas en Luisiana, Oklahoma y Texas. Alrededor del 80% del amoníaco producido se usa para fertilizantes agrícolas, principalmente en el Medio Oeste, con el maíz representando el 50% de la demanda. La producción distribuida podría acercar la producción de amoníaco a las comunidades agrícolas, mejorando la fiabilidad del suministro y reduciendo los costos. Los métodos actuales de transporte de amoníaco (tuberías, camiones, ferrocarriles, barcazas) son vulnerables a interrupciones por condiciones climáticas, problemas laborales y desafíos logísticos, con costos de transporte que pueden ser significativos, superando a menudo los $300 por tonelada. La producción local de DGA podría beneficiar a las economías locales mediante la creación de empleo y el aumento de la inversión en sistemas cooperativos. Además, los precios del amoníaco son volátiles debido a la dinámica de importación y las fluctuaciones de los precios del gas natural, con precios que se triplicaron en 2022 en comparación con los promedios de 2018-2020, lo que impacta significativamente los ingresos de los agricultores y puede llevar a cambios en las prácticas de uso de fertilizantes. Las nuevas tecnologías permiten una producción eficiente de amoníaco a pequeña escala, adecuada para granjas individuales o cooperativas agrícolas, siendo más flexibles y mejor integradas con fuentes de energía renovable intermitentes. Aunque la madurez comercial de estos nuevos sistemas es baja, la madurez tecnológica es alta, especialmente para los procesos derivados de Haber-Bosch. Los proyectos de DGA enfrentan desafíos iniciales, pero ofrecen beneficios significativos una vez establecidos. En Minnesota, la combinación de un entorno político favorable, un perfil fuerte de energía renovable, y la gran demanda de fertilizantes lo posicionan idealmente para estos proyectos, a pesar de los desafíos que aún deben abordarse para una implementación exitosa.

De igual forma, el documento aborda el apoyo federal y estatal para la producción de amoníaco verde en los Estados Unidos, con un enfoque particular en Minnesota. En el ámbito federal, el Departamento de Energía (DOE) está priorizando el desarrollo de hidrógeno limpio, y la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) ofrece incentivos significativos para el hidrógeno electrolítico y el amoníaco verde. Entre los principales créditos fiscales federales destacan el 48E, que cubre el 30% de los gastos de capital para electricidad limpia; el 45Y, que proporciona $27.5/MWh para la producción de energía renovable; y el 45V, que ofrece hasta $3/kg para la producción de hidrógeno limpio. Además, la Oficina de Programas de Préstamos del DOE ofrece préstamos garantizados para proyectos de energía innovadora. Estos créditos fiscales pueden combinarse con subvenciones y préstamos del DOE, aunque no es posible combinar múltiples subvenciones federales para el mismo proyecto, ni préstamos de la Oficina de Programas de Préstamos con otras subvenciones federales. En el ámbito estatal, Minnesota tiene como objetivo alcanzar el 100% de electricidad libre de carbono para 2040 y emisiones netas cero para 2050. El estado está reformando los procesos de permisos para proyectos de energía renovable y ofrece un programa de subvenciones de $7 millones para fertilizantes verdes destinado a apoyar a las cooperativas en la inversión en la producción de fertilizantes verdes. La viabilidad económica de la producción DGA está aumentando, haciéndose competitiva frente a la producción a gran escala de amoníaco verde y potencialmente con la producción de amoníaco gris y azul, gracias a las favorables condiciones de generación de energía renovable en Minnesota. Por otro lado, el análisis económico y las proyecciones futuras para la producción de DGA en Minnesota indican que, para el año 2030, se espera una reducción significativa en los costos de energía solar, lo que llevará a un mayor uso de energía solar. Se proyecta una reducción del 15% en el costo nivelado del amoníaco (LCOA) para ese año. Los sistemas flexibles de DGA muestran menores costos energéticos en comparación con la producción a gran escala de amoníaco, tanto para escalas de producción de 10 ktpa como de 50 ktpa. El texto presenta los resultados del modelado del costo nivelado de energía (LCOE) para la generación de energía solar y eólica en Minnesota, considerando varios escenarios de créditos fiscales y proyecciones de energía renovable. Los costos del hidrógeno pueden representar hasta el 20% del LCOA subsidiado para configuraciones detrás del medidor (BTM) y alrededor del 3% para proyectos delante del medidor (FTM), con una reducción esperada del 40% en los costos del hidrógeno para 2030. Los costos asociados con la producción de nitrógeno y amoníaco representan el 50% del LCOA subsidiado, con una reducción proyectada del 30% para 2030 a medida que el mercado de DGA madura. El análisis considera los créditos fiscales 45V y 45Y aplicados a la producción de hidrógeno y la generación de energía. La producción de DGA está volviéndose cada vez más competitiva con las vías de amoníaco azul y gris. Para 2030, se espera que la producción de DGA de 50 ktpa alcance la paridad de costos con los métodos tradicionales, incluso bajo pronósticos moderados de energía renovable y bajos precios del gas natural. Los costos de transporte para la producción centralizada se estiman en alrededor de $180/tNH3, que la DGA puede evitar al producir cerca de los usuarios finales. Las instalaciones a gran escala de amoníaco azul y gris tienen una sensibilidad reducida a los precios de los insumos en comparación con los sistemas de DGA, lo que hace esencial que DGA reduzca los costos de producción y mejore las eficiencias para mantenerse competitiva. Se proyecta una disminución constante en el LCOA tanto para los sistemas DGA FTM como BTM desde 2024 hasta 2030.

 

La descarbonización de la producción y uso de fertilizantes en el sector agrícola de Minnesota es una prioridad clave para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y promover prácticas agrícolas sostenibles. Un ejemplo notable es la producción de urea, un fertilizante ampliamente utilizado que requiere CO2 en su producción. Para descarbonizar la producción de urea, se necesita una fuente de carbono neto cero, siendo el CO2 biogénico de las refinerías de etanol una opción viable. Minnesota, aunque importa fertilizantes, registra que las emisiones por transporte representan solo el 1.7% del total de emisiones relacionadas con fertilizantes. El uso de fertilizantes es la principal fuente de emisiones en Minnesota, responsable de aproximadamente 5.6 millones de toneladas de CO2e, principalmente debido a la liberación de óxido nitroso (N2O) durante la desnitrificación. La urea es particularmente problemática, ya que libera tanto CO2 como N2O durante su uso y es menos absorbida por los cultivos, lo que resulta en una mayor pérdida de nitrógeno. Mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno es crucial para reducir estas emisiones, implementando estrategias como el uso de inhibidores (ureasa y nitrificación) y mejores métodos de aplicación. La transición de la urea a fertilizantes alternativos como el nitrato de amonio podría reducir significativamente las emisiones derivadas de su uso. Así, un enfoque holístico que combine la producción de amoníaco verde con diversas estrategias de mitigación de emisiones basadas en el uso podría reducir considerablemente las emisiones relacionadas con los fertilizantes en Minnesota. Para evaluar la posición competitiva de la producción de amoníaco verde distribuido (DGA) en Minnesota, se utiliza un modelo que analiza el costo nivelado de producción de amoníaco verde bajo varios escenarios de mercado. Las suposiciones incluyen la generación de energía renovable (eólica y solar) en diferentes escenarios (Conservador, Moderado y Avanzado) para los años 2024 y 2030, abarcando factores como el gasto de capital, los costos operativos y las especificaciones de equipos. También se consideran las suposiciones para la producción de amoníaco y nitrógeno en distintas escalas de producción (10, 50 y 500 ktpa), incluyendo los costos de reactores y la separación de nitrógeno. Además, se detallan las suposiciones para las vías de producción de amoníaco azul y gris, incluyendo los gastos de capital y operativos para los reformadores de metano con vapor. La metodología para desarrollar los objetivos de 2030 se basa en los datos de ventas de fertilizantes de Minnesota en 2020 como línea base, asumiendo un crecimiento plano en las ventas y calculando la demanda de amoníaco según el contenido de nitrógeno. Se establecen objetivos de reducción de emisiones del 50% para 2030 y de emisiones netas cero para 2050, alineados con las metas de Minnesota, lo que se traduce en aproximadamente 450,000 toneladas de amoníaco verde para 2030 y 900,000 toneladas para 2050. En conjunto, este modelo proporciona una visión integral del enfoque y las suposiciones utilizadas para analizar el potencial de producción de amoníaco verde en Minnesota, destacando la necesidad de abordar tanto las emisiones de producción como de uso para una reducción completa y efectiva de las emisiones en el sector agrícola del estado.

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