Estudio técnico, económico y ambiental de tecnologías emergentes para la producción de hidrógeno verde

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dc.contributor.advisorRamírez Caballero, Gustavo Emilio
dc.contributor.advisorUribe Rodríguez, Ariel
dc.contributor.authorDe la ossa Medina, Daniela
dc.contributor.evaluatorPedraza Avella, Julio Andrés
dc.contributor.evaluatorKafarov, Viatcheslav Victorovich
dc.date.accessioned2024-11-15T15:23:20Z
dc.date.available2024-11-15T15:23:20Z
dc.date.created2024-11-11
dc.date.issued2024-11-11
dc.description.abstractLas estrategias power-to-gas juegan un papel clave en la descarbonización ya que permiten un uso más eficiente de los recursos naturales, al almacenar energía de fuentes renovables en combustibles limpios y de alto rendimiento energético como el hidrógeno. Este estudio investiga las tecnologías emergentes en la producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, enfocándose especialmente en la electrólisis de membrana de intercambio aniónico (AEM), una tecnología con promesa de escalabilidad y potencial para reducir costos de implementación en el futuro. El objetivo principal es explorar las implicaciones técnicas, económicas y ambientales asociadas a la adopción de estos sistemas emergentes, utilizando modelos de simulación que faciliten la prueba de la tecnología y la estimación de indicadores clave de rendimiento. Se lleva a cabo el desarrollo y la validación de la simulación del proceso de producción de hidrógeno por electrólisis AEM, para un sistema de 60 MW capaz de producir 1133 kg H2/h. Utilizando Aspen Custom Modeler (ACM) para simular el sistema de electrólisis, se modela el comportamiento electroquímico y la operación del equipo mediante formulación matemática reportada en literatura para la curva de polarización. Posteriormente, este modelo se vincula al entorno de Aspen Plus para integrar los procesos de separación y reciclo a la unidad de electrólisis. Se llevó a cabo un análisis técnico, económico y ambiental del proceso simulado, contemplando el contexto colombiano y el potencial de reducción de costos de la tecnología para 2025 y 2050, basado en proyecciones literarias. En este análisis se estiman los gastos de capital (CapEx), gastos operacionales (OpEx) y el costo nivelado de hidrógeno (LCOH) para dichos escenarios. Además, se analizó la influencia de la fuente de energía suministrada al proceso, evaluando seis alternativas que abarcan combinaciones de energía de la red, solar, eólica y bioenergía, brindando una perspectiva completa sobre el progreso hacia sistemas energéticos renovables más eficientes.
dc.description.abstractenglishPower-to-gas strategies play a key role in decarbonization as they allow a more efficient use of natural resources by storing energy from renewables in clean and high-energy performance fuels such as hydrogen. This study investigates emerging technologies in low-carbon hydrogen production, focusing especially on anion exchange membrane (AEM) electrolysis, a technology with promise for scalability and potential to reduce deployment costs in the future. The main objective is to explore the technical, economic, and environmental implications associated with the adoption of these emerging systems, using simulation models to facilitate technology testing and estimation of key performance indicators. The development and validation of an AEM electrolysis process simulation is carried out, for a 60 MW system capable of producing 1133 kg H2/h. Using Aspen Custom Modeler (ACM) to simulate the electrolysis system, the electrochemical behavior and equipment operation are modeled through the mathematical formulation of the polarization curve reported in the literature. Subsequently, this model is linked to the Aspen Plus environment to integrate separation and recycling processes to the electrolysis unit. A technical, economic, and environmental analysis of the simulated process was conducted, considering the Colombian context and the technology's cost reduction potential for 2025 and 2050, based on literary projections. This analysis estimates capital expenditures (CapEx), operational expenditures (OpEx), and the levelized cost of hydrogen (LCOH) for these scenarios. Additionally, the influence of the energy source supplied to the process was analyzed, evaluating six alternatives that include combinations of grid, solar, wind, and bioenergy, providing a comprehensive perspective on the progress towards more efficient renewable energy systems.
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44748
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectHidrógeno verde
dc.subjectTecnologías emergentes
dc.subjectDescarbonización
dc.subjectEstudio técnico
dc.subjectEstudio económico
dc.subjectAnálisis de ciclo de vida
dc.subject.keywordGreen Hydrogen
dc.subject.keywordEmerging Technologies
dc.subject.keywordDecarbonization
dc.subject.keywordTechnical Study
dc.subject.keywordEconomic Study
dc.subject.keywordLife Cycle Analysis
dc.titleEstudio técnico, económico y ambiental de tecnologías emergentes para la producción de hidrógeno verde
dc.title.englishTechnical, economic and environmental study of emerging technologies for green hydrogen production
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
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