Study of hydrogen global market and technical and economic prefeasibility of using the proton exchange membrane fuel cell (PEM) fueled with hydrogen in chilean mining mobility

Abstract

La crisis climática es palpable: según Naciones Unidas, tormentas, incendios forestales, sequías y otros fenómenos meteorológicos extremos, alimentados por el cambio climático, han afectado a 4.500 millones de personas en los últimos 20 años. Siendo el costo de estos desastres, sólo en 2018, de 160 billones de dólares. Las constantes emisiones globales de gases efecto invernadero provocan el suceso de desastres meteorológicos gracias al violento aumento de las temperaturas anuales en la atmósfera terrestre, por encima de los niveles preindustriales; fenómeno denominado efecto invernadero. La progresión del efecto invernadero ha motivado la creación de políticas energéticas en todo el mundo. En una economía dominada por la demanda de combustibles fósiles, la descarbonización de sectores como la industria termoeléctrica, la calefacción, el gas o la movilidad se realiza en gran medida por separado. Para alcanzar la meta por ser carbono neutral a mediados de siglo, los sectores industriales deben integrarse para proporcionar energía renovable desde el sector eléctrico hacia los demás sectores. Para lograr el acoplamiento sectorial, el Hidrógeno se perfila como el candidato energético ideal que podría unificar los sectores mediante la electrificación de la matriz energética. Dentro de este informe, se describe el comportamiento del mercado internacional del Hidrógeno, las propiedades del Hidrógeno, sus métodos de producción y las tecnologías alimentadas con Hidrógeno. Se estudia el estado actual e industrialización del mercado internacional de pilas de combustible hidrogenadas para evaluar la viabilidad de introducir está tecnología a Hidrógeno para movilidad en la minería a cielo abierto de Chile. La minería ha sido tradicionalmente un sector difícil de descarbonizar. Las minas suelen utilizar motores Diésel, emisores de gases efecto invernadero, para alimentar generadores de respaldo, cargadores, grandes camiones y otros vehículos. Para mejorar la huella de carbono de las soluciones existentes, algunas empresas mineras están tomando medidas para adoptar tecnologías carbono neutrales, como las pilas de combustible a Hidrógeno. Para demostrar el uso de las pilas de combustible en aplicaciones mineras, se realiza una prefactibilidad técnica y económica de un camión de extracción minero equipado con una pila de combustible a Hidrógeno y una batería. Con el reequipamiento del Komatsu 930E-4, el propósito es el reemplazo del motor Diésel por una pila de combustible. Por tanto, la prefactibilidad técnica y económica se realiza mediante la comparación entre el camión adaptado en su tren de potencia con una pila de combustible a Hidrógeno y una Batería Ion-Litio y el camión convencional equipado en su tren de potencia con un motor Diésel de combustión interna. De la evaluación se concluye que la introducción de celdas de combustible alimentadas con Hidrógeno en movilidad para la minería a cielo abierto en Chile aún no es una solución económicamente viable al 2020 dado sus altos costos de manufactura de la pila de celda de combustible PEM y de producción de Hidrógeno. Sin embargo, sí resulta técnica y económicamente viable invertir en CAEX a pilas de combustible hidrogenadas en vez de CAEX a motor Diesel al 2030, dada la reducción de costos de energía y manufactura.