Technical economic evaluation of the iberian green oxygen and hydrogen market

Jaime Oliveira Fernandes Gonzalez Boullosa

Key information

Authors:

Jaime Oliveira Fernandes Gonzalez Boullosa (Jaime Oliveira Fernandes Gonzalez Boullosa)

Supervisors:

Rui Pedro da Costa Neto (Rui Pedro da Costa Neto (Rui Costa Neto)); Cristina Sofia Rebelo Borges Correia (Cristina Sofia Rebelo Borges Correia)

Published in

November 16, 2023

Abstract

O hidrogénio verde desempenhará um papel fundamental na descarbonização da indústria energética. A eletrólise da água, por outro lado, continua a ser um processo de capital intensivo. A reformação de metano com vapor de água tem sido até à atualidade o processo mais comum e rentável de produção de hidrogénio cinzento. O objetivo deste trabalho é investigar a competitividade das atividades económicas na Península Ibérica que utilizam oxigénio, que é coproduzido durante o processo de eletrólise. O fabrico de cimento foi considerado a maior indústria da Península entre todas estas. Além disso, tendo em conta o valor de mercado significativo do oxigénio medicinal, foi descrito e medido o consumo de oxigénio medicinal em Portugal e Espanha. De facto, os hospitais em Espanha com o maior consumo anual de oxigénio situam-se em Madrid e Barcelona, enquanto em Portugal estão localizados em Lisboa e no Porto. Outro aspeto fundamental para esta investigação é a necessidade de oxigénio para o tratamento de águas residuais. Para isso, foi realizado um estudo tendo em conta a densidade populacional em todas as cidades espanholas e portuguesas. Este trabalho avalia ainda a instalação de um eletrolisador acoplado a uma central fotovoltaica para satisfazer o consumo de oxigénio de cada indústria, utilizando o hidrogénio como subproduto a ser vendido. A análise foi efetuada para três indústrias principais: Hospitais, estações de tratamento de águas residuais e indústria da aquacultura. Como se verá, a dimensão do eletrolisador influenciará significativamente os cálculos de CAPEX, OPEX, VAL, PBP e TIR. Pode observar-se que, apesar de se poderem obter melhores resultados financeiros e ambientais, os incentivos, tais como as isenções fiscais dos governos, desempenharão um papel crucial na descarbonização das indústrias consumidoras de oxigénio. Green hydrogen will play a critical part in decarbonizing the energy industry. Water electrolysis, on the other hand, is still a very capital-intensive process. Steam Methane Reforming was until now the most common and cost-effective method of producing grey hydrogen. The goal of this work is to investigate the competitiveness of economic activities on the Iberian Peninsula that utilize oxygen, which is co- produced during the electrolysis process. Cement manufacture was reported to be the Peninsula's greatest industry among all of these. Furthermore, considering the significant market value of medical oxygen, the consumption of medical oxygen in Portugal and Spain was described and measured. In fact, the hospitals in Spain with the highest annual oxygen consumption are in Madrid and Barcelona, while in Portugal they are located in Lisbon and Porto. Another key insight for this research is the oxygen demand for wastewater treatment. For that, a study was implemented taking into account population density across all Spanish and Portuguese cities. This study further evaluates the installation of an electrolyser coupled with a PV plant to satisfy oxygen consumption of each industry, and using hydrogen as a by-product that is to be sold. The analysis was performed for three main industries: Hospitals, Wastewater treatment plants, and Aquaculture industry. As it will be seen, the size of the electrolyser will influence significantly the calculations of CAPEX, OPEX, NPV, PBP and IRR.