siemens – su socio en la cadena de valor del hidrógeno

Siemens – Su socio en lacadena de valor delHidrógeno.

Restricted | © Siemens 2021 | Author | DI PA | 2021-05-04

Producción y uso de hidrógeno: Hoy y en el futuroLas nuevas tecnologías y el excedente de energías renovables impulsarán el uso

Grey H2 Green H2

Producción • De gas Natural (75%) ꞁ 1 tn H2 produce 9 tn de CO2• Desde Carbón (23%) ꞁ 1 tn H2 produce 19 tn de CO2

• Electrolisis (alcalina, PEM, óxido sólido, …) con energías renov.• Pirolisis Metano (desde gas natural, pero sin emission de CO2)

Costo 1,00 – 1,50 $/kgPuede aumentar con los certificados de CO2 en alza

2020: 4,00 – 6,00 $/kg | Podría tener un costo competitive para 2040a través de tecnología, beneficios de ampliación y reducción de costospor uso energía verde.

Pro Barata y extendida Carbono neutral

Con Grandes emisiones de CO2 Gran CAPEX, necesidad de recurso hídrico

Hoy Mañana

Usos Materia primapara:

• Refinerías (52%)• Plantas de amonio (42%)• Vidrio, F&B, otros (6%)

+ Almacenamiento de energía (excedente de energía renovable)+ Combustible para transporte (camiones / automóviles, trenes,

barcos, aviones)+ Calor y energía para procesos industriales y edificios.

Demanda 80 milliones detoneladas

0

1,000800

200

600400

2020e 2030e 2040e 2050e

9%

Generación de energía / almacenamientoTransporteCalefacción y consumo hogareño

Nuevas materias primasEnergía Industrial

Uso existente como materia prima

CAGR

H2

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H2

Hydrogen Economy - A VisionEconomía del H2 – Una Visión

Cadena de valor del hidrógeno: producción convencional (H2 gris) en grandesplantas contiguas - hidrógeno verde en plantas modulares - OEMS

Con

venc

iona

lN

ueva

sTe

cnol

ogía

s

SOE: Electrolizador de óxido sólido ꞁ PEM = Membrana de intercambio de protones ꞁ LOHC = Portador de hidrógeno orgánico líquido

LOHCTransporte de

Hidrógeno Orgánicolíquido

Estaciones decarga de

combustible

Unidad deliquifacción


combustible

(-) CH4/ (+) H2En

gasoductos

Pirólisis demetano

Gasificación

Reformado devapor

ElectrolisadorSOE

(óxido sólid

ElectrolizadorPEM/Alcalino

Metanol

Motores de gaspara generación

de energía

E-Fuels/Combustibles

sintéticos

Plantas deAmonio

Refinerías

Turbinas degeneración de

enegía

Celdas decombustible:Estacionario

vs Movimiento

Adaptaciónde presión

Absorción poroscilación de

presiones

Unidad desecado

LOHCLimpieza

Embasado agranel

CCS/ Captura de CO2

en cavidades

Playas detanques de

Gas Licuado


sintéticos

AmoníacoSintético NH3

Proveedoresde gas a la

red

LOHCUnidad de

desidratación

Craqueo deamoníaco

Gas-/Oil ductos

Captura deCarbón y

Almacenaje

(Rectificadorde potencia)

Unidad deagua demi

Oil, Gas,Carbón

Oil, Gas

Carbón

Agua

LOHCEstación de

carga

PressureAdaptation

Unit

Metanización

NitrógenoUnidad deseparación

UsosConversión/Almacenamiento/TransporteProducción de H2

Producción de pilas de combustible y electrolizadores

Power-to-Gas/Power-to-Liquid

Power-to-Chemicals

Producción demembranas

Sellado deproductos

Producción deelectrodos

Embalaje depilas

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H2

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Sistema

Conexión redeléctrica 20 kV

Transformador-rectificador

Electrolysis20 – 35 Bar

Purificación deagua

Unidad DeOxo Trampa decondensación

1ra Etapa decompresión

2da Etapa decompresión

Secado final

Llenado entanques 225

Almacenamiento(max. 80 Bar)

Inyección en laslineas de GN

Ionic Compressor

Reciclo de condensados

OEM Package Units

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H2

Diseño, Ingeniería ySupervisión deInstalación

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Potencia/Rectificación

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H2

Nuestra fortaleza• Todo de un solo proveedor:

Instrumentación de proceso +analítica de gases

• References: SILYZER 300

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Instrumentación

LVL

MID

P200

LG

TS500

P320

FCP320GA700 Calomat

+ Oxymat *

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H2

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Monitoreo de la pureza del gas

SCS

O2 en H20...2 % vol.

(OXYMAT7)

Pureza para la movilidad -estándaresISO FDIS 14687-EN 17124 – 2018Especificación de producto ygarantía de calidad: aplicaciones decelda de combustible (PEM) paravehículos de carretera

H2 in O2 0...3 % vol.(CALOMAT)

O2 H2

Modulo/Pila

H2OH2O

SeparaciónGas y Agua

Intercambiode calor

H2O

H2O+H2

H2O+O2

TratamientoDel gas

InpuritiesTolerance

limitGC technique(detector)

Range(ppm)

ISOthreshold

Total hydrocarbons exceptmethane (C1 basis) 2 µmol/mol FID 0.5 – 200.0 2.0

Methane (CH4) 100 µmol/mol FID 5.0 – 1,000.0 100.0

Oxygen (O2) 5 µmol/mol TCD 1.0 – 100.0 5.0

Helium (he) 300 µmol/mol TCD 50.0 – 3.000.0 300.0

Nitrogen (N2) 300 µmol/mol TCD 50.0 – 3.000.0 300.0

Argon (Ar) 300 µmol/mol TCD 50.0 – 3.000.0 300.0

Carbon dioxide (CO2) 2 µmol/mol TCD 1.0 – 100.0 2.0

Carbon monoxide (CO) 0.2 µmol/mol FID 0.05 – 20.0 0.2

Water 5 µmol/mol N.A.Total sulfur compounds(S1 equivalent) 0.004 µmol/mol N.A.

Formaldehyde (HCHO) 0.2 µmol/mol N.A.

Formic acid (HCOOH) 0.2 µmol/mol N.A.

Ammonia (NH3) 0.1 µmol/mol N.A.Halogenated compounds(halogen ion eq.) 0.05 µmol/mol N.A.

HCl 0.05 µmol/mol N.A.

H2S 0.004 µmol/mol N.A.

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H2

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Sistema de control

Bild: Bürkert

Planta de generación de energía a gas enGrenzach-Wyhlen (Alemania). Lainstalación de Megavatios comenzó afuncionar en enero de 2020. Elcomponente principal es un electrolizadorcon una capacidad de 500 kg H2 al día.El propietario / operador de la instalacióncomercial es Energiedienst AG.Source: https://fuelcellsworks.com/news/green-hydrogen-from-wyhlen-authorities-give-the-green-light/

Esquema principal de control

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H2

Aplicación de HidrogenoElectrolizador – Optimizador del Electrolizador y Celda

Diseño de la pila para unacomplete conversion de H2con un mínimo impacto

Ensamblaje MEA: Logra unóptima eficiencia con unconsumo mínimo de material deelectrodo (platino / iridio)

Determinar materiales óptimos paraMEA• Validar el modelo de celda para predecir el

comportamiento de diferentes diseños de celdautilizando datos

• Caracterizar el rendimiento del catalizador y lasmembranas.

Stack per-formancedesign

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H2

Cadena de valor del hidrógeno: producción convencional (H2 gris) en grandesplantas contiguas - hidrógeno verde en plantas modulares - OEMS

Con

venc

iona

lN

ueva

sTe

cnol

ogía

s

SOE: Electrolizador de óxido sólido ꞁ PEM = Membrana de intercambio de protones ꞁ LOHC = Portador de hidrógeno orgánico líquido

LOHCTransporte de

Hidrógeno Orgánicolíquido


combustible

Unidad deliquifacción


combustible

(-) CH4/ (+) H2En

gasoductos

Pirólisis demetano

Gasificación

Reformado devapor

ElectrolisadorSOE

(óxido sólid

Metanol

Motores de gaspara generación

de energía


sintéticos

Plantas deAmonio

Refinerías

Turbinas degeneración de

enegía

Celdas decombustible:Estacionario

vs Movimiento

Adaptaciónde presión

Absorción poroscilación de

presiones

Unidad desecado

LOHCLimpieza

Embasado agranel

CCS/ Captura de CO2

en cavidades

Playas detanques de

Gas Licuado


sintéticos

AmoníacoSintético NH3

Proveedoresde gas a la

red

LOHCUnidad de

desidratación

Craqueo deamoníaco

Gas-/Oil ductos

Captura deCarbón y

Almacenaje

Oil, Gas,Carbón

Oil, Gas

Carbón

Agua

LOHCEstación de

carga

PressureAdaptation

Unit

Metanización

NitrógenoUnidad deseparación

UsosConversión/Almacenamiento/TransporteProducción de H2

Producción de pilas de combustible y electrolizadores


Power-to-Chemicals

Producción demembranas

Sellado deproductos

Producción deelectrodos

Embalaje depilas

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H2

ElectrolyzerPEM/Alkaline

(PowerRectifier)

WaterDemin-Unit

Aplicación de HidrogenoEstaciones de carga de hidrógeno (HRS)

Linde Hydrogen FuelTechconstruye estaciones de servicio dehidrógeno. Estos están equipados conSIMATIC S7-400 (a prueba deexplosiones) más ET200HMI exterior especialIOT2040 para la transferencia de datosde rendimiento a Linde HQ probado

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H2

Hidrógeno Verde obtenidode la energía eólica / solarcon solución deelectrólisis

Hidrógeno para la nuevaestación del aeropuerto deBerlín, como combustiblepara la planta decogeneración

Estaciones de carga de HidrógenoH2BER/Primera planta europea basada en multi Plataforma energética

Hechos y numeros• Cliente: McPhy como líder de proyecto para

un consorcio de cooperación• País: Alemania, Berlín• Instalado: 2014• Volumen de suministro: sistema de control

PCS 7, S7-1500

Casos de uso

Cambios

• SIMATIC PCS 7 como sistema global de control y supervisión de procesos que el operador de la plantanecesita para trabajar con un sistema gracias a la función Open OS (sistema de visualización y controluniforme y estándar) y al canal de comunicación WinCC / OPC

• Los OEM podrían asegurar sus propiedades intelectuales con su propio sistema, proteger el conocimientodel proceso.

• Archivo de datos (1,5 años) con Process Historian Server• Los archivos de archivo XML ayudan a reproducir soluciones en proyectos futuros, reducen el costo y el

tiempo de ingeniería• Sistema redundante para planta crítica para mayor disponibilidad

• Integración de diferentes unidades de paquete en la organización del sistema PCS 7• El primer proyecto de prueba de concepto técnico de una estación de servicio multienergía basada en

hidrógeno de Europa en cooperación con Total, Linde, McPhy, 2G Energy bajo la promoción de laAsociación de Energía Limpia de la UE (CEP)

Soluciones

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H2

Hydrogen value chain – Conventional (grey H2) production in large conti-plants, green hydrogen in modular plants delivered by package-unit builders

Con

vent

iona

lN

ew te

chno

logi

es

SOE: Solid Oxide Electrolyzer ꞁ PEM = Proton Exchange Membrane ꞁ LOHC = Liquid Organic Hydrogen Carrier

LOHC

FillingStations

Liqueficationunit

RefillingStations

H2 / CH4Pipelines

MethanePyrolysis

Gasification

Steam-reformer

ElectrolyzerSOE


Methanol

PowerGeneration

Gas Engines

E-Fuels/Synthetic

Fuels

Ammonia

Refineries

PowerGenerationTurbines

Fuel Cells:Stationary/

Mobility

PressureAdaptation

Pressure-Swing-

Adsorption

Dryer Unit

LOHCCleaning

PressureVessels

CCSCavity

LiquefiedGas

Tankfarm

E-Fuels/Synthetic

Fuels

AmmoniaSynthesis

Gas to GridFeeder

LOHCDehydration

Unit

AmmoniaCracker

Gas-/Oil Pipelines

CarbonCapture and

Storage

(PowerRectifier)

WaterDemin-Unit

Oil, Gas,Coal

Oil, Gas

Coal

Water

LOHCChargingStation

PressureAdaptation

Unit

Methanation

NitrogenSeparation

Unit

UsageConversion/Storage/TransportH2 Production

Electrolyzer and Fuel Cell Production


Power-to-Chemicals

MembraneProduction

SealingProduction

ElectrodeProduction

StackAssembly

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H2

Hydrogen applicationHydrogen storage with LOHC

• Provides LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) solutions; chemical bondingof H2 molecules to a liquid carrier via catalytic for storage and transport(e.g. via truck)

• First reference project in 2015: Delivery of SILYZER, SIMATIC PCS 7 andcontrol cabinets

“For our first project in the US we benefited fromSiemens’ expertise with international standards,especially with regard to the control cabinets. We alsoknow that Siemens, we can rely on a partner with aworldwide presence.”

Dr. Daniel Teichmann, CEO of Hydrogenious

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H2

Hydrogen value chain – Conventional (grey H2) production in large conti-plants, green hydrogen in modular plants delivered by package-unit builders

Con

vent

iona

lN

ew te

chno

logi

es

SOE: Solid Oxide Electrolyzer ꞁ PEM = Proton Exchange Membrane ꞁ LOHC = Liquid Organic Hydrogen Carrier

LOHC

FillingStations

Liqueficationunit

RefillingStations

H2 / CH4Pipelines

MethanePyrolysis

Gasification

Steam-reformer

ElectrolyzerSOE


Methanol

PowerGeneration

Gas Engines

E-Fuels/Synthetic

Fuels

Ammonia

Refineries

PowerGenerationTurbines

Fuel Cells:Stationary/

Mobility

PressureAdaptation

Pressure-Swing-

Adsorption

Dryer Unit

LOHCCleaning

PressureVessels

CCSCavity

LiquefiedGas

Tankfarm

E-Fuels/Synthetic

Fuels

AmmoniaSynthesis

Gas to GridFeeder

LOHCDehydration

Unit

AmmoniaCracker

Gas-/Oil Pipelines

CarbonCapture and

Storage

(PowerRectifier)

WaterDemin-Unit

Oil, Gas,Coal

Oil, Gas

Coal

Water

LOHCChargingStation

PressureAdaptation

Unit

Methanation

NitrogenSeparation

Unit

UsageConversion/Storage/TransportH2 Production

Electrolyzer and Fuel Cell Production


Power-to-Chemicals

MembraneProduction

SealingProduction

ElectrodeProduction

StackAssembly

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H2

Direct AirCapture

CO-Elektrolysis

Fischer-TropschSynthesis

Hydro-Cracker

Hydrogen applicationPower-to-Liquid (PtL)

Source: http://www.kit.edu/kit/pi_2019_107_kohlendioxidneutrale-kraftstoffe-aus-luft-und-strom.php

H2O

AirDiesel …CO2 Steam E-CrudeSynGas, CO, 2H

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H2

SummarySiemens – Your partner along the Hydrogen value chain

• Hydrogen will play a key role to decarbonize the trans-portation, energy and industry sector with modular plants.

• Modular Plants allow scaling-up by numbering-up. Siemens’Automation portfolio perfectly supports such architectures.

• Industry customers enjoy process-simulation and cloud-based applications for improved operations performance.

• Package-unit builders and EPCs are finding in Siemens astrong partner for electrification, automation, analytics anddigitalization.

• Siemens Digital Industry portfolio, application know-howand project references are well-suited to help you to growin this emerging sector.

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H2

Disclaimer

© Siemens 2021

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