HIDRÓGENO VERDE, ENERGÍA SOLAR Y SU IMPLEMENTACIÓN EN EL TRANSPORTE EN MINERÍA A CIELO ABIERTO CHILENA

Abstract

El consumo de energía a nivel nacional está marcado por la industria minera, llegando a consumir cerca del 16% del total de energía, sumando su procedencia tanto eléctrica como fósil. De esta manera, la industria minera es la de mayor consumo a nivel nacional. A su vez, las empresas mineras cuya explotación se produce mediante minería a cielo abierto, consume un 74% del consumo propio de la industria, lo que la posiciona como un actor relevante para el diseño y ejecución de acciones en torno al proceso de descarbonización. El presente estudio busca relacionar la energía solar como base para la producción de Hidrógeno Verde [H₂] en territorio nacional, y con ello, favorecer su posterior uso en la industria de la minería a cielo abierto. El uso de este combustible alternativo en la industria se verificará con la comparación entre matrices energéticas construidas en base a distintas distribuciones en su uso entre combustibles fósiles e Hidrógeno Verde. Esto se realizará con el fin de realizar un análisis cuantitativo en cuanto a los costos que conlleva el uso de combustibles en cada matriz como también las dificultades que se presenten para poder emplearla. A lo anterior, se suma, una comparación en la cantidad de gases efecto invernadero, en especial dióxido de carbono, entre cada matriz. Esto con el fin de poder realizar una estimación de los beneficios que conlleva la implementación de este tipo de combustible en la industria. Para ello, en este trabajo se presentan de cinco escenarios potenciales de penetración de hidrógeno en minería, considerando parámetros de consumo de combustible y emisiones de gases enfocados en la minería a cielo abierto chilena. Los escenarios se enfocan en el proceso de carguío y transporte en minería a cielo abierto, y considera una flota de 50 camiones de extracción de alto tonelaje o CAEX, con una capacidad de 300 toneladas de carga, potencia de 2.000 [kW] y un estanque con capacidad cercana a los mil galones. La introducción de H2 en dicha flota variara su como combustible distribuyéndose en 0%, 10%, 25%, 50% y 100% del total de la flota para los cinco es respectivamente. En base a esto, se realizará una comparación en el costo total de implementación y la cantidad de emisiones por cada caso. La mina modelo donde se emplazarán los movimientos tiene una producción de 85.000 toneladas de fino al año y un movimiento mina promedio mensual de 11.2 millones de toneladas de material, lo que la califica como gran minería. Este trabajo de memoria de título concluye en una reducción de costos de cerca de 24% en el total de inversión en combustibles pasando de una flota completamente potenciada por combustibles fósiles hacia una flota potenciada por Hidrógeno Verde, traduciéndose en cerca de los 8 millones de dólares anuales, para una flota de 50 equipos. Respecto de las emisiones se estima una reducción total, llegando a la carbono neutralidad una vez implementado el combustible verde en toda la flota, resultando en un total de 250.000 toneladas de dióxido de carbono anuales que no serán emitidas hacia la atmosfera, comparando los escenarios de 0 y 100% de flota utilizando hidrógeno verde como combustible.

Energy consumption at the national level is marked by the mining industry, consuming close to 16% of total energy, both from electricity and fossil fuels. Thus, the mining industry is the one with the highest consumption at national level. In turn, mining companies whose exploitation is produced by open-pit mining, consumes 74% of the industry's own consumption, which positions it as a relevant actor for the design and implementation of actions around the decarbonization process. The present study seeks to relate solar energy as a basis to produce Green Hydrogen [H₂] in national territory, and with this, favor its subsequent use in the open-pit mining industry. The use of this alternative fuel in the industry will be verified with the comparison between energy matrices built based on different distributions in its use between fossil fuels and Green Hydrogen. This will be done to perform a quantitative analysis in terms of the costs involved in the use of fuels in each matrix as well as the difficulties that arise to be able to use it. In addition to the above, a comparison of the amount of greenhouse gases, especially carbon dioxide, between each matrix will be made. This to be able to estimate the benefits of implementing this type of fuel in the industry. For this purpose, this work presents five potential scenarios of hydrogen penetration in mining, considering parameters of fuel consumption and gas emissions focused on Chilean open-pit mining. The scenarios focus on the loading and transportation process in open pit mining and consider a fleet of fifty high tonnage extraction trucks or CAEX, with a capacity of three hundred tons of cargo, power of 2,000 [kW] and a tank with a capacity of about one thousand gallons. The introduction of H2 in the fleet will vary as a fuel and will be distributed as 0%, 10%, 25%, 50% and 100% of the total fleet for the five years, respectively. Based on this, a comparison will be made on the total cost of implementation and the amount of emissions for each case. The model mine where the movements will be located has a production of 85,000 tons of fines per year and an average monthly mine movement of 11.2 million tons of material, which qualifies it as a large mine. This title memory work concludes in a cost reduction of about 24% in the total investment in fuels, going from a fleet completely powered by fossil fuels to a fleet powered by Green Hydrogen, translating into about eight million dollars per year, for a fleet of fifty pieces of equipment. Regarding emissions, a total reduction is estimated, reaching carbon neutrality once the green fuel is implemented in the entire fleet, resulting in a total of 250,000 tons of carbon dioxide per year that will not be emitted into the atmosphere, comparing the scenarios of 0 and 100% of the fleet using green hydrogen as fuel.