Rezultoj de la analizo montras, ke dependeco de plibonigo de energia efikeco kombinita kun CCUS kaj NEToj sole verŝajne ne estos kostefika vojo por profunda senkarbonigo de la HTA-sektoroj de Ĉinio, precipe pezaj industrioj.Pli specife, ĝeneraligita aplikado de pura hidrogeno en HTA-sektoroj povas helpi Ĉinion atingi karbonneŭtralecan koston efike kompare kun scenaro sen pura hidrogenproduktado kaj uzo.La rezultoj provizas fortan gvidon por la HTA-malkarboniga vojo de Ĉinio kaj valoran referencon por aliaj landoj alfrontantaj similajn defiojn.
Senkarbonigi industriajn sektorojn de HTA kun pura hidrogeno
Ni efektivigas integran malplej kostan optimumigon de mildigaj vojoj al karboneŭtraleco por Ĉinio en 2060. Kvar modelaj scenaroj estas difinitaj en Tabelo 1: negoco kiel kutime (BAU), la Nacie Determinitaj Kontribuoj de Ĉinio laŭ la Pariza Interkonsento (NDC), net- nul-emisioj kun sen-hidrogenaplikoj (NUL-NH) kaj net-nul-emisioj kun pura hidrogeno (NUL-H).HTA-sektoroj en ĉi tiu studo inkluzivas industrian produktadon de cemento, fero kaj ŝtalo kaj ŝlosilaj kemiaĵoj (inkluzive de amoniako, sodo kaj kaŭstika sodo) kaj pezan transporton, inkluzive de kamionado kaj hejma kargado.Plenaj detaloj estas provizitaj en la sekcio Metodoj kaj Suplementaj Notoj 1–5.Koncerne la fer-ŝtalan sektoron, la domina parto de ekzistanta produktado en Ĉinio (89,6%) estas per la baza oksigen-altforna procezo, ŝlosila defio por profunda senkarbonigo de ĉi tiu.
industrio.La procezo de elektra arka forno konsistis nur 10,4% de la totala produktado en Ĉinio en 2019, tio estas 17,5% malpli ol la monda averaĝa parto kaj 59,3% malpli ol tiu por Usono18.Ni analizis 60 ŝlosilajn ŝtalfabrikajn emisiojn mildigajn teknologiojn en la modelo kaj klasifikis ilin en ses kategoriojn (Fig. 2a): plibonigo de materiala efikeco, altnivela teknologia agado, elektrizo, CCUS, verda hidrogeno kaj blua hidrogeno (Aldona Tabelo 1).Komparante la sistemajn kostooptimumigojn de ZERO-H kun NDC kaj ZERO-NH-scenaroj montras ke inkludo de puraj hidrogenopcioj donus rimarkindan karbonredukton pro enkonduko de hidrogen-rekta redukto de fero (hidrogen-DRI) procezoj.Notu, ke hidrogeno povas funkcii ne nur kiel energifonto en ŝtalproduktado sed ankaŭ kiel karbon-malpliiga reduktanta agento sur suplementa bazo en la Altforno-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) procezo kaj 100% en la hidrogeno-DRI-itinero.Sub ZERO-H, la parto de BF-BOF estus reduktita al 34% en 2060, kun 45% elektra arka forno kaj 21% hidrogeno-DRI, kaj pura hidrogeno liverus 29% de totala fina energipostulo en la sektoro.Kun la krado prezo por suna kaj vento energio atendita almalkresko al USUS$ 38-40MWh−1 en 205019, la kosto de verda hidrogeno
ankaŭ malkreskos, kaj la vojo 100% hidrogeno-DRI povas ludi pli gravan rolon ol antaŭe rekonita.Koncerne cementoproduktadon, la modelo inkluzivas 47 ŝlosilajn mildigajn teknologiojn tra la produktadaj procezoj klasifikitaj en ses kategoriojn (Aldonaj Tabeloj 2 kaj 3): energiefikeco, alternativaj fueloj, reduktado de la rilatumo klinker-al-cemento, CCUS, verda hidrogeno kaj blua hidrogeno ( Fig. 2b).Rezultoj montras, ke plibonigitaj energio-efikecteknologioj povas redukti nur 8-10% de la totalaj CO2-emisioj en la cementosektoro, kaj malŝparo-varma kungenerado kaj oksifuelteknologioj havos limigitan mildigan efikon (4-8%).Teknologioj por redukti la klinker-al-cemento-proporcion povas doni relative altan karbonmildigon (50-70%), plejparte inkluzive de senkarbonigitaj krudaĵoj por skorioproduktado uzanta granulitan altfornan skoron, kvankam kritikistoj pridubas ĉu la rezulta cemento retenos siajn esencajn kvalitojn.Sed nunaj rezultoj indikas, ke utiligo de hidrogeno kune kun CCUS povus helpi la cementan sektoron atingi preskaŭ nulan CO2-emisiojn en 2060.
En la ZERO-H-scenaro, 20 hidrogen-bazitaj teknologioj (el la 47 mildigaj teknologioj) venas en ludon en cementoproduktado.Ni trovas, ke la averaĝa karbono-malaltiga kosto de hidrogenaj teknologioj estas pli malalta ol tipaj CCUS kaj fuelŝanĝaj aliroj (Fig. 2b).Krome, verda hidrogeno estas atendita esti pli malmultekosta ol blua hidrogeno post 2030 kiel diskutite detale malsupre, je proksimume USUS$ 0.7–US$ 1.6 kg−1 H2 (ref. 20), alportante signifajn CO2-reduktojn en la zorgado de industria varmeco en cementfarado. .Nunaj rezultoj montras, ke ĝi povas redukti 89–95% de la CO2 de la hejtado en la industrio de Ĉinio (Fig. 2b, teknologioj).
28-47), kiu estas kongrua kun la takso de la Hidrogena Konsilio de 84-92% (ref. 21).Clinkerprocezaj emisioj de CO2 devas esti malpliigitaj de CCUS en kaj NUL-H kaj NUL-NH.Ni ankaŭ simulas uzon de hidrogeno kiel krudmaterialo en produktado de amoniako, metano, metanolo kaj aliaj kemiaĵoj listigitaj en la modelpriskribo.En la ZERO-H-scenaro, gas-bazita amoniako produktado kun hidrogena varmo gajnos 20% parton de totala produktado en 2060 (Fig. 3 kaj Suplementa Tabelo 4).La modelo inkluzivas kvar specojn de metanolaj produktadoteknologioj: karbo al metanolo (CTM), kolaogaso al metanolo (CGTM), tergaso al metanolo (NTM) kaj CGTM/NTM kun hidrogenvarmo.En la ZERO-H-scenaro, CGTM/NTM kun hidrogena varmo povas atingi 21%-produktadparton en 2060 (Fig. 3).Kemiaĵoj ankaŭ estas potencialenergiaj portantoj de hidrogeno.Surbaze de nia integra analizo, hidrogeno povas konsisti el 17% de fina energikonsumo por varmoprovizo en la kemia industrio antaŭ 2060. Kune kun bioenergio (18%) kaj elektro (32%), hidrogeno havas gravan rolon por ludi en 
dekarbonigo de la HTA-kemia industrio de Ĉinio (Fig. 4a).
Fig. 2 |Karbon-mildigpotencialo kaj reduktokostoj de esencaj mildigaj teknologioj.a, Ses kategorioj de 60 ŝlosilaj ŝtalfabrikaj ellasaj mildigaj teknologioj.b, Ses kategorioj de 47 ŝlosilaj cementaj ellasaj mildigaj teknologioj.La teknologioj estas listigitaj laŭ nombro, kun respondaj difinoj inkluzivitaj en Suplementa Tabelo 1 por a kaj Suplementa Tabelo 2 por b.La teknologiaj pretaj niveloj (TRL) de ĉiu teknologio estas markitaj: TRL3, koncepto;TRL4, malgranda prototipo;TRL5, granda prototipo;TRL6, plena prototipo ĉe skalo;TRL7, antaŭkomerca manifestacio;TRL8, demonstracio;TRL10, frua adopto;TRL11, matura.
Senkarbonigi HTA-transportreĝimojn per pura hidrogeno Surbaze de la modelaj rezultoj, hidrogeno ankaŭ havas grandan potencialon por senkarbonigi la transportan sektoron de Ĉinio, kvankam ĝi bezonos tempon.Aldone al LDVoj, aliaj transportreĝimoj analizitaj en la modelo inkludas flotbusojn, kamionojn (malpezajn/malgrandajn/mezajn/pezajn), hejmajn kargadojn kaj fervojojn, kovrante plej multajn transportojn en Ĉinio.Por LDV-oj, elektraj veturiloj aspektas resti kostkonkurencivaj en la estonteco.En ZERO-H, hidrogena fuelpilo (HFC) penetrado de la LDV-merkato atingos nur 5% en 2060 (Fig. 3).Por flotbusoj, aliflanke, HFC-busoj estos pli kostkonkurencivaj ol elektraj alternativoj en 2045 kaj konsistos 61% de la totala floto en 2060 en la ZERO-H-scenaro, kun la resto elektra (Fig. 3).Koncerne kamionojn, la rezultoj varias laŭ ŝarĝofteco.Elektra propulso veturos pli ol duonon de la totala malpeza kamionfloto antaŭ 2035 en ZERO-NH.Sed en ZERO-H, HFC-malpezaj kamionoj estos pli konkurencivaj ol elektraj malpezaj kamionoj antaŭ 2035 kaj konsistos 53% de la merkato antaŭ 2060. Koncerne pezajn kamionojn, HFC-pezaj kamionoj atingus 66% de la merkato en 2060 en la ZERO-H-scenaro.Diesel/bio-diesel/CNG (kunpremita natura gaso) HDV-oj (pezaj veturiloj) forlasos la merkaton post 2050 en ambaŭ scenaroj ZERO-NH kaj ZERO-H (Fig. 3).HFC-veturiloj havas plian avantaĝon super elektraj veturiloj en sia pli bona agado en malvarmaj kondiĉoj, grava en norda kaj okcidenta Ĉinio.Preter vojtransporto, la modelo montras ĝeneraligitan adopton de hidrogenteknologioj en kargado en la ZERO-H-scenaro.Enlanda ekspedado de Ĉinio estas tre energi-intensa kaj aparte malfacila defio pri senkarbonigo.Pura hidrogeno, precipe kiel a
krudmaterialo por amoniako, disponigas eblon por sendado de senkarbonigo.La malplej kostita solvo en la ZERO-H-scenaro rezultigas 65% penetron de amoniako-fuelitaj kaj 12% de hidrogen-fuelitaj ŝipoj en 2060 (Fig. 3).En ĉi tiu scenaro, hidrogeno konsistigos mezumon de 56% de la fina energikonsumo de la tuta transporta sektoro en 2060. Ni ankaŭ modeligis hidrogenan uzon en loĝhejtado (Kuldona Noto 6), sed ĝia adopto estas nekonsiderinda kaj ĉi tiu artikolo fokusiĝas pri hidrogenuzo en HTA-industrioj kaj peza transporto.Kostŝparo de karboneŭtraleco uzante puran hidrogenon La karboneŭtrala estonteco de Ĉinio estos karakterizita per renoviĝanta energio-regado, kun forigo de karbo en ĝia primara energikonsumo (Fig. 4).Ne-fosiliaj fueloj konsistas el 88% de la primara energimiksaĵo en 2050 kaj 93% en 2060 sub ZERO-H.Vento kaj suna provizos duonon de primara energikonsumo en 2060. Averaĝe, nacie, la pura hidrogena parto de totala fina energio. konsumo (TFEC) povus atingi 13% en 2060. Konsiderante regionan heterogenecon de produktadkapacitoj en ŝlosilaj industrioj laŭ regionoj (Aldona Tabelo 7), ekzistas dek provincoj kun hidrogenaj akcioj de TFEC pli altaj ol la nacia mezumo, inkluzive de Interna Mongolio, Fuĝjano, Ŝandongo. kaj Gŭangdongo, movita per riĉaj sunaj kaj surteraj kaj enmaraj ventoresursoj kaj/aŭ multoblaj industriaj postuloj je hidrogeno.En la ZERO-NH-scenaro, la akumula investkosto por atingi karbonneŭtralecon ĝis 2060 estus 20.63 duilionoj USD, aŭ 1.58% de la entuta malneta enlanda produkto (MEP) por 2020-2060.La meza kroma investo jare estus proksimume 516 miliardoj USD jare.Tiu ĉi rezulto kongruas kun la mildiga plano de Ĉinio por 15 duilionoj USD ĝis 2050, averaĝa ĉiujara nova investo de 500 miliardoj USD (ref. 22).Tamen, enkonduko de puraj hidrogenaj elektoj en la energiosistemon kaj industriajn krudmaterialojn de Ĉinio en la ZERO-H-scenaro rezultigas signife pli malaltan akumulan investon de 18,91 duilionoj USD antaŭ 2060 kaj la ĉiujara.investo estus reduktita al malpli ol 1% de MEP en 2060 (Fig.4).Koncerne la HTA-sektorojn, la jara investkosto en tiujsektoroj estus proksimume 392 miliardoj USD je jaro en la NUL-NHscenaro, kiu kongruas kun la projekcio de la EnergioTransira Komisiono (USUS$ 400 miliardoj) (ref. 23).Tamen, se pura
hidrogeno estas integrigita en la energisistemo kaj kemiaj krudmaterialoj, la ZERO-H-scenaro indikas ke la ĉiujara investkosto en HTA-sektoroj povus esti reduktita al USUS$ 359 miliardoj, ĉefe reduktante dependecon de multekostaj CCUS aŭ REToj.Niaj rezultoj sugestas, ke la uzo de pura hidrogeno povas ŝpari 1.72 duilionojn da usonaj dolaroj en investkosto kaj eviti 0.13% perdon en la entuta MEP (2020–2060) kompare kun vojo sen hidrogeno ĝis 2060.
Fig. 3 |Teknologia penetro en tipaj HTA-sektoroj.Rezultoj laŭ scenaroj BAU, NDC, ZERO-NH kaj ZERO-H (2020–2060).En ĉiu mejloŝtona jaro, la specifa teknologia penetro en malsamaj sektoroj estas montrita per la koloraj stangoj, kie ĉiu stango estas procento de penetro ĝis 100% (por plene ombrita krado).La teknologioj estas plue klasifikitaj per malsamaj tipoj (montritaj en la legendoj).CNG, kunpremita tergaso;LPG, likva nafta gaso;GNL, likva natura gaso;w/wo, kun aŭ sen;EAF, elektra arka forno;NSP, nova pendado preheater seka procezo;WHR, malŝparo varmo reakiro.
Afiŝtempo: Mar-13-2023
