Ang mga resulta ng pagsusuri ay nagpapakita na ang pag-asa sa pagpapabuti ng kahusayan ng enerhiya na sinamahan ng CCUS at NETs lamang ay hindi malamang na maging isang cost-effective na landas para sa malalim na decarbonization ng mga sektor ng HTA ng China, lalo na ang mabibigat na industriya.Higit na partikular, ang malawakang paggamit ng malinis na hydrogen sa mga sektor ng HTA ay makakatulong sa China na makamit ang carbon neutrality na gastos nang epektibo kumpara sa isang senaryo na walang malinis na produksyon at paggamit ng hydrogen.Ang mga resulta ay nagbibigay ng matibay na patnubay para sa HTA decarbonization pathway ng China at isang mahalagang sanggunian para sa ibang mga bansang nahaharap sa mga katulad na hamon.
Decarbonizing HTA pang-industriya sektor na may malinis na hydrogen
Nagsasagawa kami ng pinagsama-samang pag-optimize ng least-cost ng mga mitigation pathway patungo sa carbon neutrality para sa China noong 2060. Apat na mga senaryo sa pagmomodelo ang tinukoy sa Talahanayan 1: business as usual (BAU), China's Nationally Determined Contributions under the Paris Agreement (NDC), net- zero emissions na may no-hydrogen applications (ZERO-NH) at net-zero emissions na may malinis na hydrogen (ZERO-H).Kabilang sa mga sektor ng HTA sa pag-aaral na ito ang pang-industriyang produksyon ng semento, bakal at bakal at mga pangunahing kemikal (kabilang ang ammonia, soda at caustic soda) at mabigat na transportasyon, kabilang ang trucking at domestic shipping.Ang buong detalye ay ibinibigay sa seksyong Mga Paraan at Mga Karagdagang Tala 1–5.Tungkol sa sektor ng bakal at bakal, ang nangingibabaw na bahagi ng umiiral na produksyon sa China (89.6%) ay sa pamamagitan ng pangunahing proseso ng oxygen-blast furnace, isang pangunahing hamon para sa malalim na decarbonization nito.
industriya.Ang proseso ng electric arc furnace ay binubuo lamang ng 10.4% ng kabuuang produksyon sa China noong 2019, na 17.5% na mas mababa kaysa sa average na bahagi ng mundo at 59.3% na mas mababa kaysa doon para sa United States18.Sinuri namin ang 60 pangunahing teknolohiya sa pagpapagaan ng emisyon sa paggawa ng asero sa modelo at inuri ang mga ito sa anim na kategorya (Larawan 2a): pagpapabuti ng kahusayan ng materyal, pagganap ng advanced na teknolohiya, electrification, CCUS, berdeng hydrogen at asul na hydrogen (Karagdagang Talahanayan 1).Ang paghahambing ng system cost optimizations ng ZERO-H sa NDC at ZERO-NH na mga sitwasyon ay nagpapakita na ang pagsasama ng malinis na mga opsyon sa hydrogen ay magbubunga ng kapansin-pansing pagbawas ng carbon dahil sa pagpapakilala ng hydrogen-direktang pagbabawas ng mga proseso ng bakal (hydrogen-DRI).Tandaan na ang hydrogen ay maaaring magsilbi hindi lamang bilang isang mapagkukunan ng enerhiya sa paggawa ng asero kundi pati na rin bilang isang carbon-abating reducing agent sa isang karagdagang batayan sa proseso ng Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) at 100% sa ruta ng hydrogen-DRI.Sa ilalim ng ZERO-H, ang bahagi ng BF-BOF ay mababawasan sa 34% sa 2060, na may 45% electric arc furnace at 21% hydrogen-DRI, at ang malinis na hydrogen ay magbibigay ng 29% ng kabuuang panghuling pangangailangan ng enerhiya sa sektor.Sa presyo ng grid para sa solar at wind power na inaasahan nabumaba sa US$38–40MWh−1 noong 205019, ang halaga ng berdeng hydrogen
ay bababa din, at ang 100% hydrogen-DRI ruta ay maaaring gumanap ng isang mas mahalagang papel kaysa sa naunang nakilala.Tungkol sa produksyon ng semento, kasama sa modelo ang 47 pangunahing teknolohiya sa pagpapagaan sa mga proseso ng produksyon na inuri sa anim na kategorya (Mga Pandagdag na Talahanayan 2 at 3): kahusayan sa enerhiya, alternatibong mga gatong, pagbabawas ng ratio ng klinker-to-semento, CCUS, berdeng hydrogen at asul na hydrogen ( Larawan 2b).Ipinapakita ng mga resulta na ang mga pinahusay na teknolohiya sa kahusayan ng enerhiya ay makakabawas lamang ng 8–10% ng kabuuang mga emisyon ng CO2 sa sektor ng semento, at ang waste-heat cogeneration at mga teknolohiyang oxy-fuel ay magkakaroon ng limitadong epekto sa pagpapagaan (4–8%).Ang mga teknolohiya upang bawasan ang ratio ng clinker-to-cement ay maaaring magbunga ng medyo mataas na carbon mitigation (50–70%), pangunahin kasama ang mga decarbonized na hilaw na materyales para sa paggawa ng klinker gamit ang granulated blast furnace slag, bagama't ang mga kritiko ay nagtatanong kung ang resultang semento ay mananatili sa mga mahahalagang katangian nito.Ngunit ang kasalukuyang mga resulta ay nagpapahiwatig na ang paggamit ng hydrogen kasama ng CCUS ay maaaring makatulong sa sektor ng semento na makamit ang halos zero na paglabas ng CO2 sa 2060.
Sa ZERO-H scenario, 20 teknolohiyang nakabatay sa hydrogen (sa 47 na teknolohiya sa pagpapagaan) ang naglaro sa paggawa ng semento.Nalaman namin na ang average na carbon abatement cost ng hydrogen technologies ay mas mababa kaysa sa karaniwang CCUS at fuel switching approach (Fig. 2b).Higit pa rito, inaasahang magiging mas mura ang berdeng hydrogen kaysa sa asul na hydrogen pagkatapos ng 2030 gaya ng tinalakay nang detalyado sa ibaba, sa humigit-kumulang US$0.7–US$1.6 kg−1 H2 (ref. 20), na nagdudulot ng makabuluhang pagbabawas ng CO2 sa pagbibigay ng init sa industriya sa paggawa ng semento .Ipinapakita ng mga kasalukuyang resulta na maaari nitong bawasan ang 89–95% ng CO2 mula sa proseso ng pag-init sa industriya ng China (Fig. 2b, mga teknolohiya
28–47), na naaayon sa pagtatantya ng Hydrogen Council na 84–92% (ref. 21).Ang clinker process emissions ng CO2 ay dapat mabawasan ng CCUS sa parehong ZERO-H at ZERO-NH.Ginagaya din namin ang paggamit ng hydrogen bilang isang feedstock sa paggawa ng ammonia, methane, methanol at iba pang mga kemikal na nakalista sa paglalarawan ng modelo.Sa senaryo ng ZERO-H, ang produksyon ng ammonia na nakabatay sa gas na may init ng hydrogen ay makakakuha ng 20% na bahagi ng kabuuang produksyon noong 2060 (Larawan 3 at Karagdagang Talahanayan 4).Kasama sa modelo ang apat na uri ng mga teknolohiya sa paggawa ng methanol: coal to methanol (CTM), coke gas to methanol (CGTM), natural gas to methanol (NTM) at CGTM/NTM na may hydrogen heat.Sa ZERO-H scenario, ang CGTM/NTM na may hydrogen heat ay makakamit ng 21% production share noong 2060 (Fig. 3).Ang mga kemikal ay mga potensyal na tagapagdala din ng enerhiya ng hydrogen.Sa batayan ng aming pinagsama-samang pagsusuri, ang hydrogen ay maaaring buuin ng 17% ng panghuling pagkonsumo ng enerhiya para sa pagkakaloob ng init sa industriya ng kemikal pagsapit ng 2060. Kasama ng bioenergy (18%) at kuryente (32%), ang hydrogen ay may malaking papel na gagampanan sa 
decarbonization ng HTA chemical industry ng China (Fig. 4a).
Larawan 2 |Mga potensyal na pagpapagaan ng carbon at mga gastos sa pagbabawas ng mga pangunahing teknolohiya sa pagpapagaan.a, Anim na kategorya ng 60 pangunahing teknolohiya sa pagpapagaan ng paggawa ng asero.b, Anim na kategorya ng 47 pangunahing teknolohiya sa pagpapagaan ng emisyon ng semento.Ang mga teknolohiya ay nakalista ayon sa numero, na may kaukulang mga kahulugan na kasama sa Karagdagang Talahanayan 1 para sa a at Karagdagang Talahanayan 2 para sa b.Ang mga antas ng pagiging handa ng teknolohiya (TRL) ng bawat teknolohiya ay minarkahan: TRL3, konsepto;TRL4, maliit na prototype;TRL5, malaking prototype;TRL6, buong prototype sa sukat;TRL7, pre-commercial na pagpapakita;TRL8, pagpapakita;TRL10, maagang pag-aampon;TRL11, mature.
Pagde-decarbonize ng mga mode ng transportasyon ng HTA gamit ang malinis na hydrogen Sa batayan ng mga resulta ng pagmomodelo, malaki rin ang potensyal ng hydrogen na i-decarbonize ang sektor ng transportasyon ng China, bagama't magtatagal ito.Bilang karagdagan sa mga LDV, ang iba pang mga transport mode na nasuri sa modelo ay kinabibilangan ng mga fleet bus, trak (magaan/maliit/medium/mabigat), domestic shipping at mga riles, na sumasaklaw sa karamihan ng transportasyon sa China.Para sa mga LDV, ang mga de-koryenteng sasakyan ay mukhang mananatiling mapagkumpitensya sa gastos sa hinaharap.Sa ZERO-H, ang hydrogen fuel cell (HFC) penetration ng LDV market ay aabot lamang sa 5% sa 2060 (Fig. 3).Para sa mga fleet bus, gayunpaman, ang mga HFC bus ay magiging mas mapagkumpitensya sa gastos kaysa sa mga alternatibong de-kuryente sa 2045 at bubuo ng 61% ng kabuuang fleet noong 2060 sa ZERO-H scenario, kasama ang natitirang electric (Fig. 3).Tulad ng para sa mga trak, ang mga resulta ay nag-iiba ayon sa rate ng pagkarga.Ang electric propulsion ay magdadala ng higit sa kalahati ng kabuuang light-duty truck fleet pagsapit ng 2035 sa ZERO-NH.Ngunit sa ZERO-H, ang mga HFC light-duty na trak ay magiging mas mapagkumpitensya kaysa sa mga electric light-duty na trak sa 2035 at bubuo ng 53% ng merkado sa 2060. Tungkol sa mga heavy-duty na trak, ang mga heavy-duty na trak ng HFC ay aabot sa 66% ng market noong 2060 sa ZERO-H na senaryo.Ang mga Diesel/bio-diesel/CNG (compressed natural gas) HDV (mga heavy-duty na sasakyan) ay aalis sa merkado pagkatapos ng 2050 sa parehong ZERO-NH at ZERO-H na mga sitwasyon (Fig. 3).Ang mga sasakyang HFC ay may karagdagang kalamangan sa mga de-kuryenteng sasakyan sa kanilang mas mahusay na pagganap sa malamig na mga kondisyon, mahalaga sa hilagang at kanlurang Tsina.Higit pa sa transportasyon sa kalsada, ipinapakita ng modelo ang malawakang paggamit ng mga teknolohiyang hydrogen sa pagpapadala sa ZERO-H na senaryo.Ang domestic shipping ng China ay napakalakas ng enerhiya at isang mahirap na hamon sa decarbonization.Malinis na hydrogen, lalo na bilang a
feedstock para sa ammonia, ay nagbibigay ng opsyon para sa pagpapadala ng decarbonization.Ang pinakamababang gastos na solusyon sa ZERO-H scenario ay nagreresulta sa 65% penetration ng ammonia-fuelled at 12% ng hydrogen-fuelled na mga barko noong 2060 (Fig. 3).Sa sitwasyong ito, ang hydrogen ay magkakaroon ng average na 56% ng panghuling pagkonsumo ng enerhiya ng buong sektor ng transportasyon noong 2060. Nagmodelo din kami ng paggamit ng hydrogen sa residential heating (Karagdagang Tandaan 6), ngunit ang pag-aampon nito ay bale-wala at ang papel na ito ay nakatuon sa paggamit ng hydrogen sa mga industriya ng HTA at heavy-duty na transportasyon.Ang pagtitipid sa gastos ng carbon neutrality gamit ang malinis na hydrogen Ang carbon-neutral na hinaharap ng China ay mailalarawan ng renewable energy dominance, na may pag-phase out ng karbon sa pangunahing pagkonsumo ng enerhiya nito (Fig. 4).Ang mga non-fossil fuels ay binubuo ng 88% ng pangunahing pinaghalong enerhiya noong 2050 at 93% noong 2060 sa ilalim ng ZERO-H. Ang hangin at solar ay magbibigay ng kalahati ng pangunahing pagkonsumo ng enerhiya sa 2060. Sa karaniwan, sa buong bansa, ang malinis na bahagi ng hydrogen ng kabuuang panghuling enerhiya ang pagkonsumo (TFEC) ay maaaring umabot sa 13% sa 2060. Isinasaalang-alang ang rehiyonal na heterogeneity ng mga kapasidad ng produksyon sa mga pangunahing industriya ayon sa rehiyon (Karagdagang Talahanayan 7), mayroong sampung lalawigan na may bahagi ng hydrogen ng TFEC na mas mataas kaysa sa pambansang average, kabilang ang Inner Mongolia, Fujian, Shandong at Guangdong, na hinimok ng mayamang solar at onshore at offshore wind resources at/o maramihang pang-industriya na pangangailangan para sa hydrogen.Sa ZERO-NH scenario, ang pinagsama-samang gastos sa pamumuhunan upang makamit ang carbon neutrality hanggang 2060 ay magiging $20.63 trilyon, o 1.58% ng pinagsama-samang gross domestic product (GDP) para sa 2020–2060.Ang average na karagdagang pamumuhunan sa taunang batayan ay aabot sa US$516 bilyon bawat taon.Ang resultang ito ay naaayon sa US$15 trilyong plano sa pagpapagaan ng China hanggang 2050, isang average na taunang bagong pamumuhunan na US$500 bilyon (ref. 22).Gayunpaman, ang pagpapasok ng malinis na mga opsyon sa hydrogen sa sistema ng enerhiya ng China at mga pang-industriyang feedstock sa ZERO-H scenario ay nagreresulta sa isang makabuluhang mas mababang pinagsama-samang pamumuhunan na US$18.91 trilyon pagsapit ng 2060 at ang taunangang pamumuhunan ay mababawasan sa mas mababa sa 1% ng GDP sa 2060 (Fig.4).Tungkol sa mga sektor ng HTA, ang taunang gastos sa pamumuhunan sa mga iyonang mga sektor ay aabot sa US$392 bilyon bawat taon sa ZERO-NHsenaryo, na naaayon sa projection ng EnergyTransition Commission (US$400 bilyon) (ref. 23).Gayunpaman, kung malinis
ang hydrogen ay isinama sa sistema ng enerhiya at mga chemical feedstock, ang ZERO-H scenario ay nagpapahiwatig na ang taunang gastos sa pamumuhunan sa mga sektor ng HTA ay maaaring bawasan sa US$359 bilyon, pangunahin sa pamamagitan ng pagbabawas ng pag-asa sa mga mahal na CCUS o NETs.Iminumungkahi ng aming mga resulta na ang paggamit ng malinis na hydrogen ay makakatipid ng US$1.72 trilyon sa gastos sa pamumuhunan at maiwasan ang 0.13% na pagkawala sa pinagsama-samang GDP (2020–2060) kumpara sa isang pathway na walang hydrogen hanggang 2060.
Larawan 3 |Pagpasok ng teknolohiya sa mga tipikal na sektor ng HTA.Mga resulta sa ilalim ng BAU, NDC, ZERO-NH at ZERO-H na mga sitwasyon (2020–2060).Sa bawat milestone na taon, ang partikular na pagpasok ng teknolohiya sa iba't ibang sektor ay ipinapakita ng mga may kulay na bar, kung saan ang bawat bar ay isang porsyento ng penetration hanggang 100% (para sa isang ganap na shaded na sala-sala).Ang mga teknolohiya ay higit na inuri ayon sa iba't ibang uri (ipinapakita sa mga alamat).CNG, compressed natural gas;LPG, likidong petrolyo gas;LNG, likidong natural na gas;w/wo, mayroon man o wala;EAF, electric arc furnace;NSP, bagong suspension preheater dry process;WHR, pagbawi ng init ng basura.
Oras ng post: Mar-13-2023
