Резултатите од анализата покажуваат дека потпирањето на подобрување на енергетската ефикасност комбинирано само со CCUS и NETs веројатно нема да биде економичен пат за длабока декарбонизација на кинеските сектори за HTA, особено тешките индустрии.Поконкретно, широката примена на чист водород во секторите на HTA може да и помогне на Кина да постигне јаглеродна неутралност економично во споредба со сценарио без производство и употреба на чист водород.Резултатите обезбедуваат силни насоки за патеката на декарбонизација на HTA во Кина и вредна референца за другите земји кои се соочуваат со слични предизвици.
Декарбонизирање на индустриските сектори на HTA со чист водород
Ние спроведуваме интегрирана оптимизација со најниска цена на патеките за ублажување до јаглеродна неутралност за Кина во 2060 година. Четири сценарија за моделирање се дефинирани во Табела 1: бизнис како вообичаено (BAU), национално определени придонеси на Кина според Парискиот договор (NDC), нето- нула емисии со примена без водород (ZERO-NH) и нето-нула емисии со чист водород (ZERO-H).Секторите за HTA во оваа студија вклучуваат индустриско производство на цемент, железо и челик и клучни хемикалии (вклучувајќи амонијак, сода и каустична сода) и тежок транспорт, вклучително и транспорт со камиони и домашен превоз.Целосните детали се дадени во делот Методи и Дополнителни белешки 1-5.Во однос на секторот за железо и челик, доминантниот удел на постојното производство во Кина (89,6%) е со основниот процес на кислородна висока печка, клучен предизвик за длабока декарбонизација на оваа
индустријата.Процесот на електрични лачни печки сочинува само 10,4% од вкупното производство во Кина во 2019 година, што е за 17,5% помалку од светскиот просечен удел и 59,3% помалку од оној за Соединетите држави18.Анализиравме 60 клучни технологии за ублажување на емисиите при производство на челик во моделот и ги класифициравме во шест категории (слика 2а): подобрување на ефикасноста на материјалот, перформанси на напредна технологија, електрификација, CCUS, зелен водород и син водород (Дополнителна табела 1).Споредувањето на системските оптимизации на трошоците на ZERO-H со сценаријата NDC и ZERO-NH покажува дека вклучувањето на опциите за чист водород би донело значително намалување на јаглеродот поради воведувањето на процесите на директно намалување на водородот на железо (водород-DRI).Имајте на ум дека водородот може да служи не само како извор на енергија во производството на челик, туку и како средство за намалување на јаглеродот на дополнителна основа во процесот на висока печка-Основна кислородна печка (BF-BOF) и 100% во рутата водород-ДРИ.Под ZERO-H, учеството на BF-BOF би се намалило на 34% во 2060 година, со 45% електрични лачни печки и 21% водород-DRI, а чистиот водород би обезбедувал 29% од вкупната побарувачка за финална енергија во секторот.Со мрежната цена за соларна и ветерна енергија се очекува дапад на US$38–40MWh–1 во 205019 година, цената на зелениот водород
исто така ќе опадне, а 100% водород-ДРИ рутата може да игра поважна улога од претходно препознаената.Што се однесува до производството на цемент, моделот вклучува 47 клучни технологии за ублажување низ производните процеси класифицирани во шест категории (Дополнителни табели 2 и 3): енергетска ефикасност, алтернативни горива, намалување на односот клинкер-цемент, CCUS, зелен водород и син водород ( Сл. 2б).Резултатите покажуваат дека подобрените технологии за енергетска ефикасност може да намалат само 8-10% од вкупните емисии на CO2 во цементниот сектор, а комбинираното производство на отпадна топлина и технологиите за оксиогориво ќе имаат ограничен ефект на ублажување (4-8%).Технологиите за намалување на односот клинкер-цемент може да дадат релативно високо ублажување на јаглеродот (50-70%), главно вклучувајќи декарбонизирани суровини за производство на клинкер со користење на гранулирана згура од високи печки, иако критичарите се прашуваат дали добиениот цемент ќе ги задржи своите суштински квалитети.Но, сегашните резултати покажуваат дека користењето на водород заедно со CCUS може да му помогне на цементниот сектор да постигне речиси нула емисии на CO2 во 2060 година.
Во сценариото ZERO-H, 20 технологии базирани на водород (од 47 технологии за ублажување) влегуваат во игра во производството на цемент.Откривме дека просечната цена за намалување на јаглеродот на водородните технологии е пониска од типичните пристапи за CCUS и префрлување гориво (сл. 2б).Понатаму, зелениот водород се очекува да биде поевтин од синиот водород по 2030 година, како што е детално дискутирано подолу, од околу 0,7-1,6 американски долари кг-1 H2 (реф. 20), што ќе донесе значително намалување на CO2 во обезбедувањето на индустриска топлина во производството на цемент. .Тековните резултати покажуваат дека може да намали 89-95% од CO2 од процесот на греење во кинеската индустрија (сл. 2б, технологии
28–47), што е во согласност со проценката на Советот за водород од 84–92% (уп. 21).Емисиите на CO2 од процесот на клинкер мора да се намалат со CCUS и во НУЛА-H и НУЛА-НХ.Ние, исто така, симулираме употреба на водород како суровина во производството на амонијак, метан, метанол и други хемикалии наведени во описот на моделот.Во сценариото НУЛА-H, производството на амонијак базирано на гас со топлина на водород ќе добие 20% удел од вкупното производство во 2060 година (сл. 3 и дополнителна табела 4).Моделот вклучува четири вида технологии за производство на метанол: јаглен до метанол (CTM), гас од кокс до метанол (CGTM), природен гас до метанол (NTM) и CGTM/NTM со топлина на водород.Во сценариото ZERO-H, CGTM/NTM со водородна топлина може да постигне удел во производството од 21% во 2060 година (сл. 3).Хемикалии се исто така потенцијални енергетски носители на водородот.Врз основа на нашата интегрирана анализа, водородот може да сочинува 17% од финалната потрошувачка на енергија за снабдување со топлина во хемиската индустрија до 2060 година. Заедно со биоенергијата (18%) и електричната енергија (32%), водородот има главна улога во 
декарбонизација на кинеската хемиска индустрија HTA (Сл. 4а).
Сл. 2 |Потенцијалот за ублажување на јаглеродот и трошоците за намалување на клучните технологии за ублажување.a, Шест категории од 60 клучни технологии за ублажување на емисиите при производство на челик.б, Шест категории од 47 клучни технологии за ублажување на емисиите на цемент.Технологиите се наведени по број, со соодветните дефиниции вклучени во Дополнителната табела 1 за a и Дополнителната табела 2 за b.Нивоата на технолошка подготвеност (TRL) на секоја технологија се означени: TRL3, концепт;TRL4, мал прототип;TRL5, голем прототип;TRL6, целосен прототип во обем;TRL7, пред-комерцијална демонстрација;TRL8, демонстрација;TRL10, рано усвојување;TRL11, зрел.
Декарбонизирање на транспортните начини на HTA со чист водород Врз основа на резултатите од моделирањето, водородот исто така има голем потенцијал да го декарбонизира транспортниот сектор во Кина, иако за тоа ќе биде потребно време.Покрај LDV, другите начини на транспорт анализирани во моделот вклучуваат флота автобуси, камиони (лесни/мали/средни/тешки), домашен превоз и железници, покривајќи го најголемиот дел од транспортот во Кина.За LDV, електричните возила се чини дека ќе останат конкурентни на трошоците во иднина.Во ZERO-H, пенетрацијата на водородните горивни ќелии (HFC) на пазарот на LDV ќе достигне само 5% во 2060 година (сл. 3).За автобусите на возниот парк, сепак, автобусите со HFC ќе бидат поконкурентни за трошоците од електричните алтернативи во 2045 година и ќе сочинуваат 61% од вкупниот возен парк во 2060 година во сценариото НУЛА-H, а остатокот е електричен (Сл. 3).Што се однесува до камионите, резултатите се разликуваат според стапката на оптоварување.Електричниот погон ќе вози повеќе од половина од вкупната флота на лесни камиони до 2035 година во ZERO-NH.Но, во ZERO-H, лесните камиони HFC ќе бидат поконкурентни од електричните лесни камиони до 2035 година и ќе сочинуваат 53% од пазарот до 2060 година. Што се однесува до тешките камиони, тешките камиони HFC ќе достигнат 66% од пазар во 2060 година во сценариото НУЛА-H.Дизел/био-дизел/CNG (компресиран природен гас) HDV (тешки возила) ќе го напуштат пазарот по 2050 година и во сценаријата ZERO-NH и ZERO-H (Сл. 3).Возилата со HFC имаат дополнителна предност во однос на електричните возила во нивните подобри перформанси во студени услови, важни во северна и западна Кина.Надвор од патниот транспорт, моделот покажува широко усвојување на водородни технологии во превозот во сценариото ZERO-H.Домашното транспортирање на Кина е многу енергетски интензивно и особено тежок предизвик за декарбонизација.Чист водород, особено како а
суровина за амонијак, обезбедува опција за транспортирање декарбонизација.Најевтиното решение во сценариото НУЛА-H резултира со пенетрација на 65% на бродови со амонијак и 12% на бродови на водород во 2060 година (сл. 3).Во ова сценарио, водородот ќе претставува просечно 56% од потрошувачката на финална енергија на целиот транспортен сектор во 2060 година. употреба на водород во HTA индустриите и тешкиот транспорт.Заштеда на трошоците за неутралност на јаглеродот со користење на чист водород Јаглерод-неутралната иднина на Кина ќе се карактеризира со доминација на обновливата енергија, со постепено исфрлање на јагленот во неговата примарна потрошувачка на енергија (сл. 4).Нефосилните горива сочинуваат 88% од примарниот енергетски микс во 2050 година и 93% во 2060 година под НУЛА-H. Ветерот и сонцето ќе обезбедат половина од потрошувачката на примарна енергија во 2060 година. Во просек, на национално ниво, уделот на чист водород во вкупната финална енергија потрошувачката (TFEC) би можела да достигне 13% во 2060 година. Со оглед на регионалната хетерогеност на производствените капацитети во клучните индустрии по региони (Дополнителна табела 7), постојат десет провинции со удел на водород на TFEC повисоки од националниот просек, вклучувајќи ги Внатрешна Монголија, Фуџијан, Шандонг и Гуангдонг, поттикнати од богатите соларни и копнени и крајбрежни ветерни ресурси и/или повеќекратни индустриски барања за водород.Во сценариото НУЛА-НХ, кумулативниот инвестициски трошок за постигнување на јаглеродна неутралност до 2060 година би бил 20,63 трилиони американски долари, или 1,58% од вкупниот бруто-домашен производ (БДП) за 2020-2060 година.Просечната дополнителна инвестиција на годишно ниво би била околу 516 милијарди американски долари годишно.Овој резултат е конзистентен со кинескиот план за ублажување од 15 трилиони американски долари до 2050 година, просечна годишна нова инвестиција од 500 милијарди американски долари (реф. 22).Сепак, воведувањето опции за чист водород во енергетскиот систем на Кина и индустриските суровини во сценариото НУЛА-H резултира со значително помала кумулативна инвестиција од 18,91 трилиони американски долари до 2060 година и годишнатаинвестициите би се намалиле на помалку од 1% од БДП во 2060 година (Сл.4).Во однос на HTA секторите, годишниот трошок за инвестирање во тиесектори би биле околу 392 милијарди американски долари годишно во НУЛА-НХсценарио, кое е во согласност со проекцијата на ЕнергијатаКомисија за транзиција (400 милијарди американски долари) (уп. 23).Меѓутоа, ако е чист
водородот е инкорпориран во енергетскиот систем и хемиските суровини, сценариото ZERO-H покажува дека годишниот трошок за инвестирање во секторите на HTA може да се намали на 359 милијарди американски долари, главно со намалување на зависноста од скапите CCUS или NETs.Нашите резултати сугерираат дека употребата на чист водород може да заштеди 1,72 трилиони американски долари во инвестициските трошоци и да избегне загуба од 0,13% во вкупниот БДП (2020-2060) во споредба со патеката без водород до 2060 година.
Сл. 3 |Пенетрација на технологијата во типични HTA сектори.Резултати според BAU, NDC, ZERO-NH и ZERO-H сценаријата (2020–2060).Во секоја година на пресвртница, специфичната технолошка пенетрација во различни сектори е прикажана со обоените шипки, каде што секоја лента е процент на пенетрација до 100% (за целосно засенчена решетка).Технологиите дополнително се класифицираат по различни типови (прикажани во легендите).CNG, компримиран природен гас;ТНГ, течен нафтен гас;ЛНГ, течен природен гас;w/wo, со или без;EAF, електричен лак печка;NSP, нова суспензија предгрејач сув процес;WHR, обновување на отпадната топлина.
Време на објавување: Мар-13-2023 година
