Breaking the hard-to-abate bottleneck in China‘s path to carbon neutrality with clean hydrogen（1）

Mbusak kemacetan sing angel ditindakake ing dalan China menyang netralitas karbon kanthi hidrogen sing resik

Negara-negara kayata China ngadhepi bottleneck ing dalan menyang netralitas karbon: nyuda emisi ing industri abot lan transportasi tugas abot.Ana sawetara studi sing jero babagan peran prospektif kanggo hidrogen resik ing sektor 'hard-to-abate' (HTA) iki.Ing kene kita nindakake analisis pemodelan dinamis sing paling murah.Asil nuduhake yen, pisanan, hidrogen resik bisa dadi operator energi utama lan feedstock sing bisa nyuda emisi karbon saka industri abot.Bisa uga bahan bakar nganti 50% armada truk lan bus tugas berat China ing taun 2060 lan saham pengiriman sing signifikan.Kapindho, skenario hidrogen resik realistis sing tekan 65.7 Mt produksi ing 2060 bisa ngindhari investasi anyar US$1.72 triliun dibandhingake karo skenario tanpa hidrogen.Panaliten iki menehi bukti babagan nilai hidrogen resik ing sektor HTA kanggo China lan negara-negara sing ngadhepi tantangan sing padha kanggo nyuda emisi kanggo nggayuh target net-nol.

Netralitas karbon minangka misi global sing penting, nanging ora ana jalur 'siji-ukuran-cocok-kabeh' kanggo negara-negara pemancar utama kanggo nggayuh tujuan iki1,2.Umume negara maju, kayata Amerika Serikat lan Eropa, ngupayakake strategi bonisasi decar sing fokus utamane ing armada kendaraan ringan (LDV), pembangkit tenaga listrik, manufaktur lan bangunan komersial lan omah, papat sektor sing bebarengan mayoritas emisi karbon3,4.Pemancar negara berkembang utama, kayata China, kanthi kontras, duwe ekonomi lan struktur energi sing beda banget, mbutuhake prioritas dekarbonisasi sing beda-beda ora mung ing sektoral nanging uga ing panyebaran strategis teknologi nol karbon sing berkembang.

Bedane utama profil emisi karbon China dibandhingake karo ekonomi kulon yaiku bagean emisi sing luwih gedhe kanggo industri abot lan fraksi sing luwih cilik kanggo LDV lan panggunaan energi ing bangunan (Fig. 1).China rangking pisanan ing donya, adoh, ing syarat-syarat produksi semen, wesi lan baja, kimia lan bahan bangunan, ngonsumsi jumlah gedhe saka batu bara kanggo panas industri lan produksi coke.Industri abot nyumbang 31% saka total emisi China saiki, bagean sing 8% luwih dhuwur tinimbang rata-rata donya (23%), 17% luwih gedhe tinimbang Amerika Serikat (14%) lan 13% luwih dhuwur tinimbang Uni Eropa. (18%) (ref.5).

China wis janji bakal puncake emisi karbon sadurunge 2030 lan entuk netralitas karbon sadurunge 2060. Janji iklim iki entuk pujian sing nyebar nanging uga njalari pitakonan babagan feasibility6 , sebagian amarga peran utama 'hard-to-abate' (HTA) proses ing ekonomi China.Pangolahan kasebut kalebu panggunaan energi ing industri abot lan transportasi tugas abot sing bakal angel dileksanakake (lan kanthi mangkono transisi langsung menyang daya sing bisa dianyari) lan proses industri saiki gumantung marang bahan bakar fosil kanggo bahan baku kimia. Ana sawetara studi anyar1– 3 nyelidiki jalur bonisasi decar menyang netralitas karbon kanggo perencanaan sistem energi sakabèhé China nanging kanthi analisis winates ing sektor HTA.Internasional, solusi mitigasi potensial kanggo sektor HTA wis wiwit narik kawigaten ing taun-taun pungkasan7–14.Decarbonization saka sektor HTA tantangan amarga padha angel kanggo electrified lengkap lan / utawa biaya efektif7,8.Åhman negesake manawa ketergantungan jalur minangka masalah utama kanggo sektor HTA lan visi lan perencanaan jangka panjang kanggo teknologi canggih dibutuhake kanggo 'mbukak kunci' sektor HTA, utamane industri abot, saka ketergantungan fosil9.Pasinaon wis njelajah bahan anyar lan solusi mitigasi sing ana hubungane karo panangkepan, panggunaan lan/utawa panyimpenan karbon (CCUS) lan teknologi emisi negatif (NETs)10,11.saka paling ora siji panliten ngakoni manawa uga kudu dianggep ing perencanaan jangka panjang11.Ing Laporan Penilaian Keenam Panel Antarpemerintah babagan Perubahan Iklim sing bubar dirilis, panggunaan hidrogen 'kurang-emisi' diakoni minangka salah sawijining solusi mitigasi utama kanggo pirang-pirang sektor kanggo nggayuh emisi net-nol ing mangsa ngarep12.

Literatur sing ana babagan hidrogen resik utamane fokus ing pilihan teknologi produksi kanthi analisis biaya sisih pasokan15.(Hidrogen 'resik' ing makalah iki kalebu hidrogen 'ijo' lan 'biru', sing pisanan diprodhuksi dening elektrolisis banyu kanthi nggunakake daya sing bisa dianyari, sing terakhir asale saka bahan bakar fosil nanging didekarbonisasi nganggo CCUS.) Diskusi babagan kebutuhan hidrogen utamane fokus ing sektor transportasi ing negara maju - kendaraan sel bahan bakar hidrogen utamane16,17.Tekanan kanggo dekarbonisasi industri abot wis sithik dibandhingake karo kanggo pelabuhan trans dalan, nggambarake asumsi konvensional yen industri abot bakal
tetep angel dikurangi nganti inovasi teknologi anyar muncul.Pasinaon hidrogen sing resik (utamane ijo) wis nuduhake kedewasaan teknologi lan nyuda biaya17, nanging luwih akeh studi dibutuhake sing fokus ing ukuran pasar potensial lan syarat teknologi industri kanggo ngeksploitasi prospek pertumbuhan pasokan hidrogen sing resik16.Ngerteni potensial hidrogen resik kanggo ningkatake netralitas karbon global bakal bias banget yen analisa diwatesi utamane kanggo biaya produksi, konsumsi mung dening sektor sing disenengi lan aplikasi ing negara maju. Literatur sing ana babagan hidrogen resik fokus. umume babagan pilihan teknologi produksi kanthi analisis biaya sisih pasokan15.(Hidrogen 'resik' ing makalah iki kalebu hidrogen 'ijo' lan 'biru', sing pisanan diprodhuksi dening elektrolisis banyu kanthi nggunakake daya sing bisa dianyari, sing terakhir asale saka bahan bakar fosil nanging didekarbonisasi nganggo CCUS.) Diskusi babagan kebutuhan hidrogen utamane fokus ing sektor transportasi ing negara maju - kendaraan sel bahan bakar hidrogen utamane16,17.Tekanan kanggo dekarbonisasi industri abot wis lagged dibandhingake karo kanggo pelabuhan trans dalan, nggambarake asumsi konvensional yen industri abot bakal tetep angel banget kanggo abate nganti inovasi teknologi anyar muncul.Pasinaon hidrogen sing resik (utamane ijo) wis nuduhake kedewasaan teknologi lan nyuda biaya17, nanging luwih akeh studi dibutuhake sing fokus ing ukuran pasar potensial lan syarat teknologi industri kanggo ngeksploitasi prospek pertumbuhan pasokan hidrogen sing resik16.Ngerteni potensial hidrogen sing resik kanggo ningkatake netralitas karbon global bakal dadi bias banget yen analisa diwatesi utamane kanggo biaya produksi, konsumsi mung dening sektor sing disenengi lan aplikasi ing negara maju.

Evaluasi kesempatan kanggo hidrogen sing resik gumantung marang panjaluk sing dikarepake minangka bahan bakar alternatif lan bahan baku kimia ing kabeh sistem energi lan ekonomi, kalebu nimbang kahanan nasional sing beda-beda.Ora ana panaliten lengkap babagan peran hidrogen sing resik ing masa depan net-nol China.Ngisi kesenjangan riset iki bakal mbantu nggawe peta dalan sing luwih jelas kanggo nyuda emisi CO2 China, ngidini evaluasi kelayakan janji dekarbonisasi 2030 lan 2060 lan menehi pandhuan kanggo ekonomi berkembang liyane kanthi sektor industri abot.

Gambar 1 |Emisi karbon saka negara kunci lan mekanisme analitis hidrogen ing sistem energi.a, emisi karbon China ing 2019 dibandhingake karo Amerika Serikat, Eropa, Jepang lan India, kanthi bahan bakar.Ing taun 2019, pembakaran batu bara njupuk bagean paling gedhe saka emisi karbon ing China (79,62%) lan India (70,52%), lan pembakaran lenga nyumbang paling akeh kanggo emisi karbon ing Amerika Serikat (41,98%) lan Eropa (41,27%).b, emisi karbon China ing 2019 dibandhingake karo Amerika Serikat, Eropa, Jepang lan India, miturut sektor.Emisi ditampilake ing sisih kiwa lan proporsi ing sisih tengen ing a lan b.Proporsi emisi karbon saka industri ing China (28,10%) lan India (24,75%) luwih dhuwur tinimbang Amerika Serikat (9,26%) lan Eropa (13,91%) ing 2019. c, Jalur teknis kanthi teknologi hidrogen sing ditrapake ing sektor HTA.SMR, reformasi metana uap;elektrolisis PEM, elektrolisis membran elektrolit polimer;Proses PEC, proses fotoelektrokimia.

Panliten iki arep njawab telung pitakon utama.Pisanan, apa tantangan utama kanggo dekarbonisasi sektor HTA ing negara berkembang kayata China, sing dibedakake karo negara maju?Apa teknologi mitigasi saiki ing sektor HTA (utamane industri abot) cukup efektif kanggo nggayuh netralitas karbon China ing taun 2060?Kapindho, apa peran prospektif kanggo hidrogen resik minangka operator energi lan bahan baku ing sektor HTA, utamane ing China lan negara berkembang liyane sing lagi wae miwiti ngakses produksi lan panggunaan sing prospektif?Pungkasan, adhedhasar optimisasi dinamis kabeh sistem energi China

tem, bakal aplikasi nyebar saka hidrogen resik ing sektor HTA biaya efektif dibandhingake karo opsi liyane?

Ing kene kita mbangun model sistem energi terpadu kalebu loro sumber lan dikarepake antarane sektor kanggo njelasno efektifitas biaya prospektif lan peran hidrogen resik ing kabeh ekonomi China, karo emphasis ing sektor HTA under-researched (Fig. 1c).

Posting wektu: Mar-03-2023