Asil analisis nuduhake yen katergantungan kanggo nambah efisiensi energi sing digabungake karo CCUS lan NETs mung ora bisa dadi dalan sing efektif kanggo dekarbonisasi jero sektor HTA China, utamane industri abot.Luwih khusus, aplikasi hidrogen resik sing nyebar ing sektor HTA bisa mbantu China entuk biaya netralitas karbon kanthi efektif dibandhingake karo skenario tanpa produksi lan panggunaan hidrogen sing resik.Asil kasebut menehi pandhuan sing kuat kanggo jalur dekarbonisasi HTA China lan referensi sing penting kanggo negara liya sing ngadhepi tantangan sing padha.
Decarbonizing sektor industri HTA karo hidrogen resik
Kita nindakake optimalisasi paling murah kanggo jalur mitigasi menyang netralitas karbon kanggo China ing taun 2060. Papat skenario model ditetepake ing Tabel 1: bisnis kaya biasane (BAU), Kontribusi sing Ditemtokake Nasional China miturut Perjanjian Paris (NDC), net- emisi nol kanthi aplikasi tanpa hidrogen (ZERO-NH) lan emisi net-nol kanthi hidrogen resik (ZERO-H).Sektor HTA ing panliten iki kalebu produksi industri semen, wesi lan baja lan bahan kimia utama (kalebu amonia, soda lan soda kaustik) lan transportasi tugas abot, kalebu truk lan pengiriman domestik.Rincian lengkap kasedhiya ing bagean Metode lan Cathetan Tambahan 1–5.Babagan sektor wesi lan baja, bagean dominan produksi sing ana ing China (89,6%) yaiku proses tungku jeblugan oksigen dhasar, tantangan utama kanggo dekarbonisasi jero iki.
industri.Proses tungku busur listrik mung ana 10,4% saka total produksi ing China ing taun 2019, yaiku 17,5% kurang saka pangsa rata-rata donya lan 59,3% kurang saka Amerika Serikat18.Kita nganalisa 60 teknologi mitigasi emisi baja kunci ing model kasebut lan diklasifikasikake dadi enem kategori (Fig. 2a): paningkatan efisiensi materi, kinerja teknologi canggih, elektrifikasi, CCUS, hidrogen ijo lan hidrogen biru (Tabel Tambahan 1).Mbandhingake optimasi biaya sistem ZERO-H karo skenario NDC lan ZERO-NH nuduhake manawa pilihan hidrogen sing resik bakal ngasilake pengurangan karbon sing signifikan amarga introduksi pangolahan wesi (hidrogen-DRI) langsung hidrogen.Elinga yen hidrogen ora mung bisa dadi sumber energi ing nggawe baja nanging uga minangka agen pengurangan karbon-bating kanthi tambahan ing proses Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) lan 100% ing rute hidrogen-DRI.Ing ZERO-H, bagean saka BF-BOF bakal suda dadi 34% ing 2060, kanthi 45% tungku busur listrik lan 21% hidrogen-DRI, lan hidrogen sing resik bakal nyuplai 29% saka total permintaan energi pungkasan ing sektor kasebut.Kanthi rega kothak kanggo tenaga surya lan angin samesthinemudhun dadi US$38–40MWh−1 ing 205019, biaya hidrogen ijo
uga bakal nolak, lan rute hidrogen-DRI 100% bisa uga nduweni peran sing luwih penting tinimbang sing diakoni sadurunge.Babagan produksi semen, model kasebut kalebu 47 teknologi mitigasi utama ing proses produksi sing diklasifikasikake dadi enem kategori (Tabel Tambahan 2 lan 3): efisiensi energi, bahan bakar alternatif, nyuda rasio klinker-kanggo-semen, CCUS, hidrogen ijo lan hidrogen biru ( Gambar 2b).Asil nuduhake yen teknologi efisiensi energi sing luwih apik mung bisa nyuda 8-10% saka total emisi CO2 ing sektor semen, lan teknologi kogenerasi panas sampah lan bahan bakar oksi bakal duwe efek mitigasi sing winates (4-8%).Teknologi kanggo nyuda rasio klinker-kanggo-semen bisa ngasilake mitigasi karbon sing relatif dhuwur (50-70%), utamane kalebu bahan mentah decarbonized kanggo produksi klinker nggunakake slag blast furnace granulated, sanajan para kritikus takon yen semen sing diasilake bakal tetep kualitas penting.Nanging asil saiki nuduhake yen panggunaan hidrogen bebarengan karo CCUS bisa mbantu sektor semen entuk emisi CO2 sing meh nol ing taun 2060.
Ing skenario ZERO-H, 20 teknologi basis hidrogen (saka 47 teknologi mitigasi) dimainake ing produksi semen.Kita nemokake manawa biaya pengurangan karbon rata-rata teknologi hidrogen luwih murah tinimbang pendekatan CCUS lan ngoper bahan bakar (Fig. 2b).Salajengipun, hidrogen ijo samesthine bakal luwih murah tinimbang hidrogen biru sawise 2030 kaya sing dibahas kanthi rinci ing ngisor iki, sekitar US $ 0,7–US $ 1,6 kg−1 H2 (ref. 20), nggawa pengurangan CO2 sing signifikan ing panyedhiya panas industri ing nggawe semen. .Asil saiki nuduhake yen bisa nyuda 89-95% CO2 saka proses pemanasan ing industri China (Gambar 2b, teknologi
28-47), sing cocog karo perkiraan Dewan Hidrogen 84-92% (ref. 21).Emisi proses klinker CO2 kudu dikurangi dening CCUS ing ZERO-H lan ZERO-NH.Kita uga simulasi panggunaan hidrogen minangka bahan baku ing produksi amonia, metana, metanol lan bahan kimia liyane sing kadhaptar ing katrangan model.Ing skenario ZERO-H, produksi amonia adhedhasar gas kanthi panas hidrogen bakal entuk pangsa 20% saka total produksi ing taun 2060 (Gambar 3 lan Tabel Tambahan 4).Model kasebut kalebu papat jinis teknologi produksi metanol: batu bara dadi metanol (CTM), coke gas dadi metanol (CGTM), gas alam dadi metanol (NTM) lan CGTM/NTM kanthi panas hidrogen.Ing skenario ZERO-H, CGTM / NTM kanthi panas hidrogen bisa entuk pangsa produksi 21% ing 2060 (Gambar 3).Bahan kimia uga minangka operator energi potensial hidrogen.Ing basis saka analisis terpadu kita, hidrogen bisa ngemot 17% saka konsumsi energi pungkasan kanggo panentu panas ing industri kimia ing 2060. Bebarengan karo bioenergi (18%) lan listrik (32%), hidrogen nduweni peran utama kanggo muter ing. 
dekarbonisasi industri kimia HTA China (Gambar 4a).
Gambar 2 |Potensi mitigasi karbon lan biaya pengurangan teknologi mitigasi utama.a, Enem kategori 60 kunci teknologi mitigasi emisi baja.b, Enem kategori 47 teknologi mitigasi emisi semen kunci.Teknologi kasebut kadhaptar kanthi nomer, kanthi definisi sing cocog kalebu ing Tabel Tambahan 1 kanggo a lan Tabel Tambahan 2 kanggo b.Tingkat kesiapan teknologi (TRL) saben teknologi ditandhani: TRL3, konsep;TRL4, prototipe cilik;TRL5, prototipe gedhe;TRL6, prototipe lengkap ing skala;TRL7, demonstrasi pra-komersial;TRL8, demonstrasi;TRL10, adopsi awal;TRL11, diwasa.
Decarbonizing mode transportasi HTA karo hidrogen resik Ing basis saka asil modeling, hidrogen uga duwe potensial gedhe kanggo decarbonize sektor transportasi China, sanajan bakal njupuk wektu.Saliyane LDV, modus transportasi liyane sing dianalisis ing model kasebut kalebu bus armada, truk (cahya / cilik / medium / abot), pengiriman domestik lan ril sepur, sing nyakup umume transportasi ing China.Kanggo LDV, kendaraan listrik katon tetep kompetitif ing mangsa ngarep.Ing ZERO-H, penetrasi sel bahan bakar hidrogen (HFC) ing pasar LDV mung bakal tekan 5% ing 2060 (Gambar 3).Nanging kanggo bus armada, bus HFC bakal luwih kompetitif tinimbang alternatif listrik ing 2045 lan kalebu 61% saka total armada ing 2060 ing skenario ZERO-H, kanthi sisa listrik (Fig. 3).Kanggo truk, asil beda-beda miturut tingkat muatan.Propulsi listrik bakal nyopir luwih saka setengah saka total armada truk tugas ringan ing taun 2035 ing ZERO-NH.Nanging ing ZERO-H, truk tugas ringan HFC bakal luwih kompetitif tinimbang truk tugas ringan listrik ing taun 2035 lan kalebu 53% pasar ing taun 2060. Babagan truk tugas berat, truk tugas berat HFC bakal tekan 66% pasar ing 2060 ing skenario ZERO-H.Diesel/bio-diesel/CNG (gas alam kompres) HDVs (kendaraan tugas berat) bakal metu saka pasar sawise 2050 ing skenario ZERO-NH lan ZERO-H (Fig. 3).Kendaraan HFC duweni kauntungan tambahan tinimbang kendaraan listrik kanthi kinerja sing luwih apik ing kahanan sing adhem, penting ing China sisih lor lan kulon.Ngluwihi transportasi dalan, model kasebut nuduhake panggunaan teknologi hidrogen sing nyebar ing pengiriman ing skenario ZERO-H.Pangiriman domestik China banget intensif energi lan tantangan dekarbonisasi sing angel banget.Hidrogen resik, utamané minangka a
feedstock kanggo amonia, menehi pilihan kanggo decarbonization kapal.Solusi paling murah ing skenario ZERO-H ngasilake 65% penetrasi saka amonia lan 12% saka kapal sing diisi hidrogen ing taun 2060 (Gbr. 3).Ing skenario iki, hidrogen bakal nyathet rata-rata 56% saka konsumsi energi pungkasan kabeh sektor transportasi ing 2060. Kita uga modhél panggunaan hidrogen ing pemanasan omah (Cathetan Tambahan 6), nanging adopsi kasebut bisa diabaikan lan kertas iki fokus ing panggunaan hidrogen ing industri HTA lan transportasi tugas abot.Ngirit biaya netralitas karbon nggunakake hidrogen resik Masa depan netral karbon China bakal ditondoi kanthi dominasi energi sing bisa dianyari, kanthi ngilangi batu bara ing konsumsi energi utami (Fig. 4).Bahan bakar non-fosil kalebu 88% saka campuran energi primer ing 2050 lan 93% ing 2060 miturut ZERO-H. Angin lan solar bakal nyuplai setengah saka konsumsi energi primer ing taun 2060. Rata-rata, sacara nasional, pangsa hidrogen resik saka total energi pungkasan konsumsi (TFEC) bisa tekan 13% ing 2060. Ngelingi heterogenitas regional kapasitas produksi ing industri kunci dening wilayah (Tabel Tambahan 7), ana sepuluh provinsi karo Enggo bareng hidrogen saka TFEC luwih dhuwur tinimbang rata-rata nasional, kalebu Inner Mongolia, Fujian, Shandong lan Guangdong, mimpin dening sugih solar lan onshore lan sumber daya angin lepas pantai lan / utawa sawetara panjaluk industri kanggo hidrogen.Ing skenario ZERO-NH, biaya investasi kumulatif kanggo nggayuh netralitas karbon nganti 2060 yaiku $20.63 triliun, utawa 1.58% saka produk domestik bruto (PDB) agregat kanggo 2020–2060.Investasi tambahan rata-rata saben taun kira-kira US $ 516 milyar saben taun.Asil iki konsisten karo rencana mitigasi US$15 triliun China nganti 2050, investasi anyar taunan rata-rata US$500 milyar (ref. 22).Nanging, ngenalake opsi hidrogen sing resik menyang sistem energi China lan bahan baku industri ing skenario ZERO-H ngasilake investasi kumulatif sing luwih murah $18.91 triliun ing taun 2060 lan taunan.investasi bakal dikurangi dadi kurang saka 1% saka PDB ing 2060 (Fig.4).Babagan sektor HTA, biaya investasi taunan ingsektor bakal watara US $392 milyar saben taun ing ZERO-NHskenario, kang konsisten karo proyeksi saka EnergyKomisi Transisi (US$400 milyar) (ref. 23).Nanging, yen resik
hidrogen digabungake menyang sistem energi lan bahan baku kimia, skenario ZERO-H nuduhake biaya investasi taunan ing sektor HTA bisa dikurangi dadi US$359 milyar, utamane kanthi nyuda katergantungan marang CCUS utawa NET sing larang regane.Asil kita nuduhake manawa panggunaan hidrogen sing resik bisa ngirit biaya investasi $1.72 triliun lan ngindhari kerugian 0.13% ing GDP agregat (2020-2060) dibandhingake karo jalur tanpa hidrogen nganti 2060.
Gambar 3 |Penetrasi teknologi ing sektor HTA khas.Asil miturut skenario BAU, NDC, ZERO-NH lan ZERO-H (2020–2060).Ing saben taun tonggak sejarah, penetrasi teknologi tartamtu ing macem-macem sektor dituduhake dening bar warna, ing ngendi saben bar minangka persentase penetrasi nganti 100% (kanggo kisi sing teduh).Teknologi kasebut luwih diklasifikasikake miturut macem-macem jinis (katon ing legenda).CNG, gas alam tekan;LPG, gas petroleum cair;LNG, gas alam cair;w/wo, nganggo utawa tanpa;EAF, tungku busur listrik;NSP, suspensi anyar preheater proses garing;WHR, Recovery panas sampah.
Wektu kirim: Mar-13-2023
