Resultate van die ontleding toon dat vertroue op die verbetering van energie-doeltreffendheid gekombineer met CCUS en NET's alleen is onwaarskynlik 'n koste-effektiewe pad vir diep ontkarbonisering van China se HTA-sektore, veral swaar nywerhede.Meer spesifiek, wydverspreide toepassing van skoon waterstof in HTA-sektore kan China help om koolstofneutraliteit koste-effektief te bereik in vergelyking met 'n scenario sonder skoon waterstofproduksie en -gebruik.Die resultate bied sterk leiding vir China se HTA-ontkolingspad en 'n waardevolle verwysing vir ander lande wat soortgelyke uitdagings in die gesig staar.
Dekarbonisering van HTA industriële sektore met skoon waterstof
Ons voer 'n geïntegreerde minste-koste-optimalisering van versagtingsweë na koolstofneutraliteit vir China in 2060 uit. Vier modelleringsscenario's word in Tabel 1 gedefinieer: besigheid soos gewoonlik (BAU), China se nasionaal vasgestelde bydraes onder die Parys-ooreenkoms (NDC), netto- nul-emissies met geen-waterstoftoepassings (ZERO-NH) en netto-nul-emissies met skoon waterstof (ZERO-H).HTA-sektore in hierdie studie sluit in industriële produksie van sement, yster en staal en sleutelchemikalieë (insluitend ammoniak, soda en bytsoda) en swaardiensvervoer, insluitend vragmotors en binnelandse verskeping.Volledige besonderhede word verskaf in die metodes-afdeling en aanvullende notas 1–5.Wat die yster- en staalsektor betref, is die oorheersende deel van bestaande produksie in China (89,6%) deur die basiese suurstof-hoogoondproses, 'n sleuteluitdaging vir diep ontkoling van hierdie
bedryf.Die elektriese boogoondproses het slegs 10,4% van die totale produksie in China in 2019 uitgemaak, wat 17,5% minder is as die wêreldgemiddelde aandeel en 59,3% minder as dié vir die Verenigde State18.Ons het 60 sleutel-staalvervaardigingsvrystellingsversagtingstegnologieë in die model ontleed en dit in ses kategorieë geklassifiseer (Fig. 2a): verbetering van materiaaldoeltreffendheid, gevorderde tegnologie-werkverrigting, elektrifisering, CCUS, groen waterstof en blou waterstof (Aanvullende Tabel 1).Die vergelyking van die stelselkoste-optimalisasies van ZERO-H met NDC- en ZERO-NH-scenario's toon dat die insluiting van skoon waterstof-opsies noemenswaardige koolstofvermindering sal oplewer as gevolg van die bekendstelling van waterstof-direkte vermindering van yster (waterstof-DRI) prosesse.Let daarop dat waterstof nie net as 'n energiebron in staalvervaardiging kan dien nie, maar ook as 'n koolstofverminderende reduseermiddel op 'n aanvullende basis in die Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) proses en 100% in die waterstof-DRI roete.Onder ZERO-H sal die aandeel van BF-BOF in 2060 tot 34% verminder word, met 45% elektriese boogoond en 21% waterstof-DRI, en skoon waterstof sal 29% van die totale finale energievraag in die sektor voorsien.Met die netwerkprys vir son- en windkrag na verwagtingdaal tot VS$38–40MWh−1 in 205019, die koste van groen waterstof
sal ook afneem, en die 100% waterstof-DRI-roete kan 'n belangriker rol speel as wat voorheen erken is.Wat sementproduksie betref, bevat die model 47 sleutelversagtingstegnologieë oor die produksieprosesse wat in ses kategorieë geklassifiseer is (Aanvullende Tabelle 2 en 3): energiedoeltreffendheid, alternatiewe brandstowwe, vermindering van die klinker-tot-sementverhouding, CCUS, groen waterstof en blou waterstof ( Fig. 2b).Resultate toon dat verbeterde energiedoeltreffendheidtegnologieë slegs 8–10% van die totale CO2-vrystellings in die sementsektor kan verminder, en afvalhitte-kogenerasie- en suurbrandstoftegnologieë sal beperkte versagtende effek hê (4–8%).Tegnologieë om die klinker-tot-sement-verhouding te verminder, kan relatief hoë koolstofversagting (50–70%) oplewer, hoofsaaklik insluitend ontkoolstofde grondstowwe vir klinkerproduksie deur gebruik te maak van gegranuleerde hoogoondslak, hoewel kritici bevraagteken of die gevolglike sement sy noodsaaklike eienskappe sal behou.Maar huidige resultate dui daarop dat die gebruik van waterstof saam met CCUS die sementsektor kan help om byna-nul CO2-vrystellings in 2060 te bereik.
In die ZERO-H-scenario kom 20 waterstofgebaseerde tegnologieë (uit die 47 versagtingstegnologieë) in die sementproduksie ter sprake.Ons vind dat die gemiddelde koolstofverminderingskoste van waterstoftegnologieë laer is as tipiese CCUS- en brandstofwisselbenaderings (Fig. 2b).Verder word verwag dat groen waterstof na 2030 goedkoper sal wees as blou waterstof, soos hieronder breedvoerig bespreek word, teen ongeveer VS$0.7–VS$1.6 kg−1 H2 (verwys. 20), wat aansienlike CO2-verminderings in die verskaffing van industriële hitte in sementmaak meebring. .Huidige resultate toon dat dit 89–95% van die CO2 van die verhittingsproses in China se industrie kan verminder (Fig. 2b, tegnologieë
28–47), wat ooreenstem met die Waterstofraad se skatting van 84–92% (verw. 21).Klinkerprosesvrystellings van CO2 moet deur CCUS in beide ZERO-H en ZERO-NH verminder word.Ons simuleer ook die gebruik van waterstof as 'n grondstof in die produksie van ammoniak, metaan, metanol en ander chemikalieë wat in die modelbeskrywing gelys word.In die ZERO-H scenario sal gasgebaseerde ammoniakproduksie met waterstofhitte 'n 20%-aandeel van totale produksie in 2060 verkry (Fig. 3 en Aanvullende Tabel 4).Die model sluit vier soorte metanolproduksietegnologie in: steenkool tot metanol (CTM), koksgas tot metanol (CGTM), aardgas tot metanol (NTM) en CGTM/NTM met waterstofhitte.In die ZERO-H scenario kan CGTM/NTM met waterstofhitte 'n 21% produksie-aandeel in 2060 behaal (Fig. 3).Chemikalieë is ook potensiële energiedraers van waterstof.Op grond van ons geïntegreerde ontleding kan waterstof teen 2060 17% van die finale energieverbruik vir hittevoorsiening in die chemiese industrie uitmaak. Saam met bio-energie (18%) en elektrisiteit (32%), het waterstof 'n groot rol om te speel in 
ontkarbonisering van China se HTA chemiese industrie (Fig. 4a).
Fig. 2 |Koolstofversagtingspotensiaal en verlagingskoste van sleutelversagtingstegnologieë.a, Ses kategorieë van 60 sleuteltegnologieë vir die vermindering van emissies van staalvervaardiging.b, Ses kategorieë van 47 sleuteltegnologieë vir die vermindering van sementvrystellings.Die tegnologieë word volgens nommer gelys, met ooreenstemmende definisies ingesluit in Aanvullende Tabel 1 vir a en Aanvullende Tabel 2 vir b.Die tegnologiegereedheidsvlakke (TRL'e) van elke tegnologie word gemerk: TRL3, konsep;TRL4, klein prototipe;TRL5, groot prototipe;TRL6, volledige prototipe op skaal;TRL7, pre-kommersiële demonstrasie;TRL8, demonstrasie;TRL10, vroeë aanneming;TRL11, volwasse.
Dekarbonisering van HTA-vervoermodusse met skoon waterstof Op grond van die modelleringsresultate het waterstof ook groot potensiaal om China se vervoersektor te ontkarboniseer, hoewel dit tyd sal neem.Benewens LDV's, sluit ander vervoermetodes wat in die model ontleed word, vlootbusse, vragmotors (lig/klein/medium/swaar), binnelandse skeepvaart en spoorweë in, wat die meeste vervoer in China dek.Vir LDV's lyk dit of elektriese voertuie in die toekoms kostemededingend sal bly.In ZERO-H sal waterstofbrandstofsel (HFC) penetrasie van die LDV-mark slegs 5% in 2060 bereik (Fig. 3).Vir vlootbusse sal HFC-busse egter meer kostemededingend wees as elektriese alternatiewe in 2045 en 61% van die totale vloot in 2060 in die ZERO-H-scenario uitmaak, met die res elektries (Fig. 3).Wat vragmotors betref, verskil die resultate volgens vragtempo.Elektriese aandrywing sal meer as die helfte van die totale vragmotorvloot teen 2035 in ZERO-NH aandryf.Maar in ZERO-H sal HFC-ligtevragmotors teen 2035 meer mededingend wees as elektriese ligtediensvragmotors en teen 2060 53% van die mark uitmaak. Wat swaardiensvragmotors betref, sal HFC-swaarvragmotors 66% van die mark in 2060 in die ZERO-H scenario.Diesel/bio-diesel/CNG (saamgeperste aardgas) HDV's (swaardiensvoertuie) sal die mark verlaat na 2050 in beide ZERO-NH en ZERO-H scenario's (Fig. 3).HFK-voertuie het 'n bykomende voordeel bo elektriese voertuie in hul beter werkverrigting in koue toestande, belangrik in die noorde en weste van China.Behalwe vir padvervoer, toon die model wydverspreide aanvaarding van waterstoftegnologieë in skeepvaart in die ZERO-H-scenario.China se binnelandse skeepvaart is baie energie-intensief en 'n besonder moeilike ontkolingsuitdaging.Skoon waterstof, veral as 'n
voerstof vir ammoniak, bied 'n opsie vir die versending van dekarbonisasie.Die minste-koste-oplossing in die ZERO-H-scenario lei tot 65% penetrasie van ammoniak-aangedrewe en 12% van waterstof-aangedrewe skepe in 2060 (Fig. 3).In hierdie scenario sal waterstof 'n gemiddeld van 56% van die finale energieverbruik van die hele vervoersektor in 2060 uitmaak. Ons het ook waterstofgebruik in residensiële verwarming gemodelleer (Aanvullende Nota 6), maar die aanvaarding daarvan is weglaatbaar en hierdie vraestel fokus op waterstofgebruik in HTA-industrieë en swaardiensvervoer.Kostebesparings van koolstofneutraliteit deur gebruik te maak van skoon waterstof China se koolstofneutrale toekoms sal gekenmerk word deur hernubare energieoorheersing, met 'n uitfasering van steenkool in sy primêre energieverbruik (Fig. 4).Nie-fossielbrandstowwe beslaan 88% van die primêre energiemengsel in 2050 en 93% in 2060 onder ZERO-H. Wind en sonkrag sal die helfte van primêre energieverbruik in 2060 voorsien. Nasionaal gemiddeld die skoon waterstofaandeel van totale finale energie verbruik (TFEC) kan 13% in 2060 bereik. Met inagneming van die streeksheterogeniteit van produksievermoëns in sleutelbedrywe volgens streek (Aanvullende Tabel 7), is daar tien provinsies met waterstofaandele van TFEC hoër as die nasionale gemiddelde, insluitend Binne-Mongolië, Fujian, Shandong en KwaZulu-Natal, aangedryf deur ryk sonkrag- en aanlandige en aflandige windbronne en/of veelvuldige industriële behoeftes vir waterstof.In die ZERO-NH-scenario sou die kumulatiewe beleggingskoste om koolstofneutraliteit tot 2060 te bereik $20,63 triljoen wees, of 1,58% van die totale bruto binnelandse produk (BBP) vir 2020–2060.Die gemiddelde bykomende belegging op 'n jaargrondslag sal ongeveer VS$516 miljard per jaar wees.Hierdie resultaat stem ooreen met China se versagtingsplan van VS$15 triljoen tot 2050, 'n gemiddelde jaarlikse nuwe belegging van VS$500 miljard (verwysing 22).Die invoering van skoon waterstofopsies in China se energiestelsel en industriële grondstowwe in die ZERO-H-scenario lei egter tot 'n aansienlik laer kumulatiewe belegging van VS$18,91 biljoen teen 2060 en die jaarlikseinvestering sal in 2060 tot minder as 1% van die BBP verminder word (Fig.4).Wat die HTA-sektore betref, die jaarlikse beleggingskoste in daardiesektore sal ongeveer VS$392 miljard per jaar in die ZERO-NH weesscenario, wat ooreenstem met die projeksie van die EnergieOorgangskommissie (VS$400 miljard) (verw. 23).As dit egter skoon is
waterstof in die energiestelsel en chemiese grondstowwe geïnkorporeer word, dui die ZERO-H-scenario aan dat die jaarlikse beleggingskoste in HTA-sektore tot VS$359 miljard verminder kan word, hoofsaaklik deur die afhanklikheid van duur CCUS of NET's te verminder.Ons resultate dui daarop dat die gebruik van skoon waterstof VS$1,72 triljoen in beleggingskoste kan bespaar en 'n verlies van 0,13% in die totale BBP (2020–2060) kan vermy in vergelyking met 'n pad sonder waterstof tot 2060.
Fig. 3 |Tegnologiepenetrasie in tipiese HTA-sektore.Resultate onder BAU, NDC, ZERO-NH en ZERO-H scenario's (2020–2060).In elke mylpaaljaar word die spesifieke tegnologiepenetrasie in verskillende sektore getoon deur die gekleurde stawe, waar elke staaf 'n persentasie van penetrasie tot 100% is (vir 'n volledig geskadu rooster).Die tegnologieë word verder geklassifiseer volgens verskillende tipes (getoon in die legendes).CNG, saamgeperste aardgas;VPG, vloeibare petroleumgas;LNG, vloeibare aardgas;w/wo, met of sonder;EAF, elektriese boogoond;NSP, nuwe suspensie voorverwarmer droë proses;WHR, afvalhitteherwinning.
Postyd: 13-Mrt-2023
