Резултати анализе показују да ослањање на побољшање енергетске ефикасности у комбинацији само са ЦЦУС-ом и НЕТ-овима вероватно неће бити исплатив пут за дубоку декарбонизацију кинеских ХТА сектора, посебно тешке индустрије.Тачније, широка примена чистог водоника у ХТА секторима може помоћи Кини да постигне неутралност угљеника на економичан начин у поређењу са сценаријем без производње и употребе чистог водоника.Резултати пружају снажне смернице за кинески пут декарбонизације ХТА и драгоцену референцу за друге земље које се суочавају са сличним изазовима.
Декарбонизација ХТА индустријских сектора чистим водоником
Спроводимо интегрисану оптимизацију најнижих трошкова путева ублажавања ка неутралности угљика за Кину 2060. Четири сценарија моделирања су дефинисана у табели 1: уобичајено пословање (БАУ), Кинески национално одређени доприноси према Париском споразуму (НДЦ), нето- нулте емисије са применама без водоника (ЗЕРО-НХ) и нето нулте емисије са чистим водоником (ЗЕРО-Х).Сектори ХТА у овој студији обухватају индустријску производњу цемента, гвожђа и челика и кључних хемикалија (укључујући амонијак, соду и каустичну соду) и транспорт за тешке услове, укључујући камионске и домаће транспорте.Пуни детаљи су дати у одељку Методе и Додатним напоменама 1–5.Што се тиче сектора гвожђа и челика, доминантан удео постојеће производње у Кини (89,6%) је основни процес у високој пећи са кисеоником, кључни изазов за дубоку декарбонизацију овог
индустрија.Процес електролучне пећи чинио је само 10,4% укупне производње у Кини 2019. године, што је 17,5% мање од светског просека и 59,3% мање од удела у Сједињеним Државама18.Анализирали смо 60 кључних технологија за смањење емисија у производњи челика у моделу и класификовали их у шест категорија (слика 2а): побољшање ефикасности материјала, перформансе напредне технологије, електрификација, ЦЦУС, зелени водоник и плави водоник (додатна табела 1).Поређење оптимизације трошкова система ЗЕРО-Х са сценаријима НДЦ и НУЛА-НХ показује да би укључивање опција чистог водоника донело значајно смањење угљеника услед увођења процеса водоничне директне редукције гвожђа (водоник-ДРИ).Имајте на уму да водоник може послужити не само као извор енергије у производњи челика, већ и као редукционо средство за смањење угљеника на додатној основи у процесу високе пећи-Основна пећ за кисеоник (БФ-БОФ) и 100% на путу водоник-ДРИ.Под ЗЕРО-Х, удео БФ-БОФ-а би се смањио на 34% 2060. године, са 45% електролучне пећи и 21% водоника-ДРИ, а чисти водоник би снабдевао 29% укупне финалне потражње за енергијом у сектору.Са ценом мреже за соларну енергију и енергију ветра која се очекује да ћепад на 38–40 МВх−1 у 2050. години19, цена зеленог водоника
ће такође опасти, а рута 100% водоника-ДРИ може играти важнију улогу него што је раније признато.Што се тиче производње цемента, модел укључује 47 кључних технологија за ублажавање утицаја у производним процесима класификованих у шест категорија (допунске табеле 2 и 3): енергетска ефикасност, алтернативна горива, смањење односа клинкер-цемент, ЦЦУС, зелени водоник и плави водоник ( Слика 2б).Резултати показују да побољшане технологије енергетске ефикасности могу да смање само 8–10% укупних емисија ЦО2 у сектору цемента, а когенерација отпадне топлоте и технологије са кисеоником ће имати ограничен ефекат ублажавања (4–8%).Технологије за смањење односа клинкера и цемента могу дати релативно високо смањење угљеника (50–70%), углавном укључујући декарбонизоване сировине за производњу клинкера коришћењем гранулисане шљаке из високих пећи, иако критичари постављају питање да ли ће добијени цемент задржати своје основне квалитете.Али тренутни резултати показују да би коришћење водоника заједно са ЦЦУС-ом могло помоћи сектору цемента да постигне скоро нулту емисију ЦО2 2060. године.
У сценарију НУЛА-Х, 20 технологија заснованих на водонику (од 47 технологија за ублажавање утицаја) долази у игру у производњи цемента.Открили смо да је просечна цена смањења емисије угљеника код технологија водоника нижа од типичних ЦЦУС и приступа замени горива (слика 2б).Штавише, очекује се да ће зелени водоник бити јефтинији од плавог водоника након 2030. године, као што је детаљно објашњено у наставку, на око 0,7 УСД–1,6 УСД кг−1 Х2 (реф. 20), што ће довести до значајног смањења ЦО2 у обезбеђивању индустријске топлоте у производњи цемента. .Тренутни резултати показују да може смањити 89–95% ЦО2 из процеса грејања у кинеској индустрији (слика 2б, технологије
28–47), што је у складу са проценом Савета за водоник од 84–92% (реф. 21).ЦЦУС мора смањити емисију ЦО2 из процеса клинкера иу НУЛА-Х и НУЛА-НХ.Такође симулирамо употребу водоника као сировине у производњи амонијака, метана, метанола и других хемикалија наведених у опису модела.У сценарију НУЛА-Х, производња амонијака на бази гаса са топлотом водоника ће добити 20% удела у укупној производњи 2060. године (слика 3 и додатна табела 4).Модел укључује четири врсте технологија производње метанола: угаљ у метанол (ЦТМ), коксни гас у метанол (ЦГТМ), природни гас у метанол (НТМ) и ЦГТМ/НТМ са топлотом водоника.У сценарију НУЛА-Х, ЦГТМ/НТМ са топлотом водоника може постићи удео у производњи од 21% 2060. године (слика 3).Хемикалије су такође потенцијални носиоци енергије водоника.На основу наше интегрисане анализе, водоник може чинити 17% финалне потрошње енергије за снабдевање топлотом у хемијској индустрији до 2060. Уз биоенергију (18%) и електричну енергију (32%), водоник има главну улогу у 
декарбонизација кинеске ХТА хемијске индустрије (слика 4а).
Слика 2 |Потенцијал ублажавања угљеника и трошкови смањења кључних технологија за ублажавање.а, Шест категорија од 60 кључних технологија за смањење емисија у производњи челика.б, Шест категорија од 47 кључних технологија за смањење емисија цемента.Технологије су наведене по бројевима, са одговарајућим дефиницијама укљученим у Додатну табелу 1 за а и Додатну табелу 2 за б.Нивои спремности технологије (ТРЛ) сваке технологије су означени: ТРЛ3, концепт;ТРЛ4, мали прототип;ТРЛ5, велики прототип;ТРЛ6, пун прототип у скали;ТРЛ7, предкомерцијална демонстрација;ТРЛ8, демонстрација;ТРЛ10, рано усвајање;ТРЛ11, зрело.
Декарбонизација ХТА начина транспорта чистим водоником На основу резултата моделирања, водоник такође има велики потенцијал да декарбонизира кинески транспортни сектор, иако ће за то требати времена.Поред ЛДВ-а, други видови транспорта анализирани у моделу укључују аутобусе возног парка, камионе (лаке/мале/средње/тешке), домаће бродарство и железницу, покривајући већину транспорта у Кини.За ЛДВ возила, електрична возила ће остати конкурентна у будућности.У ЗЕРО-Х, продор водоничних горивих ћелија (ХФЦ) на тржиште ЛДВ ће достићи само 5% 2060. године (Слика 3).За аутобусе возног парка, међутим, ХФЦ аутобуси ће бити конкурентнији по цени од електричних алтернатива 2045. године и чиниће 61% укупног возног парка 2060. у сценарију НУЛА-Х, са остатком електричних (Слика 3).Што се тиче камиона, резултати варирају у зависности од оптерећења.Електрични погон ће покретати више од половине укупног возног парка лаких камиона до 2035. године у НУЛА-НХ.Али у ЗЕРО-Х, лаки камиони са ХФЦ-ом ће бити конкурентнији од електричних лаких камиона до 2035. године и чиниће 53% тржишта до 2060. Што се тиче камиона за тешке услове, ХФЦ камиони за тешка терета би достигли 66% тржиште 2060. по сценарију НУЛА-Х.Дизел/био-дизел/ЦНГ (компримовани природни гас) ХДВ (тешка возила) напустиће тржиште после 2050. године у сценаријима НУЛА-НХ и НУЛА-Х (слика 3).ХФЦ возила имају додатну предност у односу на електрична возила у својим бољим перформансама у хладним условима, што је важно у северној и западној Кини.Поред друмског транспорта, модел показује широко усвајање водоничних технологија у транспорту у НУЛА-Х сценарију.Кинески домаћи транспорт је енергетски интензиван и посебно тежак изазов декарбонизације.Чисти водоник, посебно као а
сировина за амонијак, пружа опцију за декарбонизацију отпреме.Најјефтиније решење у сценарију НУЛА-Х доводи до 65% пенетрације бродова са погоном на амонијак и 12% бродова на водоник 2060. године (слика 3).У овом сценарију, водоник ће чинити у просеку 56% финалне потрошње енергије читавог транспортног сектора 2060. Такође смо моделирали употребу водоника у грејању стамбених објеката (додатна напомена 6), али је његово усвајање занемарљиво и овај рад се фокусира на употреба водоника у ХТА индустрији и транспорту за тешке услове.Уштеде трошкова неутралности угљеника коришћењем чистог водоника Угљично неутралну будућност Кине ће карактерисати доминација обновљиве енергије, уз постепено укидање угља у његовој потрошњи примарне енергије (Слика 4).Нефосилна горива чине 88% мешавине примарне енергије 2050. и 93% 2060. године под НУЛА-Х. Ветар и соларна енергија ће обезбедити половину потрошње примарне енергије 2060. У просеку, на националном нивоу, удео чистог водоника у укупној финалној енергији потрошња (ТФЕЦ) би могла да достигне 13% 2060. Узимајући у обзир регионалну хетерогеност производних капацитета у кључним индустријама по регионима (додатна табела 7), постоји десет провинција са уделом водоника у ТФЕЦ-у вишим од националног просека, укључујући Унутрашњу Монголију, Фуџијан, Шандонг и Гуангдонг, вођен богатим соларним и копненим и приобалним изворима ветра и/или вишеструким индустријским потребама за водоником.У сценарију НУЛА-НХ, кумулативни инвестициони трошак за постизање неутралности угљеника до 2060. износио би 20,63 трилиона долара, или 1,58% укупног бруто домаћег производа (БДП) за 2020–2060.Просечна додатна инвестиција на годишњем нивоу износила би око 516 милијарди долара годишње.Овај резултат је у складу са кинеским планом ублажавања од 15 трилиона долара до 2050. године, што представља просечну годишњу нову инвестицију од 500 милијарди долара (реф. 22).Међутим, увођење опција чистог водоника у кинески енергетски систем и индустријске сировине у сценарију НУЛА-Х резултира знатно нижим кумулативним улагањем од 18,91 билиона долара до 2060. године и годишњиминвестиције би се смањиле на мање од 1% БДП-а 2060. (Сл.4).Што се тиче ХТА сектора, годишњи трошак улагања у њихсектори би износили око 392 милијарде америчких долара годишње у ЗЕРО-НХсценарио, који је у складу са пројекцијом ЕнергијеТранзициона комисија (400 милијарди америчких долара) (реф. 23).Међутим, ако је чист
водоник је уграђен у енергетски систем и хемијске сировине, сценарио НУЛА-Х указује да би годишњи трошкови улагања у ХТА секторе могли бити смањени на 359 милијарди долара, углавном смањењем ослањања на скупе ЦЦУС или НЕТ-ове.Наши резултати сугеришу да коришћење чистог водоника може да уштеди 1,72 трилиона долара инвестиционих трошкова и избегне губитак од 0,13% у укупном БДП-у (2020–2060) у поређењу са путем без водоника до 2060.
Слика 3 |Продор технологије у типичне ХТА секторе.Резултати према сценаријима БАУ, НДЦ, НУЛА-НХ и НУЛА-Х (2020–2060).У свакој прекретничкој години, специфична пенетрација технологије у различитим секторима је приказана обојеним тракама, где је свака трака проценат пенетрације до 100% (за потпуно осенчену решетку).Технологије су даље класификоване по различитим типовима (приказано у легендама).ЦНГ, компримовани природни гас;ТНГ, течни нафтни гас;ЛНГ, течни природни гас;в/во, са или без;ЕАФ, електролучна пећ;НСП, нови предгрејач суспензије суви процес;ВХР, поврат отпадне топлоте.
Време поста: 13. март 2023
