Analüüsi tulemused näitavad, et energiatõhususe parandamine koos CCUS-i ja NET-idega üksi ei ole tõenäoliselt kulutõhus viis Hiina HTA-sektorite, eriti rasketööstuse sügavaks süsinikdioksiidiheiteks.Täpsemalt võib puhta vesiniku laialdane kasutamine HTA sektorites aidata Hiinal saavutada kulutõhusalt süsinikuneutraalsust võrreldes stsenaariumiga, kus vesinikku ei toota ega kasutata.Tulemused annavad tugeva juhise Hiina HTA dekarboniseerimise teele ja väärtuslikuks võrdlusaluseks teistele riikidele, kes seisavad silmitsi sarnaste väljakutsetega.
HTA tööstussektorite dekarboniseerimine puhta vesinikuga
Teostame Hiina jaoks 2060. aastal süsinikuneutraalsuse leevendamise võimaluste integreeritud kõige väiksemate kuludega optimeerimise. Tabelis 1 on määratletud neli modelleerimisstsenaariumi: tavapärane tegevus (BAU), Hiina riiklikult määratud sissemaksed Pariisi kokkuleppe (NDC) alusel, neto- nullheitmed vesinikuvabade rakenduste puhul (ZERO-NH) ja nullheide puhta vesinikuga (ZERO-H).Selle uuringu HTA sektorid hõlmavad tsemendi, raua ja terase ning võtmekemikaalide (sealhulgas ammoniaak, sooda ja seebikivi) tööstuslikku tootmist ning raskeveokite transporti, sealhulgas kaubavedu ja siseriiklikku laevandust.Täielikud üksikasjad on esitatud jaotises Meetodid ja lisamärkustes 1–5.Mis puutub raua- ja terasesektorisse, siis valdav osa Hiina olemasolevast toodangust (89,6%) on põhiline hapnikkõrgahjuprotsess, mis on selle valdkonna süsihappegaasist vabastamise peamine väljakutse.
tööstusele.Elektrikaarahjuprotsess moodustas Hiinas 2019. aastal vaid 10,4% kogutoodangust, mis on 17,5% vähem kui maailma keskmine ja 59,3% vähem kui USA oma18.Analüüsisime mudelis 60 peamist terase tootmise heitkoguste vähendamise tehnoloogiat ja liigitasime need kuue kategooriasse (joonis 2a): materjalitõhususe parandamine, täiustatud tehnoloogia jõudlus, elektrifitseerimine, CCUS, roheline vesinik ja sinine vesinik (täiendav tabel 1).ZERO-H süsteemi kulude optimeerimise võrdlemine NDC ja ZERO-NH stsenaariumitega näitab, et puhta vesiniku valikute kaasamine tooks kaasa märkimisväärse süsiniku vähendamise raua (vesinik-DRI) protsesside vesinikuga otsese redutseerimise tõttu.Pange tähele, et vesinik võib olla mitte ainult energiaallikas terase tootmisel, vaid ka süsinikku vähendava ainena täiendavalt kõrgahju-põhihapnikuahju (BF-BOF) protsessis ja 100% vesiniku-DRI marsruudil.ZERO-H korral väheneks BF-BOF osakaal 2060. aastal 34%-ni, 45% elektrikaareahju ja 21% vesinik-DRI-ga ning puhas vesinik kataks 29% kogu sektori energia lõppnõudlusest.Eeldatavalt päikese- ja tuuleenergia võrguhinnagalangus 38–40 MWh−1 USA dollarile aastal 205019, rohelise vesiniku hind
samuti väheneb ja 100% vesinik-DRI tee võib mängida olulisemat rolli kui varem arvati.Seoses tsemendi tootmisega sisaldab mudel tootmisprotsessides 47 peamist leevendustehnoloogiat, mis on liigitatud kuue kategooriasse (täiendavad tabelid 2 ja 3): energiatõhusus, alternatiivsed kütused, klinkri ja tsemendi suhte vähendamine, CCUS, roheline vesinik ja sinine vesinik ( joonis 2b).Tulemused näitavad, et täiustatud energiatõhususe tehnoloogiad suudavad vähendada vaid 8–10% kogu CO2 heitkogusest tsemendisektoris ning jääksoojuse koostootmise ja hapnikukütuse tehnoloogiate leevendav mõju on piiratud (4–8%).Klinkri ja tsemendi suhte vähendamise tehnoloogiad võivad anda suhteliselt kõrge süsinikdioksiidi vähendamise (50–70%), hõlmates peamiselt dekarboniseeritud tooraineid klinkri tootmiseks, kasutades granuleeritud kõrgahjuräbu, kuigi kriitikud kahtlevad, kas saadud tsement säilitab oma olulised omadused.Kuid praegused tulemused näitavad, et vesiniku kasutamine koos CCUS-ga võib aidata tsemendisektoril saavutada 2060. aastaks peaaegu nullilähedane CO2 heitkogus.
ZERO-H stsenaariumi korral tuleb tsemendi tootmisel mängu 20 vesinikupõhist tehnoloogiat (47-st leevendustehnoloogiast).Leiame, et vesinikutehnoloogiate keskmised süsinikuheite vähendamise kulud on madalamad kui tüüpilistel CCUS-i ja kütuse vahetamise lähenemisviisidel (joonis 2b).Veelgi enam, roheline vesinik on pärast 2030. aastat eeldatavasti odavam kui sinine vesinik, nagu allpool üksikasjalikult kirjeldatud, umbes 0,7–1,6 USA dollarit kg-1 H2 (viide 20), mis toob kaasa märkimisväärse CO2-heite vähenemise tsemenditootmises tööstusliku soojuse pakkumisel. .Praegused tulemused näitavad, et see võib vähendada 89–95% Hiina tööstuse kütteprotsessist tekkivat süsinikdioksiidi (joonis 2b, tehnoloogiad
28–47), mis on kooskõlas vesinikunõukogu hinnanguga 84–92% (viide 21).CCUS peab vähendama klinkriprotsessi CO2 heitkoguseid nii ZERO-H kui ka ZERO-NH korral.Samuti simuleerime vesiniku kasutamist lähteainena ammoniaagi, metaani, metanooli ja muude mudelikirjelduses loetletud kemikaalide tootmisel.ZERO-H stsenaariumi korral saavutab gaasipõhise ammoniaagi tootmine vesiniku soojusega 2060. aastal 20% kogutoodangust (joonis 3 ja lisatabel 4).Mudel sisaldab nelja tüüpi metanooli tootmistehnoloogiaid: kivisüsi metanooliks (CTM), koksigaas metanooliks (CGTM), maagaas metanooliks (NTM) ja CGTM/NTM vesinikkuumusega.ZERO-H stsenaariumi korral võib vesiniku soojusega CGTM/NTM saavutada 2060. aastal 21% tootmisosa (joonis 3).Kemikaalid on ka potentsiaalsed vesiniku energiakandjad.Meie integreeritud analüüsi põhjal võib vesinik 2060. aastaks moodustada 17% keemiatööstuse soojusenergia lõpptarbimisest. Koos bioenergia (18%) ja elektriga (32%) on vesinikul suur roll keemiatööstuses. 
Hiina HTA keemiatööstuse dekarboniseerimine (joonis 4a).
Joonis 2 |Peamiste leevendustehnoloogiate süsinikdioksiidi vähendamise potentsiaal ja vähendamise kulud.a, kuus kategooriat 60 peamist terasetööstuse heitkoguste vähendamise tehnoloogiat.b, kuus kategooriat 47 peamisest tsemendiheitmete vähendamise tehnoloogiast.Tehnoloogiad on loetletud numbrite järgi, vastavad määratlused sisalduvad lisatabelis 1 a kohta ja täiendavas tabelis 2 b jaoks.Iga tehnoloogia tehnoloogia valmisoleku tasemed (TRL) on märgitud: TRL3, kontseptsioon;TRL4, väike prototüüp;TRL5, suur prototüüp;TRL6, täielik prototüüp mastaabis;TRL7, kommertskasutuseeelne tutvustus;TRL8, demonstratsioon;TRL10, varajane kasutuselevõtt;TRL11, küps.
HTA transpordiliikide dekarboniseerimine puhta vesinikuga Modelleerimistulemuste põhjal on vesinikul suur potentsiaal ka Hiina transpordisektori dekarboniseerimiseks, kuigi see võtab aega.Lisaks LDV-dele hõlmavad mudelis analüüsitud muud transpordiliigid bussiparke, veoautosid (kerged/väikesed/keskmised/rasked), siseriiklikku laevandust ja raudteid, mis hõlmavad enamikku Hiina vedudest.Väikeste veesõidukite jaoks näivad elektrisõidukid ka tulevikus konkurentsivõimelisena.ZERO-H puhul jõuab vesinikkütuseelementide (HFC) hõlvamine LDV turule 2060. aastal vaid 5%-ni (joonis 3).Pargibusside puhul on HFC-bussid aga 2045. aastal konkurentsivõimelisemad kui elektrilised alternatiivid ja moodustavad ZERO-H stsenaariumi kohaselt 2060. aastal 61% kogu sõidukipargist, ülejäänud osa on elektrilised (joonis 3).Veoautode puhul erinevad tulemused sõltuvalt koormusest.Elektriajam hakkab aastaks 2035 ZERO-NH-s liikuma enam kui poole kergveokite pargist.Kuid ZERO-H-s on HFC-kerged veoautod 2035. aastaks konkurentsivõimelisemad kui elektrilised kergveokid ja moodustavad 2060. aastaks 53% turust. Raskeveokite puhul jõuaksid HFC-ga raskeveokid 66%-ni. turul 2060. aastal ZERO-H stsenaariumi järgi.Diisel/biodiisel/CNG (surugaas) HDV-d (raskeveokid) lahkuvad turult pärast 2050. aastat nii ZERO-NH kui ZERO-H stsenaariumide korral (joonis 3).HFC-sõidukitel on elektrisõidukite ees täiendav eelis nende parema jõudluse poolest külmades tingimustes, mis on oluline Põhja- ja Lääne-Hiinas.Lisaks maanteetranspordile näitab mudel vesinikutehnoloogiate laialdast kasutuselevõttu laevanduses ZERO-H stsenaariumi korral.Hiina siseriiklik laevandus on väga energiamahukas ja eriti raske süsinikdioksiidi vähendamise väljakutse.Puhas vesinik, eriti kui a
ammoniaagi lähteaine, pakub transpordivõimalust dekarboniseerimiseks.ZERO-H stsenaariumi odavaim lahendus annab 2060. aastal 65% ammoniaagiga ja 12% vesinikkütusel töötavate laevade läbitungimise (joonis 3).Selle stsenaariumi järgi moodustab vesinik 2060. aastal keskmiselt 56% kogu transpordisektori energia lõpptarbimisest. Modelleerisime ka vesiniku kasutamist elamute kütmisel (lisamärkus 6), kuid selle kasutuselevõtt on tühine ja käesolev artikkel keskendub vesiniku kasutamine HTA tööstuses ja raskeveokites.Kulude kokkuhoid süsinikuneutraalsuse kasutamisel puhta vesiniku kasutamisel Hiina süsinikuneutraalset tulevikku iseloomustab taastuvenergia domineerimine koos kivisöe järkjärgulise kaotamisega primaarenergia tarbimises (joonis 4).Mittefossiilsed kütused moodustavad 2050. aastal 88% primaarenergiast ja 2060. aastal ZERO-H 93%. Tuul ja päike annavad 2060. aastal poole primaarenergia tarbimisest. Riigis on keskmiselt puhta vesiniku osa kogu lõppenergiast. tarbimine (TFEC) võib 2060. aastal ulatuda 13%-ni. Arvestades tootmisvõimsuste piirkondlikku heterogeensust peamistes tööstusharudes piirkondade kaupa (täiendav tabel 7), on kümnes provintsis, kus vesiniku osakaal TFEC-is on kõrgem riigi keskmisest, sealhulgas Sise-Mongoolia, Fujian ja Shandong ja Guangdong, mida juhivad rikkalikud päikese- ja maismaa- ja avamere tuulevarud ja/või mitmekordne tööstuslik nõudlus vesiniku järele.ZERO-NH stsenaariumi korral oleks süsinikuneutraalsuse saavutamise kumulatiivne investeerimiskulu kuni 2060. aastani 20,63 triljonit dollarit ehk 1,58% sisemajanduse koguproduktist (SKT) aastatel 2020–2060.Keskmine lisainvesteering aastas oleks umbes 516 miljardit USA dollarit aastas.See tulemus on kooskõlas Hiina 15 triljoni USA dollari suuruse leevenduskavaga kuni 2050. aastani, mis tähendab, et iga-aastane uus investeering on keskmiselt 500 miljardit USA dollarit (viide 22).Puhta vesiniku valikuvõimaluste kasutuselevõtt Hiina energiasüsteemis ja tööstuslikes lähteainetes ZERO-H stsenaariumi korral toob aga kaasa oluliselt väiksema kumulatiivse investeeringu summas 18,91 triljonit USA dollarit aastaks 2060 ja iga-aastaselt.investeeringud väheneksid 2060. aastal alla 1% SKTst (joonis 1).4).Mis puutub HTA sektoritesse, siis aastane investeerimiskulu nendessektorites oleks ZERO-NH puhul ligikaudu 392 miljardit USA dollarit aastasstsenaarium, mis on kooskõlas Energia projektsioonigaÜleminekukomisjon (400 miljardit USA dollarit) (viide 23).Kui aga puhas
vesinik on ühendatud energiasüsteemi ja keemiliste lähteainetega, ZERO-H stsenaarium näitab, et iga-aastaseid investeerimiskulusid HTA sektorites võib vähendada 359 miljardi USA dollarini, peamiselt vähendades sõltuvust kulukatest CCUS-idest või NET-idest.Meie tulemused näitavad, et puhta vesiniku kasutamine võib säästa 1, 72 triljonit USA dollarit investeerimiskuludelt ja vältida kogu SKT (2020–2060) 0, 13% vähenemist võrreldes vesiniku kasutamisega kuni 2060. aastani.
Joonis 3 |Tehnoloogia levik tüüpilistes HTA sektorites.Tulemused BAU, NDC, ZERO-NH ja ZERO-H stsenaariumide (2020–2060) alusel.Igal verstapostiaastal näidatakse konkreetset tehnoloogia levikut erinevates sektorites värviliste ribadena, kus iga riba on läbitungimisprotsent kuni 100% (täielikult varjutatud võre puhul).Tehnoloogiad liigitatakse täiendavalt erinevate tüüpide järgi (näidatud legendides).CNG, surumaagaas;LPG, vedelgaas;LNG, vedel maagaas;w/wo, koos või ilma;EAF, elektrikaareahi;NSP, uus vedrustuse eelsoojendi kuivprotsess;WHR, heitsoojuse taaskasutus.
Postitusaeg: 13. märts 2023
