Hasil analisa nunjukkeun yén gumantungna kana perbaikan efisiensi énérgi digabungkeun sareng CCUS sareng NETs waé henteu sigana janten jalur anu murah pikeun dekarbonisasi jero séktor HTA China, khususna industri beurat.Leuwih husus, aplikasi nyebar hidrogén bersih dina séktor HTA bisa mantuan Cina ngahontal biaya neutrality karbon éféktif dibandingkeun jeung skenario tanpa produksi hidrogén beresih jeung pamakéan.Hasilna nyayogikeun pituduh anu kuat pikeun jalur dekarbonisasi HTA Cina sareng rujukan anu berharga pikeun nagara-nagara sanés anu nyanghareupan tantangan anu sami.
Decarbonizing séktor industri HTA kalawan hidrogén bersih
Urang ngalaksanakeun hiji optimasi pangsaeutikna-biaya optimasi jalur mitigasi ka neutrality karbon pikeun Cina dina 2060. Opat skenario modeling didefinisikeun dina Table 1: bisnis sakumaha biasa (BAU), Kontribusi Nasional ditangtukeun Cina dina pasatujuan Paris (NDC), net- emisi nol kalayan aplikasi no-hidrogén (ZERO-NH) jeung émisi bersih-enol kalawan hidrogén bersih (ZERO-H).Sektor HTA dina ulikan ieu ngawengku produksi industri semén, beusi jeung baja jeung bahan kimia konci (kaasup amonia, soda jeung soda caustic) jeung angkutan beurat-tugas, kaasup trucking jeung pengiriman barang domestik.Rincian lengkep disayogikeun dina bagian Métode sareng Catetan Tambahan 1–5.Ngeunaan séktor beusi sareng baja, pangsa dominan produksi anu aya di Cina (89,6%) nyaéta ku prosés tungku ledakan oksigén dasar, tantangan konci pikeun dekarbonisasi jero ieu.
industri.Prosés tungku busur listrik ngan ukur 10,4% tina total produksi di China dina taun 2019, nyaéta 17,5% langkung handap tina pangsa rata-rata dunya sareng 59,3% kirang ti éta pikeun Amérika Serikat18.Urang dianalisis 60 téhnologi mitigasi émisi steelmaking konci dina modél sarta digolongkeun kana genep kategori (Gbr. 2a): pamutahiran efisiensi bahan, kinerja téhnologi canggih, electrification, CCUS, hidrogén héjo sarta hidrogén bulao (Tabel 1).Ngabandingkeun optimasi biaya sistem ZERO-H sareng skenario NDC sareng ZERO-NH nunjukkeun yén kalebet pilihan hidrogén anu bersih bakal ngahasilkeun réduksi karbon anu penting kusabab ngenalkeun prosés réduksi langsung hidrogén tina beusi (hidrogen-DRI).Catet yén hidrogén tiasa dianggo sanés ngan ukur salaku sumber énergi dina pembuatan waja tapi ogé salaku agén pangréduksi karbon-abating dina dasar tambahan dina prosés Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) sareng 100% dina jalur hidrogén-DRI.Dina ZERO-H, pangsa BF-BOF bakal diréduksi jadi 34% dina 2060, kalayan 45% tungku busur listrik sareng 21% hidrogen-DRI, sareng hidrogén bersih bakal nyayogikeun 29% tina total paménta énergi ahir dina séktor éta.Kalawan harga grid pikeun tanaga surya sarta angin diperkirakeunturun ka AS $38–40MWh−1 dina 205019, biaya hidrogén héjo
ogé bakal nolak, sarta 100% jalur hidrogén-DRI bisa maénkeun peran leuwih penting batan dipikawanoh saméméhna.Ngeunaan produksi semén, modél ieu kalebet 47 téknologi mitigasi konci dina prosés produksi anu digolongkeun kana genep kategori (Tabel Tambahan 2 sareng 3): efisiensi énergi, bahan bakar alternatif, ngirangan rasio klinker-to-semén, CCUS, hidrogén héjo sareng hidrogén biru ( Gbr. 2b).Hasilna nunjukkeun yén téknologi efisiensi énergi anu ningkat ngan ukur tiasa ngirangan 8-10% tina total émisi CO2 dina séktor semén, sareng téknologi kogenerasi panas-panas sareng oksi-bahan bakar bakal gaduh pangaruh mitigasi terbatas (4-8%).Téknologi pikeun ngurangan rasio klinker-ka-semén bisa ngahasilkeun mitigasi karbon nu kawilang luhur (50-70%), utamana kaasup bahan baku decarbonized pikeun produksi klinker maké slag tungku ledakan granulated, sanajan kritik sual lamun semén dihasilkeun bakal nahan kualitas penting na.Tapi hasil ayeuna nunjukkeun yén panggunaan hidrogén sareng CCUS tiasa ngabantosan séktor semén ngahontal émisi CO2 ampir enol dina taun 2060.
Dina skenario ZERO-H, 20 téknologi dumasar hidrogén (tina 47 téknologi mitigasi) dimaénkeun dina produksi semén.Urang manggihan yén biaya abatement karbon rata-rata téknologi hidrogén leuwih handap CCUS has sarta pendekatan switching suluh (Gbr. 2b).Saterusna, hidrogén héjo diperkirakeun jadi langkung mirah ti hidrogén biru sanggeus 2030 sakumaha dibahas di jéntré di handap, di sabudeureun AS $ 0,7–US $ 1,6 kg−1 H2 (ref. 20), bringing reductions signifikan CO2 dina penyediaan panas industri dina pembuatan semén. .Hasil ayeuna nunjukkeun yén éta tiasa ngirangan 89-95% tina CO2 tina prosés pemanasan di industri Cina (Gbr. 2b, téknologi.
28-47), anu konsisten sareng perkiraan Déwan Hidrogen 84-92% (ref. 21).Émisi prosés klinker CO2 kedah diréduksi ku CCUS boh ZERO-H sareng ZERO-NH.Urang ogé simulasi pamakéan hidrogén salaku feedstock dina produksi amonia, métana, métanol jeung bahan kimia lianna didaptarkeun dina déskripsi modél.Dina skenario ZERO-H, produksi amonia dumasar-gas kalayan panas hidrogén bakal meunang pangsa 20% tina total produksi dina 2060 (Gbr. 3 sareng Tabél Suplemén 4).Modél ieu ngawengku opat rupa téknologi produksi métanol: batubara ka métanol (CTM), coke gas ka métanol (CGTM), gas alam ka métanol (NTM) jeung CGTM/NTM kalawan hidrogén panas.Dina skenario ZERO-H, CGTM / NTM kalayan panas hidrogén tiasa ngahontal pangsa produksi 21% dina 2060 (Gbr. 3).Kimia ogé poténsial pamawa énergi hidrogén.Dina dasar analisis terpadu urang, hidrogén bisa ngandung 17% tina konsumsi énergi final pikeun penyediaan panas dina industri kimia ku 2060. Marengan bioenergy (18%) jeung listrik (32%), hidrogén boga peran utama maén dina 
dekarbonisasi industri kimia HTA Cina (Gbr. 4a).
Gbr. 2 |Potensi mitigasi karbon sareng biaya ngirangan tina téknologi mitigasi konci.a, Genep kategori 60 konci steelmaking téhnologi mitigasi émisi.b, Genep kategori 47 téhnologi mitigasi émisi semén konci.Téknologi didaptarkeun ku nomer, kalayan definisi anu saluyu kalebet dina Tabél Tambahan 1 kanggo a sareng Tabél Tambahan 2 pikeun b.Tingkat kesiapan téknologi (TRL) unggal téknologi ditandaan: TRL3, konsép;TRL4, prototipe leutik;TRL5, prototipe badag;TRL6, prototipe pinuh dina skala;TRL7, démo pre-komérsial;TRL8, démo;TRL10, nyoko mimiti;TRL11, asak.
Decarbonizing mode transportasi HTA kalawan hidrogén bersih Dumasar kana hasil modeling, hidrogén ogé boga potensi badag pikeun decarbonize sektor transportasi Cina, sanajan bakal butuh waktu.Salian LDVs, modus angkutan séjén dianalisis dina modél ngawengku beus armada, treuk (lampu / leutik / sedeng / beurat), pengiriman barang domestik jeung karéta api, ngawengku paling angkutan di Cina.Pikeun LDVs, kandaraan listrik kasampak tetep ongkos kalapa di mangsa nu bakal datang.Dina ZERO-H, penetrasi sél suluh hidrogén (HFC) tina pasar LDV bakal ngahontal ngan 5% dina 2060 (Gbr. 3).Pikeun beus armada, kumaha oge, beus HFC bakal leuwih mahal kalapa ti alternatif listrik dina 2045 sarta ngawengku 61% tina total armada di 2060 dina skenario ZERO-H, jeung sésana listrik (Gbr. 3).Sedengkeun pikeun treuk, hasilna rupa-rupa ku laju beban.Propulsi listrik bakal ngajalankeun langkung ti satengah tina total armada treuk tugas ringan ku 2035 di ZERO-NH.Tapi dina ZERO-H, treuk tugas ringan HFC bakal langkung kompetitif tibatan treuk tugas ringan listrik ku 2035 sareng ngandung 53% pasar ku 2060. Ngeunaan treuk tugas beurat, treuk tugas beurat HFC bakal ngahontal 66% tina pasar di 2060 dina skenario ZERO-H.Diesel/bio-diesel/CNG (gas alam dikomprés) HDVs (kandaraan tugas beurat) bakal kaluar pasar sanggeus 2050 dina duanana ZERO-NH jeung ZERO-H skenario (Gbr. 3).Kandaraan HFC gaduh kaunggulan tambahan pikeun kendaraan listrik dina pagelaran anu langkung saé dina kaayaan tiis, penting di Cina kalér sareng kulon.Saluareun angkutan jalan, modél nunjukkeun adopsi téknologi hidrogén anu nyebar dina pengiriman barang dina skenario ZERO-H.Pangiriman domestik Cina sacara intensif énergi sareng tantangan dekarbonisasi anu sesah.Hidrogen bersih, utamana salaku a
bahan baku pikeun amonia, nyadiakeun pilihan pikeun decarbonization pengiriman barang.Solusi pangsaeutikna dina skenario ZERO-H ngahasilkeun 65% penetrasi tina amonia-ngalarti jeung 12% tina kapal hidrogén-ngalarti dina 2060 (Gbr. 3).Dina skenario ieu, hidrogén bakal akun pikeun rata-rata 56% tina konsumsi énergi ahir sakabéh sektor transportasi di 2060. Urang ogé dimodelkeun pamakéan hidrogén dina pemanasan padumukan (Supplementary Catetan 6), tapi nyoko na negligible jeung tulisan ieu museurkeun kana. pamakéan hidrogén dina industri HTA jeung angkutan beurat-tugas.Penghematan biaya nétralitas karbon ngagunakeun hidrogén bersih Masa depan nétral karbon di Cina bakal dicirian ku dominasi énergi anu tiasa di-renew, kalayan ngaleungitkeun batubara dina konsumsi énergi primér na (Gbr. 4).Bahan bakar non-fosil ngandung 88% tina campuran énergi primér dina 2050 sareng 93% dina 2060 dina kaayaan ZERO-H. Wind sareng surya bakal nyayogikeun satengah tina konsumsi énergi primér dina 2060. Rata-rata, sacara nasional, pangsa hidrogén bersih tina total énergi ahir. konsumsi (TFEC) bisa ngahontal 13% dina 2060. Tempo heterogeneity régional kapasitas produksi di industri konci dumasar wewengkon (Tambahan Table 7), aya sapuluh propinsi kalawan biasa hidrogén of TFEC leuwih luhur ti rata nasional, kaasup Inner Mongolia, Fujian, Shandong sarta Guangdong, disetir ku solar euyeub tur onshore jeung sumberdaya angin lepas pantai jeung / atawa sababaraha tungtutan industri pikeun hidrogén.Dina skenario ZERO-NH, biaya investasi kumulatif pikeun ngahontal nétralitas karbon dugi ka 2060 bakal $ 20.63 triliun, atanapi 1.58% tina agrégat produk doméstik kotor (GDP) pikeun 2020-2060.Investasi tambahan rata-rata taunan bakal sakitar US $ 516 milyar per taun.Hasilna konsisten sareng rencana mitigasi $ 15 triliun Cina dugi ka 2050, rata-rata investasi anyar taunan $ 500 milyar (ref. 22).Tapi, ngenalkeun pilihan hidrogén anu bersih kana sistem énergi Cina sareng bahan baku industri dina skenario ZERO-H nyababkeun investasi kumulatif anu langkung handap $ 18.91 triliun ku 2060 sareng taunan.investasi bakal diréduksi jadi kirang ti 1% tina PDB dina 2060 (Gbr.4).Ngeunaan sektor HTA, biaya investasi taunan di maranéhananaséktor bakal sakitar US $ 392 milyar per taun dina ZERO-NHskenario, nu konsisten jeung proyéksi énergiKomisi Transisi (AS $ 400 milyar) (ref. 23).Sanajan kitu, lamun beresih
hidrogén diasupkeun kana sistem énérgi jeung bahan baku kimia, skenario ZERO-H nunjukkeun biaya investasi taunan di séktor HTA bisa diréduksi jadi AS $359 milyar, utamana ku cara ngurangan reliance on mahalna CCUS atawa NETs.Hasilna nunjukkeun yén panggunaan hidrogén bersih tiasa ngahémat $ 1.72 triliun biaya investasi sareng ngahindarkeun karugian 0.13% dina GDP agrégat (2020-2060) dibandingkeun sareng jalur tanpa hidrogen dugi ka 2060.
Gbr. 3 |Téknologi penetrasi dina séktor HTA has.Hasil dina skenario BAU, NDC, ZERO-NH sareng ZERO-H (2020–2060).Dina unggal taun milestone, penetrasi téhnologi husus dina séktor béda ditémbongkeun ku bar berwarna, dimana unggal bar mangrupakeun persentase penetrasi nepi ka 100% (pikeun kisi pinuh shaded).Téknologi anu salajengna digolongkeun ku tipena béda (ditémbongkeun dina legenda).CNG, gas alam dikomprés;LPG, gas minyak bumi cair;LNG, gas alam cair;w / wo, nganggo atanapi henteu;EAF, tungku busur listrik;NSP, gantung anyar preheater prosés garing;WHR, pamulihan panas runtah.
waktos pos: Mar-13-2023
