Analīzes rezultāti liecina, ka maz ticams, ka paļaušanās uz energoefektivitātes uzlabošanu kopā ar CCUS un NET vien būs rentabls ceļš Ķīnas HTA nozaru, īpaši smagās rūpniecības, dziļai dekarbonizācijai.Konkrētāk, plaša tīra ūdeņraža izmantošana HTA nozarēs var palīdzēt Ķīnai sasniegt oglekļa neitralitāti rentabli, salīdzinot ar scenāriju bez tīra ūdeņraža ražošanas un lietošanas.Rezultāti sniedz spēcīgus norādījumus par Ķīnas HTA dekarbonizācijas ceļu un vērtīgu atsauci citām valstīm, kuras saskaras ar līdzīgām problēmām.
HTA rūpniecības sektoru dekarbonizācija ar tīru ūdeņradi
Mēs veicam integrētu vismazāko izmaksu optimizāciju seku mazināšanas ceļiem uz oglekļa neitralitāti Ķīnā 2060. gadā. 1. tabulā ir definēti četri modelēšanas scenāriji: parastais bizness (BAU), Ķīnas valsts noteiktie ieguldījumi saskaņā ar Parīzes nolīgumu (NDC), neto. nulles emisijas bez ūdeņraža lietojumiem (ZERO-NH) un nulles emisijas ar tīru ūdeņradi (ZERO-H).Šajā pētījumā iekļautās HTA nozares ietver cementa, dzelzs un tērauda rūpniecisko ražošanu un galveno ķīmisko vielu (tostarp amonjaku, soda un kaustiskā soda) ražošanu un lieljaudas transportu, tostarp kravu pārvadājumus un iekšzemes kuģošanu.Pilna informācija ir sniegta sadaļā Metodes un 1.–5. papildu piezīmēs.Attiecībā uz dzelzs un tērauda nozari Ķīnas pašreizējās ražošanas dominējošo daļu (89,6 %) veido pamata skābekļa domnas process, kas ir galvenais izaicinājums šīs nozares dziļai dekarbonizācijai.
nozare.Elektriskās loka krāsns process 2019. gadā veidoja tikai 10,4% no kopējās produkcijas Ķīnā, kas ir par 17,5% mazāk nekā pasaulē vidēji un par 59,3% mazāk nekā ASV18.Mēs modelī analizējām 60 galvenās tērauda ražošanas emisiju samazināšanas tehnoloģijas un klasificējām tās sešās kategorijās (2.a att.): materiālu efektivitātes uzlabošana, progresīvu tehnoloģiju veiktspēja, elektrifikācija, CCUS, zaļais ūdeņradis un zilais ūdeņradis (1. papildu tabula).Salīdzinot ZERO-H sistēmas izmaksu optimizācijas ar NDC un ZERO-NH scenārijiem, redzams, ka tīra ūdeņraža iespēju iekļaušana dotu ievērojamu oglekļa samazinājumu, jo tiek ieviesti tiešā dzelzs reducēšana ar ūdeņradi (ūdeņraža-DRI).Ņemiet vērā, ka ūdeņradis var kalpot ne tikai kā enerģijas avots tērauda ražošanā, bet arī kā oglekli samazinošs reducētājs papildus domnas-bāzes skābekļa krāsns (BF-BOF) procesā un 100% ūdeņraža-DRI ceļā.Saskaņā ar ZERO-H BF-BOF īpatsvars 2060. gadā tiktu samazināts līdz 34%, ar 45% elektriskā loka krāsns un 21% ūdeņraža-DRI, un tīrs ūdeņradis nodrošinātu 29% no kopējā gala enerģijas pieprasījuma nozarē.Paredzams, ka tīkla cena saules un vēja enerģijai būssamazināsies līdz 38–40 MWh-1 ASV dolāriem 2050. gadā19, zaļā ūdeņraža izmaksas
samazināsies, un 100% ūdeņraža-DRI maršrutam var būt svarīgāka loma nekā iepriekš atzīts.Attiecībā uz cementa ražošanu modelī ir iekļautas 47 galvenās ražošanas procesu mazināšanas tehnoloģijas, kas klasificētas sešās kategorijās (2. un 3. papildu tabula): energoefektivitāte, alternatīvās degvielas, klinkera un cementa attiecības samazināšana, CCUS, zaļais ūdeņradis un zilais ūdeņradis ( 2.b att.).Rezultāti liecina, ka uzlabotas energoefektivitātes tehnoloģijas var samazināt tikai 8–10% no kopējām CO2 emisijām cementa nozarē, un siltumenerģijas koģenerācijas un skābekļa kurināmā tehnoloģijām būs ierobežota ietekme (4–8%).Tehnoloģijas klinkera un cementa attiecības samazināšanai var nodrošināt salīdzinoši augstu oglekļa emisiju samazināšanu (50–70%), galvenokārt ietverot dekarbonizētas izejvielas klinkera ražošanai, izmantojot granulētus domnas izdedžus, lai gan kritiķi apšauba, vai iegūtais cements saglabās savas būtiskās īpašības.Taču pašreizējie rezultāti liecina, ka ūdeņraža izmantošana kopā ar CCUS varētu palīdzēt cementa nozarei sasniegt gandrīz nulles CO2 emisijas 2060. gadā.
ZERO-H scenārijā cementa ražošanā tiek izmantotas 20 uz ūdeņradi balstītas tehnoloģijas (no 47 seku mazināšanas tehnoloģijām).Mēs atklājam, ka ūdeņraža tehnoloģiju vidējās oglekļa emisiju samazināšanas izmaksas ir zemākas nekā tipiskām CCUS un degvielas maiņas pieejām (2.b attēls).Turklāt sagaidāms, ka pēc 2030. gada zaļais ūdeņradis būs lētāks nekā zilais ūdeņradis, kā tas sīkāk aplūkots tālāk, aptuveni 0,7–1,6 USD kg–1 H2 (20. atsauce), tādējādi radot ievērojamu CO2 samazinājumu rūpnieciskā siltuma nodrošināšanā cementa ražošanā. .Pašreizējie rezultāti liecina, ka tas var samazināt par 89–95% CO2 no apkures procesa Ķīnas rūpniecībā (2.b att., tehnoloģijas
28–47), kas atbilst Ūdeņraža padomes aplēsei 84–92 % (atsauce 21).Klinkera procesa CO2 emisijas ir jāsamazina ar CCUS gan ZERO-H, gan ZERO-NH.Mēs arī simulējam ūdeņraža izmantošanu kā izejvielu amonjaka, metāna, metanola un citu modeļa aprakstā norādīto ķīmisko vielu ražošanā.ZERO-H scenārijā amonjaka ražošana uz gāzes bāzes ar ūdeņraža siltumu 2060. gadā iegūs 20% no kopējās ražošanas (3. attēls un 4. papildu tabula).Modelis ietver četru veidu metanola ražošanas tehnoloģijas: ogles uz metanolu (CTM), koksa gāzi uz metanolu (CGTM), dabasgāzi uz metanolu (NTM) un CGTM/NTM ar ūdeņraža siltumu.ZERO-H scenārijā CGTM/NTM ar ūdeņraža siltumu var sasniegt 21% ražošanas daļu 2060. gadā (3. att.).Ķīmiskās vielas ir arī potenciāli ūdeņraža enerģijas nesēji.Pamatojoties uz mūsu integrēto analīzi, ūdeņradis līdz 2060. gadam var veidot 17% no gala enerģijas patēriņa siltuma nodrošināšanai ķīmiskajā rūpniecībā. Līdzās bioenerģijai (18%) un elektroenerģijai (32%) ūdeņradim ir liela nozīme. 
Ķīnas HTA ķīmiskās rūpniecības dekarbonizācija (4.a att.).
2. att. |Oglekļa emisiju samazināšanas potenciāls un galveno mazināšanas tehnoloģiju samazināšanas izmaksas.a, sešas kategorijas no 60 galvenajām tērauda ražošanas emisiju samazināšanas tehnoloģijām.b, sešas 47 galveno cementa emisiju samazināšanas tehnoloģiju kategorijas.Tehnoloģijas ir uzskaitītas pēc skaita, un atbilstošās definīcijas ir iekļautas 1. papildu tabulā a un 2. papildu tabulā b.Katras tehnoloģijas tehnoloģiju gatavības līmeņi (TRL) ir atzīmēti: TRL3, koncepcija;TRL4, mazs prototips;TRL5, liels prototips;TRL6, pilns prototips mērogā;TRL7,pirmskomercializācijas demonstrācija;TRL8, demonstrācija;TRL10, agrīna pieņemšana;TRL11, nobriedis.
HTA transporta veidu dekarbonizācija ar tīru ūdeņradi Pamatojoties uz modelēšanas rezultātiem, ūdeņradim ir arī liels potenciāls dekarbonizēt Ķīnas transporta sektoru, lai gan tas prasīs laiku.Papildus LDV, citi modelī analizētie transporta veidi ietver autobusu parku, kravas automašīnas (vieglas/mazas/vidējas/smagas), iekšzemes kuģošanu un dzelzceļu, kas aptver lielāko daļu pārvadājumu Ķīnā.LDV elektriskie transportlīdzekļi nākotnē saglabās konkurētspējīgu cenu.ZERO-H ūdeņraža degvielas šūnu (HFC) izplatība LDV tirgū 2060. gadā sasniegs tikai 5% (3. att.).Tomēr attiecībā uz autobusu parku HFC autobusi 2045. gadā būs konkurētspējīgāki izmaksu ziņā nekā elektriskās alternatīvas, un 2060. gadā ZERO-H scenārijā tie veidos 61% no kopējā autoparka, bet pārējā daļa ir elektriska (3. attēls).Attiecībā uz kravas automašīnām rezultāti atšķiras atkarībā no slodzes.Ar elektrisko piedziņu līdz 2035. gadam ZERO-NH darbosies vairāk nekā puse no kopējā vieglo kravas automašīnu parka.Taču ZERO-H režīmā HFC vieglās kravas automašīnas līdz 2035. gadam būs konkurētspējīgākas par elektriskajām vieglajām kravas automašīnām un līdz 2060. gadam veidos 53% no tirgus. Attiecībā uz lieljaudas kravas automašīnām HFC lieljaudas kravas automašīnas sasniegtu 66% no tirgus 2060. gadā ZERO-H scenārijā.Dīzeļdegvielas/biodīzeļdegvielas/CNG (saspiestā dabasgāze) HDV (lieljaudas transportlīdzekļi) pametīs tirgu pēc 2050. gada gan ZERO-NH, gan ZERO-H scenārijos (3. attēls).HFC transportlīdzekļiem ir papildu priekšrocība salīdzinājumā ar elektriskajiem transportlīdzekļiem, jo tie labāk darbojas aukstos apstākļos, kas ir svarīgi Ķīnas ziemeļos un rietumos.Papildus autotransportam modelis parāda ūdeņraža tehnoloģiju plašu ieviešanu kuģniecībā ZERO-H scenārijā.Ķīnas iekšzemes kuģniecība ir ļoti energoietilpīga un īpaši sarežģīta dekarbonizācijas problēma.Tīrs ūdeņradis, īpaši kā a
amonjaka izejviela, nodrošina dekarbonizācijas iespēju.Vislētākais risinājums ZERO-H scenārijā nodrošina 65% ar amonjaku darbināmu kuģu un 12% ar ūdeņradi darbināmu kuģu iespiešanos 2060. gadā (3. att.).Šajā scenārijā ūdeņradis veidos vidēji 56% no visa transporta sektora enerģijas galapatēriņa 2060. gadā. Mēs arī modelējām ūdeņraža izmantošanu dzīvojamo māju apkurē (6. papildpiezīme), taču tā pieņemšana ir niecīga, un šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta ūdeņraža izmantošana HTA nozarēs un lieljaudas transportā.Oglekļa neitralitātes izmaksu ietaupījumi, izmantojot tīru ūdeņradi Ķīnas oglekļa neitrālu nākotni raksturos atjaunojamās enerģijas dominēšana, pakāpeniski pārtraucot ogļu izmantošanu primārās enerģijas patēriņā (4. attēls).Nefosilais kurināmais veido 88% no primārās enerģijas klāsta 2050. gadā un 93% 2060. gadā saskaņā ar ZERO-H. Vēja un saules enerģija nodrošinās pusi no primārās enerģijas patēriņa 2060. gadā. Vidēji valsts mērogā tīrā ūdeņraža daļa no kopējās gala enerģijas patēriņš (TFEC) 2060. gadā varētu sasniegt 13%. Ņemot vērā ražošanas jaudu reģionālo neviendabīgumu galvenajās nozarēs pa reģioniem (7. papildu tabula), ir desmit provincēs, kurās ūdeņraža īpatsvars TFEC ir augstāks nekā vidēji valstī, tostarp Iekšējā Mongolija, Fudzjana un Šanduna. un Guanduna, ko veicina bagātīgi saules enerģijas un sauszemes un jūras vēja resursi un/vai daudzveidīgas rūpnieciskās prasības pēc ūdeņraža.ZERO-NH scenārijā kumulatīvās investīciju izmaksas, lai sasniegtu oglekļa neitralitāti līdz 2060. gadam, būtu 20,63 triljoni USD jeb 1,58% no kopējā iekšzemes kopprodukta (IKP) 2020.–2060.Vidējais papildu ieguldījums gadā būtu aptuveni 516 miljardi ASV dolāru gadā.Šis rezultāts atbilst Ķīnas 15 triljonu ASV dolāru seku mazināšanas plānam līdz 2050. gadam, kas ir vidējais ikgadējais jauns ieguldījums 500 miljardu ASV dolāru apmērā (22. atsauce).Tomēr, ieviešot tīras ūdeņraža iespējas Ķīnas enerģētikas sistēmā un rūpnieciskajās izejmateriālos saskaņā ar ZERO-H scenāriju, līdz 2060. gadam ir ievērojami mazāki kumulatīvie ieguldījumi USD 18,91 triljona apmērā un ikgadējie ieguldījumi.2060. gadā investīcijas tiktu samazinātas līdz mazāk nekā 1% no IKP (att.4).Attiecībā uz HTA nozarēm ikgadējās investīciju izmaksas tajosnozarēs ZERO-NH būtu aptuveni 392 miljardi ASV dolāru gadāscenārijs, kas atbilst Enerģijas projekcijaiPārejas komisija (400 miljardi ASV dolāru) (23. atsauce).Tomēr, ja tīrs
ūdeņradis ir iekļauts energosistēmā un ķīmiskajās izejvielās, ZERO-H scenārijs norāda, ka ikgadējās investīciju izmaksas HTA nozarēs varētu samazināt līdz 359 miljardiem ASV dolāru, galvenokārt samazinot paļaušanos uz dārgiem CCUS vai NET.Mūsu rezultāti liecina, ka tīra ūdeņraža izmantošana var ietaupīt USD 1,72 triljonus investīciju izmaksās un izvairīties no kopējā IKP zuduma par 0,13% (2020.–2060. gads), salīdzinot ar ceļu bez ūdeņraža līdz 2060. gadam.
3. att. |Tehnoloģiju izplatība tipiskās HTA nozarēs.Rezultāti saskaņā ar BAU, NDC, ZERO-NH un ZERO-H scenārijiem (2020–2060).Katrā pavērsiena gadā konkrētā tehnoloģiju izplatība dažādās nozarēs tiek parādīta ar krāsainām joslām, kur katra josla ir iespiešanās procents līdz 100% (pilnībā noēnotam režģim).Tehnoloģijas tālāk tiek klasificētas pēc dažādiem veidiem (parādītas leģendās).CNG, saspiesta dabasgāze;LPG, sašķidrinātā naftas gāze;LNG, šķidrā dabasgāze;w/wo, ar vai bez;EAF, elektriskā loka krāsns;NSP, jauna piekares priekšsildītāja sausais process;WHR, siltuma atgūšana.
Izlikšanas laiks: 13.03.2023
