Analizės rezultatai rodo, kad nepasitikėjimas energijos vartojimo efektyvumo gerinimu kartu su CCUS ir NET vien tik nebus ekonomiškas būdas giliai dekarbonizuoti Kinijos HTA sektorius, ypač sunkiąją pramonę.Konkrečiau, plačiai paplitęs švaraus vandenilio taikymas STT sektoriuose gali padėti Kinijai ekonomiškai efektyviai pasiekti anglies neutralumo, palyginti su scenarijumi, kai švarus vandenilio gamyba ir naudojimas nėra.Rezultatai yra tvirtos gairės Kinijos HTA dekarbonizavimo būdui ir vertinga nuoroda kitoms šalims, susiduriančioms su panašiais iššūkiais.
HTA pramonės sektorių dekarbonizavimas švariu vandeniliu
Vykdome integruotą mažiausių sąnaudų mažinimo būdų optimizavimą siekiant užtikrinti, kad Kinija 2060 m. būtų neutrali anglies dioksido. nulinis išmetamųjų teršalų kiekis naudojant nenaudojant vandenilio (ZERO-NH) ir nulinis išmetamųjų teršalų kiekis naudojant švarų vandenilį (ZERO-H).Šiame tyrime HTA sektoriai apima pramoninę cemento, geležies ir plieno bei pagrindinių cheminių medžiagų (įskaitant amoniaką, sodą ir kaustinę sodą) gamybą ir sunkųjį transportą, įskaitant krovinių gabenimą ir vidaus laivybą.Išsami informacija pateikta skyriuje Metodai ir 1–5 papildomose pastabose.Kalbant apie geležies ir plieno sektorių, dominuojanti dabartinės Kinijos produkcijos dalis (89,6 %) yra pagaminta naudojant pagrindinį deguonies aukštakrosnės procesą, o tai yra pagrindinis iššūkis siekiant giliai dekarbonizuoti šį sektorių.
industrija.2019 m. elektros lanko krosnių procesas sudarė tik 10,4 % visos Kinijos produkcijos, o tai yra 17,5 % mažiau nei vidutinė pasaulio dalis ir 59,3 % mažiau nei JAV18.Modelyje išanalizavome 60 pagrindinių plieno gamybos išmetamų teršalų mažinimo technologijų ir suskirstėme jas į šešias kategorijas (2a pav.): medžiagų efektyvumo gerinimas, pažangių technologijų efektyvumas, elektrifikavimas, CCUS, žalias vandenilis ir mėlynasis vandenilis (1 papildoma lentelė).Palyginus ZERO-H sistemos sąnaudų optimizavimą su NDC ir ZERO-NH scenarijais, matyti, kad įtraukus švaraus vandenilio parinktis, būtų galima žymiai sumažinti anglies dioksido kiekį dėl tiesioginio geležies redukavimo vandenilio (vandenilio-DRI) procesų.Atkreipkite dėmesį, kad vandenilis gali būti naudojamas ne tik kaip energijos šaltinis plieno gamyboje, bet ir kaip anglį mažinanti reduktorius, papildomai naudojant aukštakrosnės-bazinės deguonies krosnies (BF-BOF) procesą ir 100 % vandenilio-DRI maršrute.Pagal ZERO-H 2060 m. BF-BOF dalis būtų sumažinta iki 34%, o 45% elektros lanko krosnys ir 21% vandenilio-DRI, o švarus vandenilis padėtų 29% viso galutinio energijos poreikio sektoriuje.Tikimasi, kad saulės ir vėjo energijos tinklo kaina bus tokiasumažės iki 38–40 MWh–1 USD 2050 m.19, žaliojo vandenilio kaina
taip pat sumažės, o 100 % vandenilio-DRI kelias gali atlikti svarbesnį vaidmenį, nei buvo pripažinta anksčiau.Kalbant apie cemento gamybą, modelis apima 47 pagrindines gamybos procesų mažinimo technologijas, suskirstytas į šešias kategorijas (papildomos 2 ir 3 lentelės): energijos vartojimo efektyvumas, alternatyvūs degalai, klinkerio ir cemento santykio mažinimas, CCUS, žalias vandenilis ir mėlynasis vandenilis ( 2b pav.).Rezultatai rodo, kad patobulintos energijos vartojimo efektyvumo technologijos gali sumažinti tik 8–10 % viso cemento sektoriuje išmetamo CO2 kiekio, o atliekinės šilumos kogeneracijos ir deguonies kuro technologijos turės ribotą švelninimo poveikį (4–8 %).Technologijos, skirtos sumažinti klinkerio ir cemento santykį, gali duoti santykinai didelį anglies kiekio mažinimą (50–70 %), daugiausia apimančios dekarbonizuotas žaliavas klinkerio gamybai naudojant granuliuotą aukštakrosnių šlaką, nors kritikai abejoja, ar gautas cementas išlaikys pagrindines savybes.Tačiau dabartiniai rezultatai rodo, kad vandenilio naudojimas kartu su CCUS galėtų padėti cemento sektoriui pasiekti beveik nulinį CO2 emisiją 2060 m.
Pagal ZERO-H scenarijų cemento gamyboje pradedama naudoti 20 vandenilio technologijų (iš 47 švelninimo technologijų).Pastebime, kad vidutinės vandenilio technologijų anglies dioksido mažinimo sąnaudos yra mažesnės nei įprastų CCUS ir kuro keitimo metodų (2b pav.).Be to, tikimasi, kad žalias vandenilis po 2030 m. bus pigesnis nei mėlynasis vandenilis, kaip išsamiai aptarta toliau, maždaug 0,7–1,6 USD kg–1 H2 (20 nuoroda), todėl cemento gamyboje labai sumažės CO2 kiekis pramonėje. .Dabartiniai rezultatai rodo, kad jis gali sumažinti 89–95 % CO2 iš šildymo proceso Kinijos pramonėje (2b pav., technologijos
28–47), o tai atitinka Vandenilio tarybos įvertinimą 84–92 % (žr. 21).Klinkerio proceso išmetamas CO2 kiekis turi būti sumažintas naudojant CCUS ir ZERO-H, ir ZERO-NH.Taip pat imituojame vandenilio, kaip žaliavos, naudojimą gaminant amoniaką, metaną, metanolį ir kitas modelio aprašyme nurodytas chemines medžiagas.Pagal ZERO-H scenarijų dujų pagrindu pagaminto amoniako gamyba naudojant vandenilio šilumą 2060 m. sudarys 20 % visos produkcijos (3 pav. ir 4 papildoma lentelė).Modelis apima keturių rūšių metanolio gamybos technologijas: anglis į metanolį (CTM), kokso dujos į metanolį (CGTM), gamtinės dujos į metanolį (NTM) ir CGTM/NTM su vandenilio šiluma.Pagal ZERO-H scenarijų CGTM/NTM su vandenilio šiluma gali pasiekti 21 % gamybos dalį 2060 m. (3 pav.).Cheminės medžiagos taip pat yra potencialūs vandenilio energijos nešėjai.Remiantis mūsų integruota analize, vandenilis iki 2060 m. gali sudaryti 17 % galutinio energijos suvartojimo šilumos tiekimui chemijos pramonėje. Kartu su bioenergija (18 %) ir elektros energija (32 %) vandenilis turi atlikti svarbų vaidmenį 
Kinijos HTA chemijos pramonės dekarbonizacija (4a pav.).
2 pav. |Anglies dioksido mažinimo potencialas ir pagrindinių mažinimo technologijų sąnaudos.a, šešios 60 pagrindinių plieno gamybos išmetamųjų teršalų mažinimo technologijų kategorijos.b, šešios 47 pagrindinių cemento emisijų mažinimo technologijų kategorijos.Technologijos išvardytos skaičiais, atitinkami apibrėžimai įtraukti į 1 papildomą a lentelę ir 2 papildomą b lentelę.Kiekvienos technologijos technologijos parengties lygiai (TRL) pažymėti: TRL3, koncepcija;TRL4, mažas prototipas;TRL5, didelis prototipas;TRL6, visas prototipas mastu;TRL7, ikiprekybinė demonstracija;TRL8, demonstravimas;TRL10, ankstyvas priėmimas;TRL11, subrendęs.
HTA transportavimo būdų dekarbonizavimas švariu vandeniliu Remiantis modeliavimo rezultatais, vandenilis taip pat turi didelį potencialą dekarbonizuoti Kinijos transporto sektorių, nors tai užtruks.Be LDV, modelyje analizuojamos kitos transporto rūšys apima autobusus, sunkvežimius (lengvus / mažus / vidutinius / sunkius), vietinę laivybą ir geležinkelius, apimančius daugumą pervežimų Kinijoje.Tikimasi, kad LDV elektrinės transporto priemonės ateityje išliks konkurencingos.ZERO-H vandenilio kuro elementų (HFC) skverbtis į LDV rinką 2060 m. pasieks tik 5% (3 pav.).Tačiau 2045 m. HFC autobusai bus konkurencingesni sąnaudomis nei alternatyvūs elektriniai ir sudarys 61 % viso parko 2060 m. pagal ZERO-H scenarijų, o likusi dalis bus elektra varoma (3 pav.).Kalbant apie sunkvežimius, rezultatai skiriasi priklausomai nuo apkrovos greičio.Iki 2035 m. ZERO-NH daugiau nei pusę viso lengvųjų sunkvežimių parko varys elektrinis variklis.Tačiau ZERO-H HFC lengvieji sunkvežimiai iki 2035 m. bus konkurencingesni už elektrinius lengvuosius sunkvežimius ir iki 2060 m. sudarys 53 % rinkos. Kalbant apie sunkiasvorius sunkvežimius, HFC sunkiasvoriai sunkvežimiai pasieks 66 %. rinkoje 2060 m. pagal ZERO-H scenarijų.Dyzeliniai / biodyzeliniai / CNG (suslėgtos gamtinės dujos) HDV (sunkiasvorės transporto priemonės) pasitrauks iš rinkos po 2050 m. pagal ZERO-NH ir ZERO-H scenarijus (3 pav.).HFC transporto priemonės turi papildomą pranašumą prieš elektra varomus automobilius, nes jie geriau veikia šaltomis sąlygomis, o tai svarbu Šiaurės ir Vakarų Kinijoje.Be kelių transporto, modelis rodo, kad vandenilio technologijos plačiai naudojamos laivyboje pagal ZERO-H scenarijų.Kinijos vidaus laivyba yra labai daug energijos reikalaujanti ir ypač sudėtinga dekarbonizacijos problema.Švarus vandenilis, ypač kaip a
amoniako žaliava, suteikia galimybę gabenti dekarbonizuoti.Mažiausiai kainuojantis sprendimas pagal ZERO-H scenarijų lemia, kad 2060 m. amoniaku varomų laivų skverbtis bus 65%, o vandeniliu – 12% (3 pav.).Pagal šį scenarijų vandenilis sudarys vidutiniškai 56 % galutinio energijos suvartojimo visame transporto sektoriuje 2060 m. Mes taip pat modeliavome vandenilio naudojimą gyvenamųjų patalpų šildymui (6 papildoma pastaba), tačiau jo pritaikymas yra nereikšmingas ir šiame darbe daugiausia dėmesio skiriama vandenilio naudojimas HTA pramonėje ir sunkiasvoriame transporte.Anglies neutralumo, naudojant švarų vandenilį, kaštų taupymas Anglies požiūriu neutrali Kinijos ateitis pasižymės atsinaujinančios energijos dominavimu, o pirminės energijos suvartojime bus palaipsniui atsisakyta anglies (4 pav.).Neiškastinis kuras sudaro 88 % pirminės energijos derinio 2050 m. ir 93 % 2060 m. pagal ZERO-H. Vėjo ir saulės energija 2060 m. pagamins pusę pirminės energijos. Vidutiniškai šalies mastu švaraus vandenilio dalis visos galutinės energijos dalis suvartojimas (TFEC) gali siekti 13 % 2060 m. Atsižvelgiant į regioninį pagrindinių pramonės šakų gamybos pajėgumų nevienalytiškumą pagal regionus (7 papildoma lentelė), yra dešimt provincijų, kuriose TFEC vandenilio dalis yra didesnė nei šalies vidurkis, įskaitant Vidinę Mongoliją, Fudzianą, Šandongą. ir Guangdong, skatinami gausių saulės energijos ir sausumos bei jūros vėjo išteklių ir (arba) daugybės pramoninių vandenilio poreikių.Pagal ZERO-NH scenarijų, sukauptos investicijos į anglies dioksido neutralumą iki 2060 m. būtų 20,63 trilijono USD arba 1,58 % viso bendrojo vidaus produkto (BVP) 2020–2060 m.Vidutinės papildomos investicijos kasmet būtų apie 516 milijardų JAV dolerių per metus.Šis rezultatas atitinka Kinijos 15 trilijonų JAV dolerių mažinimo planą iki 2050 m. – vidutinė metinė nauja investicija – 500 mlrd. JAV dolerių (22 nuoroda).Tačiau Kinijos energetikos sistemoje ir pramoninėse žaliavose pagal ZERO-H scenarijų įdiegus švaraus vandenilio galimybes, iki 2060 m. sumažės 18,91 trilijono JAV dolerių suminis investavimas, o metinisinvesticijos būtų sumažintos iki mažiau nei 1% BVP 2060 m.4).Kalbant apie HTA sektorius, metinės investicijos į tuosZERO-NH sektoriuose būtų apie 392 mlrd. JAV dolerių per metusscenarijų, kuris atitinka Energijos projekcijąPereinamojo laikotarpio komisija (400 mlrd. JAV dolerių) (23 nuoroda).Tačiau jei švarus
vandenilis yra įtrauktas į energijos sistemą ir chemines žaliavas, ZERO-H scenarijus rodo, kad metinės investicijos į HTA sektorius gali būti sumažintos iki 359 milijardų JAV dolerių, daugiausia sumažinus priklausomybę nuo brangių CCUS arba NET.Mūsų rezultatai rodo, kad naudojant švarų vandenilį galima sutaupyti 1,72 trilijono JAV dolerių investicijų sąnaudų ir išvengti 0,13 % bendro BVP sumažėjimo (2020–2060 m.), palyginti su būdu be vandenilio iki 2060 m.
3 pav. |Technologijų skverbtis tipiškuose HTA sektoriuose.Rezultatai pagal BAU, NDC, ZERO-NH ir ZERO-H scenarijus (2020–2060).Kiekvienais etapo metais specifinė technologijos skverbtis skirtinguose sektoriuose rodoma spalvotomis juostomis, kur kiekviena juosta yra iki 100% prasiskverbimo procentas (visiškai nuspalvintoms grotelėms).Technologijos toliau klasifikuojamos pagal skirtingus tipus (parodyta legendose).SGD, suslėgtos gamtinės dujos;LPG, suskystintos naftos dujos;SGD, suskystintos gamtinės dujos;w/wo, su arba be;EAF, elektros lanko krosnis;NSP, naujas pakabos pakaitinimo sausas procesas;WHR, atliekų šilumos atgavimas.
Paskelbimo laikas: 2023-03-13
