Niðurstöður greiningarinnar sýna að ólíklegt er að treysta á endurbætur á orkunýtni ásamt CCUS og NETs einum og sér sé hagkvæm leið til djúprar kolefnislosunar í HTA-geirum Kína, sérstaklega þungaiðnaði.Nánar tiltekið getur útbreidd notkun hreins vetnis í HTA geirum hjálpað Kína að ná kolefnishlutleysi á hagkvæman hátt miðað við atburðarás án hreins vetnisframleiðslu og notkunar.Niðurstöðurnar veita sterkar leiðbeiningar um HTA-afkolunarferli Kína og verðmæt viðmið fyrir önnur lönd sem standa frammi fyrir svipuðum áskorunum.
Kolefnislosun HTA iðnaðargeira með hreinu vetni
Við framkvæmum samþætta hagræðingu með lágmarkskostnaði á mótvægisleiðum til kolefnishlutleysis fyrir Kína árið 2060. Fjórar líkanasviðsmyndir eru skilgreindar í töflu 1: viðskipti eins og venjulega (BAU), framlög Kína á landsvísu samkvæmt Parísarsamkomulaginu (NDC), nettó- núlllosun með notkun án vetnis (NÚLL-NH) og núlllosun með hreinu vetni (NÚLL-H).HTA atvinnugreinar í þessari rannsókn eru meðal annars iðnaðarframleiðsla á sementi, járni og stáli og helstu efnum (þar á meðal ammoníak, gos og ætandi gos) og þungaflutninga, þar með talið vöruflutninga og innanlandsflutninga.Allar upplýsingar eru veittar í kaflanum um aðferðir og viðbótarskýringar 1–5.Varðandi járn- og stálgeirann, þá er ríkjandi hluti núverandi framleiðslu í Kína (89,6%) með grunn súrefnis-sprengjuofnaferlinu, lykiláskorun fyrir djúpa kolefnislosun þessa
iðnaði.Ljósbogaofnaferlið samanstóð af aðeins 10,4% af heildarframleiðslu í Kína árið 2019, sem er 17,5% minna en heimsmeðalhlutfallið og 59,3% minna en í Bandaríkjunum18.Við greindum 60 helstu tækni til að draga úr losun stálframleiðslu í líkaninu og flokkuðum þær í sex flokka (mynd 2a): bætt efnisnýtni, háþróaða tækniframmistöðu, rafvæðingu, CCUS, grænt vetni og blátt vetni (viðbótartafla 1).Samanburður á hagræðingu kerfiskostnaðar ZERO-H við NDC og ZERO-NH sviðsmyndir sýnir að með því að nota hreint vetnisvalkosti myndi það skila merkri kolefnisminnkun vegna innleiðingar á vetnisbeinni minnkun járns (vetni-DRI) ferla.Athugið að vetni getur þjónað ekki aðeins sem orkugjafi í stálframleiðslu heldur einnig sem kolefnisminnkandi afoxunarefni á viðbótargrundvelli í Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) ferlinu og 100% í vetni-DRI leiðinni.Undir ZERO-H myndi hlutur BF-BOF minnka í 34% árið 2060, með 45% ljósbogaofni og 21% vetni-DRI, og hreint vetni myndi sjá um 29% af heildar endanlegri orkuþörf í greininni.Með netverði fyrir sólar- og vindorku sem gert er ráð fyrirlækka í 38–40MWh−1 Bandaríkjadali árið 205019, kostnaður við grænt vetni
mun einnig lækka og 100% vetnis-DRI leiðin gæti gegnt mikilvægara hlutverki en áður var viðurkennt.Varðandi sementsframleiðslu inniheldur líkanið 47 helstu mótvægistækni þvert á framleiðsluferlana sem eru flokkaðar í sex flokka (viðbótartöflur 2 og 3): orkunýtni, annað eldsneyti, minnkun á milli klinks og sementshlutfalls, CCUS, grænt vetni og blátt vetni ( mynd 2b).Niðurstöður sýna að bætt orkunýtnitækni getur aðeins dregið úr 8–10% af heildarlosun koltvísýrings í sementsgeiranum og úrgangshitasamvinnsla og súrefniseldsneytistækni mun hafa takmörkuð mótvægisáhrif (4–8%).Tækni til að draga úr klinker-til-sementhlutfalli getur skilað tiltölulega mikilli kolefnislosun (50–70%), aðallega þar með talið kolefnislaus hráefni til klinkerframleiðslu með því að nota kornað háofnsgjall, þó að gagnrýnendur velti því fyrir sér hvort sementið sem myndast muni halda nauðsynlegum eiginleikum sínum.En núverandi niðurstöður benda til þess að nýting vetnis ásamt CCUS gæti hjálpað sementsgeiranum að ná næstum núlli CO2 losun árið 2060.
Í ZERO-H atburðarásinni koma 20 vetnisbundin tækni (af 47 mótvægistækni) við sögu í sementsframleiðslu.Við komumst að því að meðalkostnaður við kolefnislosun vetnistækni er lægri en dæmigerð CCUS og eldsneytisskiptaaðferðir (mynd 2b).Ennfremur er gert ráð fyrir að grænt vetni verði ódýrara en blátt vetni eftir 2030, eins og fjallað er ítarlega um hér að neðan, á um það bil 0,7–1,6 Bandaríkjadali kg−1 H2 (tilvísun 20), sem leiðir til umtalsverðrar lækkunar á CO2 í framleiðslu á iðnaðarhita við sementsframleiðslu .Núverandi niðurstöður sýna að það getur dregið úr 89–95% af CO2 frá upphitunarferlinu í iðnaði Kína (Mynd 2b, tækni
28–47), sem er í samræmi við áætlun vetnisráðs um 84–92% (tilv. 21).CCUS þarf að draga úr losun koltvísýringsferlis í glingrum bæði í ZERO-H og ZERO-NH.Við líkjum einnig eftir notkun vetnis sem hráefni í framleiðslu á ammoníaki, metani, metanóli og öðrum efnum sem talin eru upp í líkanlýsingunni.Í NÚLL-H sviðsmyndinni mun gasbundin ammoníakframleiðsla með vetnishita ná 20% hlutdeild í heildarframleiðslu árið 2060 (mynd 3 og viðbótartafla 4).Líkanið inniheldur fjórar tegundir af metanólframleiðslutækni: kol í metanóli (CTM), kókgas í metanól (CGTM), jarðgas í metanól (NTM) og CGTM/NTM með vetnishita.Í ZERO-H sviðsmyndinni getur CGTM/NTM með vetnishita náð 21% framleiðsluhlutdeild árið 2060 (Mynd 3).Efni eru einnig hugsanlegir orkuberar vetnis.Á grundvelli samþættrar greiningar okkar getur vetni verið 17% af endanlegri orkunotkun til hitaveitu í efnaiðnaði árið 2060. Ásamt líforku (18%) og rafmagni (32%) hefur vetni stórt hlutverk að gegna í 
kolefnislosun HTA efnaiðnaðar Kína (Mynd 4a).
Mynd 2 |Möguleikar til að draga úr kolefni og draga úr kostnaði við helstu mótvægistækni.a, Sex flokkar af 60 helstu tækni til að draga úr losun stálframleiðslu.b, Sex flokkar af 47 lykilaðferðum til að draga úr sementslosun.Tæknin er skráð eftir númerum, með samsvarandi skilgreiningum í viðbótartöflu 1 fyrir a og viðbótartöflu 2 fyrir b.Tækniviðbúnaðarstig (TRL) hverrar tækni eru merkt: TRL3, hugtak;TRL4, lítil frumgerð;TRL5, stór frumgerð;TRL6, full frumgerð í mælikvarða;TRL7, sýnikennsla fyrir auglýsingar;TRL8, sýnikennsla;TRL10, snemmætt ættleiðing;TRL11, þroskaður.
Kolefnishreinsun HTA flutningsmáta með hreinu vetni Á grundvelli reiknilíkananiðurstaðna hefur vetni einnig mikla möguleika á að kolefnislosa flutningageirann í Kína, þó það taki tíma.Til viðbótar við LDV eru aðrir flutningsmátar sem greindir eru í líkaninu meðal annars rútur flota, vörubíla (léttir/litlir/miðlungsþungir), innanlandssiglingar og járnbrautir, sem ná yfir flestar flutninga í Kína.Fyrir LDV lítur út fyrir að rafknúin ökutæki verði áfram samkeppnishæf í framtíðinni.Í ZERO-H mun skarpskyggni vetniseldsneytisfrumu (HFC) á LDV markaði aðeins ná 5% árið 2060 (Mynd 3).Fyrir strætisvagna í flota munu HFC strætisvagnar hins vegar vera samkeppnishæfari en rafknúnir valkostir árið 2045 og eru 61% af heildarflota árið 2060 í NÚLL-H sviðsmyndinni, en afgangurinn rafknúinn (mynd 3).Hvað vörubíla varðar þá eru niðurstöðurnar mismunandi eftir hleðsluhraða.Rafknúning mun knýja meira en helming af heildarflota léttra vörubíla árið 2035 í NÚLL-NH.En í ZERO-H munu HFC léttir vörubílar verða samkeppnishæfari en rafknúnir léttir vörubílar árið 2035 og vera 53% af markaðnum árið 2060. Varðandi þunga vörubíla myndu HFC þungaflutningabílar ná 66% af markaði árið 2060 í ZERO-H atburðarásinni.Dísil/lífdísil/CNG (þjappað jarðgas) HDVs (þunga bíla) munu hætta á markaðnum eftir 2050 í bæði NÚLL-NH og NÚLL-H sviðsmyndum (mynd 3).HFC ökutæki hafa aukna yfirburði fram yfir rafknúin ökutæki í betri afköstum þeirra í köldum aðstæðum, mikilvægt í norður- og vesturhluta Kína.Fyrir utan vegaflutninga sýnir líkanið víðtæka notkun vetnistækni í siglingum í ZERO-H atburðarásinni.Innanlandsflutningar Kína eru mjög orkufrekir og sérstaklega erfið viðfangsefni við kolefnislosun.Hreint vetni, sérstaklega sem a
hráefni fyrir ammoníak, veitir möguleika á flutningi á kolefnislosun.Lægsta lausnin í ZERO-H sviðsmyndinni leiðir til 65% skarpskyggni ammoníakeldsneytis og 12% vetnisknúinna skipa árið 2060 (Mynd 3).Í þessari atburðarás mun vetni vera að meðaltali 56% af endanlegri orkunotkun alls flutningageirans árið 2060. Við gerðum einnig fyrirmynd vetnisnotkunar í húshitun (viðbótarskýring 6), en notkun þess er hverfandi og í þessari grein er lögð áhersla á vetnisnotkun í HTA iðnaði og þungaflutningum.Kostnaðarsparnaður vegna kolefnishlutleysis með því að nota hreint vetni. Kolefnishlutlaus framtíð Kína mun einkennast af yfirburði endurnýjanlegrar orku, með því að kol í frumorkunotkun þeirra er hætt í áföngum (mynd 4).Ójarðefnaeldsneyti er 88% af frumorkublöndunni árið 2050 og 93% árið 2060 undir ZERO-H. Vindur og sól munu sjá um helming frumorkunotkunar árið 2060. Að meðaltali á landsvísu er hlutfall hreins vetnis af heildar endanlegri orku neysla (TFEC) gæti orðið 13% árið 2060. Miðað við svæðisbundna misleitni framleiðslugetu í lykilatvinnugreinum eftir svæðum (viðbótartafla 7), eru tíu héruð með vetnishlutdeild TFEC hærri en landsmeðaltalið, þar á meðal Innri Mongólía, Fujian, Shandong og Guangdong, knúin áfram af ríkum sólarorku og vindauðlindum á landi og á landi og/eða margvíslegri eftirspurn eftir vetni.Í ZERO-NH atburðarásinni væri uppsafnaður fjárfestingarkostnaður til að ná kolefnishlutleysi til ársins 2060 20,63 billjónir Bandaríkjadala, eða 1,58% af heildarvergri landsframleiðslu (VLF) fyrir 2020–2060.Meðal viðbótarfjárfesting á ársgrundvelli væri um 516 milljarðar Bandaríkjadala á ári.Þessi niðurstaða er í samræmi við 15 trilljón Bandaríkjadala áætlun Kína til að draga úr aðgerðum til ársins 2050, að meðaltali árleg nýfjárfesting upp á 500 milljarða Bandaríkjadala (tilvísun 22).Hins vegar, að innleiða hreina vetnisvalkosti í orkukerfi Kína og iðnaðar hráefni í ZERO-H atburðarásinni leiðir til verulega minni uppsafnaðrar fjárfestingar upp á 18,91 billjón Bandaríkjadala árið 2060 og árlegafjárfesting myndi minnka í minna en 1% af landsframleiðslu árið 2060 (mynd.4).Varðandi HTA greinarnar, árlegur fjárfestingarkostnaður í þeimatvinnugreinar yrðu um 392 milljarðar Bandaríkjadala á ári í ZERO-NHatburðarás, sem er í samræmi við spá OrkuveitunnarTransition Commission (400 milljarðar Bandaríkjadala) (tilvísun 23).Hins vegar, ef það er hreint
vetni er fellt inn í orkukerfið og hráefni efna, sýnir ZERO-H atburðarásin að árlegur fjárfestingarkostnaður í HTA geirum gæti minnkað í 359 milljarða bandaríkjadala, aðallega með því að draga úr trausti á dýrum CCUS eða NET.Niðurstöður okkar benda til þess að notkun hreins vetnis geti sparað 1,72 trilljón Bandaríkjadala í fjárfestingarkostnaði og komið í veg fyrir 0,13% tap á samanlagðri landsframleiðslu (2020–2060) samanborið við feril án vetnis fram til 2060.
Mynd 3 |Tæknisókn í dæmigerðum HTA geirum.Niðurstöður undir BAU, NDC, ZERO-NH og ZERO-H scenarios (2020–2060).Á hverju tímamótaári er sértækt skarpskyggni í mismunandi geirum sýnd með lituðu súlunum, þar sem hver súla er hlutfall af skarpskyggni allt að 100% (fyrir fullskyggða grind).Tæknin er frekar flokkuð eftir mismunandi gerðum (sýnt í þjóðsögunum).CNG, þjappað jarðgas;LPG, fljótandi jarðolíugas;LNG, fljótandi jarðgas;m/wo, með eða án;EAF, ljósbogaofn;NSP, nýtt þurrkunarferli fyrir fjöðrunarforhitara;WHR, endurheimt úrgangshita.
Pósttími: 13. mars 2023
