Keputusan analisis menunjukkan bahawa pergantungan pada peningkatan kecekapan tenaga digabungkan dengan CCUS dan NETs sahaja tidak mungkin menjadi laluan yang kos efektif untuk penyahkarbonan mendalam bagi sektor HTA China, terutamanya industri berat.Lebih khusus lagi, penggunaan meluas hidrogen bersih dalam sektor HTA boleh membantu China mencapai kos neutraliti karbon dengan berkesan berbanding dengan senario tanpa pengeluaran dan penggunaan hidrogen bersih.Hasilnya memberikan panduan yang kukuh untuk laluan penyahkarbonan HTA China dan rujukan berharga untuk negara lain yang menghadapi cabaran serupa.
Menyahkarbon sektor industri HTA dengan hidrogen bersih
Kami menjalankan pengoptimuman kos termurah bersepadu bagi laluan mitigasi kepada neutraliti karbon untuk China pada tahun 2060. Empat senario pemodelan ditakrifkan dalam Jadual 1: perniagaan seperti biasa (BAU), Sumbangan Ditentukan Negara China di bawah Perjanjian Paris (NDC), bersih- pelepasan sifar dengan aplikasi tanpa hidrogen (ZERO-NH) dan pelepasan bersih-sifar dengan hidrogen bersih (ZERO-H).Sektor HTA dalam kajian ini termasuk pengeluaran industri simen, besi dan keluli dan bahan kimia utama (termasuk ammonia, soda dan soda kaustik) dan pengangkutan tugas berat, termasuk trak dan penghantaran domestik.Butiran penuh disediakan dalam bahagian Kaedah dan Nota Tambahan 1–5.Mengenai sektor besi dan keluli, bahagian dominan pengeluaran sedia ada di China (89.6%) adalah melalui proses relau letupan oksigen asas, cabaran utama untuk penyahkarbonan mendalam ini.
industri.Proses relau arka elektrik hanya terdiri daripada 10.4% daripada jumlah pengeluaran di China pada 2019, iaitu 17.5% kurang daripada bahagian purata dunia dan 59.3% kurang daripada itu untuk Amerika Syarikat18.Kami menganalisis 60 teknologi pengurangan pelepasan pembuatan keluli utama dalam model dan mengklasifikasikannya kepada enam kategori (Rajah 2a): peningkatan kecekapan bahan, prestasi teknologi canggih, elektrifikasi, CCUS, hidrogen hijau dan hidrogen biru (Jadual Tambahan 1).Membandingkan pengoptimuman kos sistem bagi ZERO-H dengan senario NDC dan ZERO-NH menunjukkan bahawa kemasukan pilihan hidrogen bersih akan menghasilkan pengurangan karbon yang ketara disebabkan pengenalan proses pengurangan langsung hidrogen besi (hidrogen-DRI).Ambil perhatian bahawa hidrogen boleh berfungsi bukan sahaja sebagai sumber tenaga dalam pembuatan keluli tetapi juga sebagai agen pengurangan pengurangan karbon secara tambahan dalam proses Relau Letupan-Basic Oksigen Relau (BF-BOF) dan 100% dalam laluan hidrogen-DRI.Di bawah ZERO-H, bahagian BF-BOF akan dikurangkan kepada 34% pada tahun 2060, dengan 45% relau arka elektrik dan 21% hidrogen-DRI, dan hidrogen bersih akan membekalkan 29% daripada jumlah permintaan tenaga akhir dalam sektor ini.Dengan harga grid untuk tenaga solar dan angin dijangka akanmenurun kepada AS$38–40MWh−1 pada 205019, kos hidrogen hijau
juga akan menurun, dan laluan hidrogen-DRI 100% mungkin memainkan peranan yang lebih penting daripada yang diiktiraf sebelum ini.Mengenai pengeluaran simen, model itu termasuk 47 teknologi tebatan utama merentas proses pengeluaran yang dikelaskan kepada enam kategori (Jadual Tambahan 2 dan 3): kecekapan tenaga, bahan api alternatif, mengurangkan nisbah klinker kepada simen, CCUS, hidrogen hijau dan hidrogen biru ( Rajah 2b).Keputusan menunjukkan bahawa teknologi kecekapan tenaga yang dipertingkatkan boleh mengurangkan hanya 8–10% daripada jumlah pelepasan CO2 dalam sektor simen, dan teknologi penjanaan sisa haba dan bahan api oksi akan mempunyai kesan pengurangan terhad (4–8%).Teknologi untuk mengurangkan nisbah klinker kepada simen boleh menghasilkan pengurangan karbon yang agak tinggi (50-70%), terutamanya termasuk bahan mentah ternyahkarbon untuk pengeluaran klinker menggunakan sanga relau letupan berbutir, walaupun pengkritik mempersoalkan sama ada simen yang terhasil akan mengekalkan kualiti pentingnya.Tetapi keputusan semasa menunjukkan bahawa penggunaan hidrogen bersama-sama dengan CCUS boleh membantu sektor simen mencapai hampir sifar pelepasan CO2 pada tahun 2060.
Dalam senario ZERO-H, 20 teknologi berasaskan hidrogen (daripada 47 teknologi mitigasi) digunakan dalam pengeluaran simen.Kami mendapati bahawa purata kos pengurangan karbon bagi teknologi hidrogen adalah lebih rendah daripada CCUS biasa dan pendekatan pensuisan bahan api (Rajah 2b).Tambahan pula, hidrogen hijau dijangka lebih murah daripada hidrogen biru selepas 2030 seperti yang dibincangkan secara terperinci di bawah, sekitar AS$0.7–US$1.6 kg−1 H2 (rujuk 20), membawa pengurangan CO2 yang ketara dalam penyediaan haba industri dalam pembuatan simen .Keputusan semasa menunjukkan bahawa ia boleh mengurangkan 89–95% CO2 daripada proses pemanasan dalam industri China (Rajah 2b, teknologi
28–47), yang konsisten dengan anggaran Majlis Hidrogen sebanyak 84–92% (rujuk 21).Pembebasan proses klinker CO2 mesti dikurangkan oleh CCUS dalam kedua-dua ZERO-H dan ZERO-NH.Kami juga mensimulasikan penggunaan hidrogen sebagai bahan mentah dalam pengeluaran ammonia, metana, metanol dan bahan kimia lain yang disenaraikan dalam penerangan model.Dalam senario ZERO-H, pengeluaran ammonia berasaskan gas dengan haba hidrogen akan mendapat bahagian 20% daripada jumlah pengeluaran pada tahun 2060 (Rajah 3 dan Jadual Tambahan 4).Model itu merangkumi empat jenis teknologi pengeluaran metanol: arang batu kepada metanol (CTM), gas kok kepada metanol (CGTM), gas asli kepada metanol (NTM) dan CGTM/NTM dengan haba hidrogen.Dalam senario ZERO-H, CGTM/NTM dengan haba hidrogen boleh mencapai bahagian pengeluaran sebanyak 21% pada tahun 2060 (Rajah 3).Bahan kimia juga merupakan pembawa tenaga hidrogen yang berpotensi.Berdasarkan analisis bersepadu kami, hidrogen boleh merangkumi 17% daripada penggunaan tenaga akhir untuk penyediaan haba dalam industri kimia menjelang 2060. Bersama-sama dengan biotenaga (18%) dan elektrik (32%), hidrogen mempunyai peranan utama dalam 
penyahkarbonan industri kimia HTA China (Rajah 4a).
Rajah 2 |Potensi pengurangan karbon dan kos pengurangan teknologi pengurangan utama.a, Enam kategori 60 teknologi pengurangan pelepasan utama pembuatan keluli.b, Enam kategori 47 teknologi pengurangan pelepasan simen utama.Teknologi disenaraikan mengikut nombor, dengan takrifan sepadan disertakan dalam Jadual Tambahan 1 untuk a dan Jadual Tambahan 2 untuk b.Tahap kesediaan teknologi (TRL) bagi setiap teknologi ditandakan: TRL3, konsep;TRL4, prototaip kecil;TRL5, prototaip besar;TRL6, prototaip penuh pada skala;TRL7, demonstrasi pra-komersial;TRL8, tunjuk cara;TRL10, penerimaan awal;TRL11, matang.
Menyahkarbon mod pengangkutan HTA dengan hidrogen bersih Berdasarkan hasil pemodelan, hidrogen juga mempunyai potensi besar untuk menyahkarbonkan sektor pengangkutan China, walaupun ia akan mengambil masa.Selain LDV, mod pengangkutan lain yang dianalisis dalam model termasuk bas armada, trak (ringan/kecil/sederhana/berat), perkapalan domestik dan kereta api, meliputi kebanyakan pengangkutan di China.Untuk LDV, kenderaan elektrik kelihatan kekal kompetitif dari segi kos pada masa hadapan.Dalam ZERO-H, penembusan sel bahan api hidrogen (HFC) pasaran LDV akan mencapai hanya 5% pada tahun 2060 (Rajah 3).Bagi bas armada, walau bagaimanapun, bas HFC akan menjadi lebih kompetitif kos berbanding alternatif elektrik pada tahun 2045 dan merangkumi 61% daripada jumlah armada pada tahun 2060 dalam senario ZERO-H, dengan baki elektrik (Gamb. 3).Bagi trak, keputusan berbeza mengikut kadar muatan.Pendorongan elektrik akan memacu lebih separuh daripada jumlah armada trak tugas ringan menjelang 2035 dalam ZERO-NH.Tetapi dalam ZERO-H, trak tugas ringan HFC akan lebih berdaya saing daripada trak tugas ringan elektrik menjelang 2035 dan merangkumi 53% daripada pasaran menjelang 2060. Mengenai trak tugas berat, trak tugas berat HFC akan mencapai 66% daripada pasaran pada tahun 2060 dalam senario ZERO-H.Diesel/bio-diesel/CNG (gas asli termampat) HDV (kenderaan tugas berat) akan keluar dari pasaran selepas 2050 dalam kedua-dua senario ZERO-NH dan ZERO-H (Gamb. 3).Kenderaan HFC mempunyai kelebihan tambahan berbanding kenderaan elektrik dalam prestasi yang lebih baik dalam keadaan sejuk, penting di utara dan barat China.Di luar pengangkutan jalan raya, model itu menunjukkan penggunaan meluas teknologi hidrogen dalam penghantaran dalam senario ZERO-H.Penghantaran domestik China sangat intensif tenaga dan cabaran penyahkarbonan yang amat sukar.Hidrogen bersih, terutamanya sebagai a
bahan suapan untuk ammonia, menyediakan pilihan untuk penyahkarbonan penghantaran.Penyelesaian kos termurah dalam senario ZERO-H menghasilkan 65% penembusan bahan api ammonia dan 12% kapal bahan api hidrogen pada tahun 2060 (Rajah 3).Dalam senario ini, hidrogen akan menyumbang secara purata 56% daripada penggunaan tenaga akhir keseluruhan sektor pengangkutan pada tahun 2060. Kami juga memodelkan penggunaan hidrogen dalam pemanasan kediaman (Nota Tambahan 6), tetapi penggunaannya boleh diabaikan dan kertas kerja ini memberi tumpuan kepada penggunaan hidrogen dalam industri HTA dan pengangkutan tugas berat.Penjimatan kos neutraliti karbon menggunakan hidrogen bersih Masa depan neutral karbon China akan dicirikan oleh penguasaan tenaga boleh diperbaharui, dengan pemansuhan arang batu dalam penggunaan tenaga utamanya (Rajah 4).Bahan api bukan fosil terdiri daripada 88% daripada campuran tenaga primer pada tahun 2050 dan 93% pada tahun 2060 di bawah ZERO-H. Angin dan suria akan membekalkan separuh daripada penggunaan tenaga primer pada tahun 2060. Secara purata, secara nasional, bahagian hidrogen bersih daripada jumlah tenaga akhir penggunaan (TFEC) boleh mencapai 13% pada tahun 2060. Memandangkan kepelbagaian serantau kapasiti pengeluaran dalam industri utama mengikut wilayah (Jadual Tambahan 7), terdapat sepuluh wilayah dengan bahagian hidrogen TFEC lebih tinggi daripada purata negara, termasuk Mongolia Dalam, Fujian, Shandong dan Guangdong, didorong oleh sumber suria dan angin darat dan luar pesisir yang kaya dan/atau pelbagai permintaan industri untuk hidrogen.Dalam senario ZERO-NH, kos pelaburan terkumpul untuk mencapai neutraliti karbon sehingga 2060 ialah $20.63 trilion, atau 1.58% daripada keluaran dalam negara kasar (KDNK) agregat untuk 2020–2060.Purata pelaburan tambahan pada asas tahunan ialah sekitar AS$516 bilion setahun.Keputusan ini selaras dengan rancangan mitigasi AS$15 trilion China sehingga 2050, purata pelaburan baharu tahunan sebanyak AS$500 bilion (rujuk 22).Walau bagaimanapun, memperkenalkan pilihan hidrogen bersih ke dalam sistem tenaga dan bahan mentah industri China dalam senario ZERO-H menghasilkan pelaburan terkumpul yang jauh lebih rendah sebanyak AS$18.91 trilion menjelang 2060 dan pelaburan tahunanpelaburan akan dikurangkan kepada kurang daripada 1% daripada KDNK pada tahun 2060 (Gamb.4).Mengenai sektor HTA, kos pelaburan tahunan dalam merekasektor akan menjadi sekitar AS$392 bilion setahun dalam SIFAR-NHsenario, yang konsisten dengan unjuran TenagaSuruhanjaya Peralihan (AS$400 bilion) (rujuk 23).Namun, jika bersih
hidrogen dimasukkan ke dalam sistem tenaga dan bahan suapan kimia, senario ZERO-H menunjukkan kos pelaburan tahunan dalam sektor HTA boleh dikurangkan kepada AS$359 bilion, terutamanya dengan mengurangkan pergantungan pada CCUS atau NET yang mahal.Keputusan kami menunjukkan bahawa penggunaan hidrogen bersih boleh menjimatkan AS$1.72 trilion dalam kos pelaburan dan mengelakkan kerugian 0.13% dalam KDNK agregat (2020–2060) berbanding dengan laluan tanpa hidrogen sehingga 2060.
Rajah 3 |Penembusan teknologi dalam sektor HTA biasa.Keputusan di bawah senario BAU, NDC, ZERO-NH dan ZERO-H (2020–2060).Dalam setiap tahun pencapaian, penembusan teknologi khusus dalam sektor berbeza ditunjukkan oleh bar berwarna, di mana setiap bar adalah peratusan penembusan sehingga 100% (untuk kekisi berlorek sepenuhnya).Teknologi ini diklasifikasikan lagi mengikut jenis yang berbeza (ditunjukkan dalam legenda).CNG, gas asli termampat;LPG, gas petroleum cecair;LNG, gas asli cecair;w/wo, dengan atau tanpa;EAF, relau arka elektrik;NSP, proses kering prapemanas suspensi baharu;WHR, pemulihan haba sisa.
Masa siaran: Mac-13-2023
