I risultati di l'analisi mostranu chì a fiducia in a migliione di l'efficienza energetica cumminata cù CCUS è NET solu hè improbabile di esse una strada efficace per a decarbonizazione profonda di i settori HTA di Cina, in particulare l'industrii pesanti.Più specificamente, l'applicazione generalizata di l'idrogenu pulitu in i settori HTA pò aiutà à a Cina à ottene u costu di neutralità di carbonu in modu efficace cumparatu cù un scenariu senza produzzione è usu di l'idrogenu pulitu.I risultati furniscenu una forte guida per a strada di decarbonizazione HTA di a Cina è una riferenza preziosa per altri paesi chì affrontanu sfide simili.
Decarbonizing settori industriali HTA cù l'idrogenu pulitu
Realizemu una ottimisazione integrata di u minimu costu di i percorsi di mitigazione per a neutralità di carbonu per a Cina in 2060. Quattru scenarii di mudeli sò definiti in a Tabella 1: business as usual (BAU), Cuntribuzioni Naziunale Determinate di a Cina sottu l'Accordu di Parigi (NDC), net- emissioni zero cù applicazioni senza idrogenu (ZERO-NH) è emissioni nette zero cù l'idrogenu pulitu (ZERO-H).I settori HTA in stu studiu includenu a produzzione industriale di cimentu, ferru è azzaru è chimichi chjave (cumprese ammonia, soda è soda caustica) è trasportu pesante, cumpresu camioni è trasportu domesticu.I dettagli cumpleti sò furniti in a sezione Metodi è Note Supplementari 1-5.In quantu à u settore di u ferru è di l'acciaio, a parte dominante di a produzzione esistente in Cina (89,6%) hè da u prucessu di basa di l'altufurnu d'ossigenu, una sfida chjave per a decarbonizazione profonda di questu.
industria.U prucessu di furnace d'arcu elettricu custituia solu 10.4% di a pruduzzione tutale in Cina in 2019, chì hè 17.5% menu di a quota media mundiale è 59.3% menu di quella di i Stati Uniti18.Avemu analizatu 60 tecnulugii chjave di mitigazione di l'emissioni di l'acciaio in u mudellu è l'anu classificatu in sei categurie (Fig. 2a): migliuramentu di l'efficienza di u materiale, u rendiment di a tecnulugia avanzata, l'elettrificazione, CCUS, l'idrogenu verde è l'idrogenu blu (Tavola Supplementaria 1).Paragunendu l'ottimisazioni di u costu di u sistema di ZERO-H cù scenarii NDC è ZERO-NH mostra chì l'inclusione di l'opzioni di l'idrogenu pulitu renderebbe una riduzzione di carbonu notevule per l'introduzione di prucessi di riduzzione diretta di l'idrogenu di ferru (idrogenu-DRI).Innota chì l'idrogenu pò serve micca solu com'è fonte d'energia in a fabbricazione di l'acciaio, ma ancu com'è un agentu di riduzzione di carbonu in una basa supplementaria in u prucessu di Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) è 100% in a strada di l'idrogenu-DRI.Sottu ZERO-H, a parte di BF-BOF seria ridutta à 34% in u 2060, cù 45% fornu d'arcu elettricu è 21% idrogenu-DRI, è l'idrogenu pulitu furnisce u 29% di a dumanda di energia finali totali in u settore.Cù u prezzu di a rete per l'energia solare è eolica previstacalà à US $ 38-40MWh-1 in 205019, u costu di l'idrogenu verde
calarà ancu, è a strada di l'idrogenu-DRI di 100% pò ghjucà un rolu più impurtante chè ricunnisciutu prima.In quantu à a produzzione di cimentu, u mudellu include 47 tecnulugii di mitigazione chjave in i prucessi di produzzione classificate in sei categurie (Tavule Supplementari 2 è 3): efficienza energetica, carburanti alternativi, riducendu u rapportu clinker-à-cimentu, CCUS, idrogenu verde è idrogenu blu ( Fig. 2b).I risultati mostranu chì e tecnulugia di efficienza energetica migliorata ponu riduce solu 8-10% di l'emissioni totali di CO2 in u settore di u cimentu, è e tecnulugia di cogenerazione di calore residuale è ossi-carburanti anu un effettu di mitigazione limitatu (4-8%).I tecnulugii per riduce u rapportu di clinker à cimentu ponu pruduce una mitigazione di carbonu relativamente alta (50-70%), cumprese principalmente materie prime decarbonizzate per a produzzione di clinker cù scorie granulate d'altu furnace, anche se i critichi si dumandanu se u cimentu risultante conserverà e so qualità essenziali.Ma i risultati attuali indicanu chì l'utilizazione di l'idrogenu inseme cù u CCUS puderia aiutà u settore di u cimentu à ottene emissioni di CO2 quasi zero in 2060.
In u scenariu ZERO-H, 20 tecnulugie basate nantu à l'idrogenu (frà e 47 tecnulugii di mitigazione) entranu in ghjocu in a produzzione di cimentu.Truvemu chì u costu mediu di abatement carbon di tecnulugii di l'idrogenu hè più bassu di l'avvicinamenti tipici di CCUS è di cambiamentu di carburante (Fig. 2b).Inoltre, l'idrogenu verde hè previstu di esse più prezzu di l'idrogenu blu dopu à u 2030, cum'è discutitu in dettagliu quì sottu, à circa US $ 0,7-US $ 1,6 kg-1 H2 (ref. 20), purtendu significativamente riduzioni di CO2 in a pruvista di calore industriale in a fabricazione di cimentu. .I risultati attuali mostranu chì pò riduce 89-95% di u CO2 da u prucessu di riscaldamentu in l'industria cinese (Fig. 2b, tecnulugii).
28-47), chì hè coherente cù l'estimazione di u Cunsigliu di l'idrogenu di 84-92% (ref. 21).L'emissioni di CO2 di u prucessu di clinker deve esse diminuite da CCUS in ZERO-H è ZERO-NH.Simulemu ancu l'usu di l'idrogenu cum'è materia prima in a produzzione di ammonia, metanu, metanolu è altri chimichi elencati in a descrizzione di u mudellu.In u scenariu ZERO-H, a produzzione di ammonia basata in gasu cù u calore di l'idrogenu guadagnà una parte di 20% di a produzzione tutale in 2060 (Fig. 3 è Supplementary Table 4).U mudellu include quattru tippi di tecnulugia di produzzione di metanol: carbone à metanolu (CTM), gasu di coke à metanol (CGTM), gas naturale à metanol (NTM) è CGTM / NTM cù calore di l'idrogenu.In u scenariu ZERO-H, CGTM / NTM cù u calore di l'idrogenu pò ottene una parte di produzzione di 21% in 2060 (Fig. 3).I chimichi sò ancu putenziali trasportatori energetichi di l'idrogenu.In basa di a nostra analisi integrata, l'idrogenu pò esse cumpresu u 17% di u cunsumu energeticu finali per a pruvista di calore in l'industria chimica da 2060. Inseme cù a bioenergia (18%) è l'electricità (32%), l'idrogenu hà un rolu maiò à ghjucà 
decarbonization di a industria chimica HTA di China (Fig. 4a).
Fig. 2 |Potenziale di mitigazione di u carboniu è i costi di riduzione di e tecnulugia chjave di mitigazione.a, Sei categurie di 60 tecnulugii chjave di mitigazione di emissioni di l'acciaieri.b, Sei categurie di 47 tecnulugii chjave di mitigazione di emissioni di cimentu.I tecnulugii sò listati per numeru, cù e definizioni currispundenti incluse in a Tabella Supplementaria 1 per a è a Tabella Suplementaria 2 per b.I livelli di preparazione tecnologica (TRL) di ogni tecnulugia sò marcati: TRL3, cuncettu;TRL4, picculu prototipu;TRL5, grande prototipu;TRL6, prototipu pienu à scala;TRL7, dimostrazione pre-cumerciale;TRL8, manifestazione;TRL10, adopzione anticipata;TRL11, maturu.
Decarbonizing HTA modi di trasportu cù l'idrogenu pulitu In a basa di i risultati di mudeli, l'idrogenu hà ancu un grande potenziale per decarbonize u settore di trasportu di a Cina, ancu s'ellu ci vole tempu.In più di LDVs, altri modi di trasportu analizati in u mudellu includenu autobus di flotta, camioni (light / small / medium / heavy), trasportu domesticu è ferrovie, chì coprenu a maiò parte di u trasportu in Cina.Per i LDVs, i veiculi elettrici cercanu di mantene a competitività di i costi in u futuru.In ZERO-H, a penetrazione di cellula di carburante di l'idrogenu (HFC) di u mercatu LDV righjunghji solu 5% in 2060 (Fig. 3).Per l'autobus di a flotta, però, l'autobus HFC seranu più costu competitivi cà l'alternattivi elettrichi in 2045 è cumprendi 61% di a flotta tutale in 2060 in u scenariu ZERO-H, cù u restu electricu (Fig. 3).In quantu à i camioni, i risultati varienu da a tarifa di carica.A propulsione elettrica guidà più di a mità di a flotta tutale di camioni leggeri da u 2035 in ZERO-NH.Ma in ZERO-H, i camioni ligeri HFC seranu più cumpetitivi cà i camioni ligeri elettrici da u 2035 è cumponenu u 53% di u mercatu per u 2060. In quantu à i camioni pesanti, i camioni pesanti HFC ghjunghjeranu à 66% di u mercatu. mercatu in 2060 in u scenariu ZERO-H.Diesel / bio-diesel / CNG (gas naturale cumpressatu) HDV (vehiculi pesanti) abbandunarà u mercatu dopu à 2050 in i scenarii ZERO-NH è ZERO-H (Fig. 3).I veiculi HFC anu un vantaghju supplementu annantu à i veiculi elettrici in u so megliu rendimentu in cundizioni freti, impurtante in u nordu è l'ovest di a Cina.Al di là di u trasportu stradale, u mudellu mostra l'adopzione generalizata di tecnulugia di l'idrogenu in u trasportu in u scenariu ZERO-H.U trasportu domesticu di a Cina hè assai intensivu d'energia è una sfida di decarbonizazione particularmente difficiule.L'idrogenu pulitu, in particulare cum'è a
materia prima per l'ammoniaca, furnisce una opzione per a decarbonizazione di spedizione.A suluzione di u minimu costu in u scenariu ZERO-H risultati in 65% di penetrazione di i navi alimentati da ammonia è 12% di i navi alimentati da l'idrogenu in 2060 (Fig. 3).In questu scenariu, l'idrogenu cuntarà una media di 56% di u cunsumu finali di l'energia di tuttu u settore di u trasportu in 2060. Avemu ancu modellatu l'usu di l'idrogenu in u riscaldamentu residenziale (Nota Supplementaria 6), ma a so adopzione hè insignificante è stu documentu si cuncintra nantu à questu. l'usu di l'idrogenu in l'industrii HTA è u trasportu pesante.Risparmiu di u costu di a neutralità di u carbonu cù l'idrogenu pulitu U futuru neutrale di u carbonu di a Cina serà carattarizatu da una dominanza di l'energia rinnuvata, cù un phasing out di carbone in u so cunsumu di energia primaria (Fig. 4).I carburanti non fossili custituiscenu 88% di u mischju di energia primaria in u 2050 è u 93% in u 2060 sottu ZERO-H.Wind è u solar furnisceranu a mità di u cunsumu d'energia primaria in 2060. In media, naziunale, a parte di l'idrogenu pulitu di l'energia finali totali. u cunsumu (TFEC) puderia ghjunghje à 13% in 2060. Cunsiderendu l'eterogeneità regiunale di e capacità di produzzione in industrii chjave per regione (Tavola Supplementaria 7), ci sò dece pruvince cù azzioni di l'idrogenu di TFEC più altu ch'è a media naziunale, cumpresa a Mongolia Interna, Fujian, Shandong. è Guangdong, guidatu da ricche risorse eoliche solari è onshore è offshore è / o multiple dumande industriali per l'idrogenu.In u scenariu ZERO-NH, u costu cumulativu d'investimentu per ottene a neutralità di u carbonu finu à u 2060 seria di $ 20,63 trilioni, o 1,58% di u pruduttu domesticu grossu (PIB) per u 2020-2060.L'investimentu supplementu mediu annantu à una basa annuale seria di circa 516 miliardi $ US annu.Stu risultatu hè coherente cù u pianu di mitigazione di u $ 15 trilioni di a Cina finu à u 2050, un novu investimentu annu mediu di $ 500 miliardi (ref. 22).Tuttavia, l'introduzione di l'opzioni d'idrogenu pulitu in u sistema energeticu di a Cina è in materie prime industriali in u scenariu ZERO-H si traduce in un investimentu cumulativu significativamente più bassu di 18,91 trilioni di $ US per u 2060 è l'annu.L'investimentu serà riduttu à menu di 1% di u PIB in u 2060 (Fig.4).In quantu à i settori HTA, u costu d'investimentu annuale in quellii settori seranu intornu à US $ 392 miliardi annu in u ZERO-NHscenariu, chì hè coherente cù a prughjezzione di l'EnergiaCummissione di Transizione (US $ 400 billion) (ref. 23).Tuttavia, se pulita
L'idrogenu hè incorporatu in u sistema energeticu è in e materie prime chimiche, u scenariu ZERO-H indica chì u costu d'investimentu annuale in i settori HTA puderia esse ridutta à US $ 359 miliardi, principalmente riducendu a fiducia in CCUS o NET costosi.I nostri risultati suggerenu chì l'usu di l'idrogenu pulitu pò salvà US $ 1.72 trilioni in costu d'investimentu è evità una perdita di 0.13% in u PIB aggregatu (2020-2060) cumparatu cù una via senza idrogenu finu à u 2060.
Fig. 3 |Penetrazione di a tecnulugia in i settori tipici di HTA.Risultati in i scenarii BAU, NDC, ZERO-NH è ZERO-H (2020-2060).In ogni annu, a penetrazione di a tecnulugia specifica in diversi settori hè mostrata da e barre culurite, induve ogni barra hè un percentinu di penetrazione finu à u 100% (per un lattice cumpletamente ombreggiatu).I tecnulugii sò più classificati per diversi tipi (mostrati in i leggende).CNG, gas naturale cumpressu;GPL, gasu di pitroliu liquidu;LNG, gas naturale liquidu;w / wo, cù o senza;EAF, fornu à arcu elettricu;NSP, novu prucessu seccu di preriscaldatore di sospensione;WHR, ricuperazione di calore residuale.
Tempu di post: 13-mar-2023
