Analizin sonuçları, yalnızca CCUS ve NET'lerle birleştirilmiş enerji verimliliğinin iyileştirilmesine güvenmenin, Çin'in STD sektörlerinin, özellikle ağır sanayilerin derinlemesine karbondan arındırılması için uygun maliyetli bir yol olma ihtimalinin düşük olduğunu gösteriyor.Daha spesifik olarak, temiz hidrojenin STD sektörlerinde yaygın olarak uygulanması, temiz hidrojen üretimi ve kullanımının olmadığı bir senaryoya kıyasla Çin'in karbon nötrlüğünü maliyet etkin bir şekilde elde etmesine yardımcı olabilir.Sonuçlar, Çin'in STD karbondan arındırma yolu için güçlü bir rehberlik ve benzer zorluklarla karşılaşan diğer ülkeler için değerli bir referans sağlıyor.
HTA endüstriyel sektörlerinin temiz hidrojenle karbondan arındırılması
2060 yılında Çin için karbon nötrlüğüne giden azaltma yollarının entegre bir en düşük maliyetli optimizasyonunu yürütüyoruz. Tablo 1'de dört modelleme senaryosu tanımlanmıştır: her zamanki gibi iş (BAU), Paris Anlaşması (NDC) kapsamında Çin'in Ulusal Olarak Belirlenmiş Katkıları, net- hidrojensiz uygulamalarla (ZERO-NH) sıfır emisyon ve temiz hidrojenle (ZERO-H) net sıfır emisyon.Bu çalışmadaki STD sektörleri, çimento, demir ve çelik ve önemli kimyasalların (amonyak, soda ve kostik soda dahil) endüstriyel üretimini ve kamyon taşımacılığı ve yurtiçi nakliye dahil olmak üzere ağır yük taşımacılığını içermektedir.Tüm ayrıntılar Yöntemler bölümünde ve Ek Notlar 1-5'te verilmiştir.Demir-çelik sektörü ile ilgili olarak, Çin'deki mevcut üretimin baskın payı (%89,6) temel oksijenli yüksek fırın prosesidir;
endüstri.Elektrik ark ocağı işlemi, 2019'da Çin'deki toplam üretimin yalnızca %10,4'ünü oluşturdu; bu, dünya ortalamasından %17,5 ve Amerika Birleşik Devletleri'nden %59,3 daha az18.Modeldeki 60 temel çelik üretimi emisyon azaltma teknolojisini analiz ettik ve bunları altı kategoride sınıflandırdık (Şekil 2a): malzeme verimliliğinin iyileştirilmesi, ileri teknoloji performansı, elektrifikasyon, CCUS, yeşil hidrojen ve mavi hidrojen (Ek Tablo 1).ZERO-H'nin sistem maliyeti optimizasyonlarının NDC ve ZERO-NH senaryoları ile karşılaştırılması, temiz hidrojen seçeneklerinin dahil edilmesinin, demirin hidrojenle doğrudan indirgenmesi (hidrojen-DRI) işlemlerinin başlatılması nedeniyle kayda değer karbon azaltımı sağlayacağını göstermektedir.Hidrojenin sadece çelik üretiminde bir enerji kaynağı olarak değil, aynı zamanda Yüksek Fırın-Temel Oksijen Fırını (BF-BOF) prosesinde tamamlayıcı bir temelde ve hidrojen-DRI yolunda %100 karbon azaltıcı bir indirgeme maddesi olarak da hizmet edebileceğine dikkat edin.ZERO-H kapsamında, %45 elektrik ark ocağı ve %21 hidrojen-DRI ile BF-BOF'un payı 2060 yılında %34'e düşürülecek ve temiz hidrojen, sektördeki toplam nihai enerji talebinin %29'unu karşılayacaktır.Güneş ve rüzgar enerjisi için şebeke fiyatının artması bekleniyor.205019'da 38–40MWh−1 ABD Dolarına düşüş, yeşil hidrojenin maliyeti
da azalacak ve %100 hidrojen-DRI rotası daha önce tanınandan daha önemli bir rol oynayabilir.Model, çimento üretimi ile ilgili olarak altı kategoride (Ek Tablo 2 ve 3) sınıflandırılan üretim süreçlerinde 47 temel azaltma teknolojisi içerir: enerji verimliliği, alternatif yakıtlar, klinker-çimento oranının düşürülmesi, CCUS, yeşil hidrojen ve mavi hidrojen ( Şekil 2b).Sonuçlar, iyileştirilmiş enerji verimliliği teknolojilerinin çimento sektöründeki toplam CO2 emisyonlarının yalnızca %8-10'unu azaltabileceğini ve atık ısı kojenerasyonu ve oksi-yakıt teknolojilerinin sınırlı azaltma etkisine sahip olacağını (%4-8) göstermektedir.Klinker-çimento oranını düşürmeye yönelik teknolojiler, esas olarak granüle yüksek fırın cürufu kullanılarak klinker üretimi için dekarbonize edilmiş hammaddeler dahil olmak üzere nispeten yüksek karbon azaltımı (%50-70) sağlayabilir, ancak eleştirmenler ortaya çıkan çimentonun temel niteliklerini koruyup koruyamayacağını sorgulamaktadır.Ancak mevcut sonuçlar, hidrojenin CCUS ile birlikte kullanılmasının, çimento sektörünün 2060 yılında sıfıra yakın CO2 emisyonu elde etmesine yardımcı olabileceğini gösteriyor.
ZERO-H senaryosunda, çimento üretiminde 20 hidrojen bazlı teknoloji (47 azaltım teknolojisinden) devreye giriyor.Hidrojen teknolojilerinin ortalama karbon azaltma maliyetinin, tipik CCUS ve yakıt değiştirme yaklaşımlarından daha düşük olduğunu bulduk (Şekil 2b).Ayrıca, yeşil hidrojenin aşağıda ayrıntılı olarak tartışıldığı gibi 2030'dan sonra mavi hidrojenden daha ucuz olması ve yaklaşık 0,7 ABD Doları–1,6 ABD Doları kg-1 H2 (ref. 20) ile çimento yapımında endüstriyel ısı sağlanmasında önemli CO2 azaltımları getirmesi beklenmektedir. .Mevcut sonuçlar, Çin endüstrisindeki ısıtma sürecinden kaynaklanan CO2'nin %89-95'ini azaltabileceğini göstermektedir (Şekil 2b, teknolojiler
28–47), Hidrojen Konseyi'nin %84–92'lik tahminiyle tutarlıdır (ref. 21).CO2'nin klinker proses emisyonları hem ZERO-H hem de ZERO-NH'de CCUS tarafından azaltılmalıdır.Ayrıca amonyak, metan, metanol ve model açıklamasında listelenen diğer kimyasalların üretiminde hammadde olarak hidrojen kullanımını simüle ediyoruz.ZERO-H senaryosunda, hidrojen ısısı ile gaz bazlı amonyak üretimi 2060 yılında toplam üretimden %20 pay alacaktır (Şekil 3 ve Ek Tablo 4).Model dört tür metanol üretim teknolojisi içerir: kömürden metanole (CTM), kok gazından metanole (CGTM), doğal gazdan metanole (NTM) ve hidrojen ısılı CGTM/NTM.ZERO-H senaryosunda, hidrojen ısılı CGTM/NTM 2060 yılında %21'lik bir üretim payına ulaşabilir (Şekil 3).Kimyasallar ayrıca hidrojenin potansiyel enerji taşıyıcılarıdır.Entegre analizimize göre hidrojen, 2060 yılına kadar kimya endüstrisinde ısı temini için nihai enerji tüketiminin %17'sini oluşturabilir. Biyoenerji (%18) ve elektrikle (%32) birlikte hidrojen, 
Çin'in HTA kimya endüstrisinin dekarbonizasyonu (Şekil 4a).
2 |Temel azaltma teknolojilerinin karbon azaltma potansiyeli ve azaltma maliyetleri.a, 60 temel çelik üretimi emisyon azaltma teknolojisinin altı kategorisi.b, 47 temel çimento emisyonu azaltma teknolojisinin altı kategorisi.Teknolojiler, a için Ek Tablo 1'de ve b için Ek Tablo 2'de yer alan karşılık gelen tanımlarla birlikte numaraya göre listelenmiştir.Her teknolojinin teknoloji hazırlık seviyeleri (TRL'ler) işaretlenmiştir: TRL3, kavram;TRL4, küçük prototip;TRL5, büyük prototip;TRL6, geniş ölçekte tam prototip;TRL7, ticari tanıtım öncesi;TRL8, gösteri;TRL10, erken benimseme;TRL11, olgun.
STD ulaşım modlarının temiz hidrojenle karbondan arındırılması Modelleme sonuçlarına göre hidrojen, zaman alacak olsa da, Çin'in ulaşım sektöründeki karbonu dekarbonize etmek için büyük bir potansiyele sahiptir.LDV'lere ek olarak, modelde analiz edilen diğer ulaşım modları arasında filo otobüsleri, kamyonlar (hafif/küçük/orta/ağır), yurtiçi nakliye ve Çin'deki çoğu ulaşımı kapsayan demiryolları yer alır.LDV'ler için, elektrikli araçlar gelecekte maliyet açısından rekabetçi olmaya devam edecek gibi görünüyor.ZERO-H'de, LDV pazarının hidrojen yakıt hücresi (HFC) penetrasyonu 2060 yılında yalnızca %5'e ulaşacaktır (Şekil 3).Bununla birlikte, filo otobüsleri için HFC otobüsleri, 2045'te elektrikli alternatiflere göre maliyet açısından daha rekabetçi olacak ve 2060'ta SIFIR-H senaryosunda toplam filonun %61'ini, geri kalanı elektrikli olacak (Şekil 3).Kamyonlara gelince, sonuçlar yük oranına göre değişir.Elektrikli tahrik, 2035 yılına kadar SIFIR-NH'de toplam hafif hizmet kamyon filosunun yarısından fazlasını kullanacaktır.Ancak ZERO-H'de HFC hafif hizmet kamyonları, 2035 yılına kadar elektrikli hafif hizmet kamyonlarından daha rekabetçi olacak ve 2060 yılına kadar pazarın %53'ünü oluşturacak. ZERO-H senaryosunda 2060 yılında pazar.Dizel/biyodizel/CNG (sıkıştırılmış doğal gaz) HDV'ler (ağır hizmet araçları), hem ZERO-NH hem de ZERO-H senaryolarında 2050'den sonra piyasadan çekilecektir (Şekil 3).HFC araçları, kuzey ve batı Çin'de önemli olan soğuk koşullarda daha iyi performans göstermeleri bakımından elektrikli araçlara göre ek bir avantaja sahiptir.Model, karayolu taşımacılığının ötesinde, ZERO-H senaryosunda deniz taşımacılığında hidrojen teknolojilerinin yaygın olarak benimsendiğini gösteriyor.Çin'in yurt içi nakliyesi çok enerji yoğun ve özellikle zor bir dekarbonizasyon mücadelesi.Temiz hidrojen, özellikle
amonyak için hammadde, nakliye dekarbonizasyonu için bir seçenek sunar.ZERO-H senaryosundaki en düşük maliyetli çözüm, 2060 yılında amonyak yakıtlı gemilerin %65'inin ve hidrojen yakıtlı gemilerin %12'sinin penetrasyonu ile sonuçlanır (Şekil 3).Bu senaryoda hidrojen, 2060 yılında tüm ulaşım sektörünün nihai enerji tüketiminin ortalama %56'sını oluşturacaktır. Ayrıca konut ısıtmasında hidrojen kullanımını modelledik (Ek Not 6), ancak benimsenmesi ihmal edilebilir düzeydedir ve bu makale şuna odaklanmaktadır: HTA endüstrilerinde ve ağır hizmet taşımacılığında hidrojen kullanımı.Temiz hidrojen kullanarak karbon nötr olmanın maliyet tasarrufu Çin'in karbon nötr geleceği, birincil enerji tüketiminde kömürün aşamalı olarak kaldırılmasıyla yenilenebilir enerji hakimiyeti ile karakterize edilecektir (Şekil 4).Fosil olmayan yakıtlar, SIFIR-H altında 2050'de birincil enerji karışımının %88'ini ve 2060'ta %93'ünü oluşturuyor. Rüzgar ve güneş, 2060'ta birincil enerji tüketiminin yarısını sağlayacak. Ortalama olarak, ulusal olarak, toplam nihai enerjinin temiz hidrojen payı tüketim (TFEC) 2060'ta %13'e ulaşabilir. Bölgelere göre kilit endüstrilerdeki üretim kapasitelerinin bölgesel heterojenliği göz önüne alındığında (Ek Tablo 7), TFEC hidrojen paylarının ulusal ortalamanın üzerinde olduğu on il vardır: İç Moğolistan, Fujian, Shandong dahil ve zengin güneş enerjisi ve karada ve denizde rüzgar kaynakları ve/veya hidrojen için çok sayıda endüstriyel talep tarafından yönlendirilen Guangdong.ZERO-NH senaryosunda, 2060 yılına kadar karbon nötrlüğü elde etmek için kümülatif yatırım maliyeti 20,63 trilyon $ veya 2020-2060 için toplam gayri safi yurtiçi hasılanın (GSYİH) %1,58'i olacaktır.Yıllık bazda ortalama ek yatırım, yılda yaklaşık 516 milyar ABD doları olacaktır.Bu sonuç, Çin'in 2050'ye kadar yıllık ortalama 500 milyar ABD Doları tutarında yeni yatırım olan 15 trilyon ABD Doları tutarındaki hafifletme planıyla tutarlıdır (ref. 22).Bununla birlikte, ZERO-H senaryosunda Çin'in enerji sistemine ve endüstriyel hammaddelerine temiz hidrojen seçeneklerinin dahil edilmesi, 2060 yılına kadar 18,91 trilyon ABD Doları tutarında önemli ölçüde daha düşük kümülatif yatırım ve yıllıkyatırım 2060 yılında GSYİH'nın %1'inden daha azına düşürülecektir (Şek.4).STD sektörleri ile ilgili olarak, bu sektörlerdeki yıllık yatırım maliyetisektörler, ZERO-NH'de yılda yaklaşık 392 milyar ABD doları olacaktır.Enerji projeksiyonu ile tutarlı olan senaryoGeçiş Komisyonu (400 milyar ABD doları) (ref. 23).Ancak temiz ise
hidrojen, enerji sistemine ve kimyasal hammaddelere dahil edildiğinden, ZERO-H senaryosu, STD sektörlerindeki yıllık yatırım maliyetinin, esas olarak maliyetli CCUS veya NET'lere bağımlılığı azaltarak 359 milyar ABD Dolarına düşürülebileceğini göstermektedir.Sonuçlarımız, temiz hidrojen kullanımının yatırım maliyetinde 1,72 trilyon ABD doları tasarruf sağlayabileceğini ve 2060'a kadar hidrojensiz bir yola kıyasla toplam GSYİH'de (2020-2060) %0,13'lük bir kaybı önleyebileceğini göstermektedir.
3 |Tipik HTA sektörlerinde teknoloji penetrasyonu.BAU, NDC, ZERO-NH ve ZERO-H senaryoları (2020–2060) kapsamındaki sonuçlar.Her kilometre taşı yılında, farklı sektörlerdeki belirli teknoloji penetrasyonu renkli çubuklarla gösterilir; burada her çubuk %100'e kadar penetrasyon yüzdesidir (tamamen gölgeli bir kafes için).Teknolojiler ayrıca farklı tiplere göre sınıflandırılır (lejantlarda gösterilmiştir).CNG, sıkıştırılmış doğal gaz;LPG, sıvı petrol gazı;LNG, sıvı doğal gaz;w/wo, olan veya olmayan;EAF, elektrik ark ocağı;NSP, yeni süspansiyonlu ön ısıtıcılı kuru proses;WHR, atık ısı geri kazanımı.
Gönderim zamanı: Mart-13-2023
