Os resultados da análise mostran que é improbable que a dependencia da mellora da eficiencia enerxética combinada con CCUS e NETs sexa un camiño rendible para a descarbonización profunda dos sectores HTA de China, especialmente as industrias pesadas.Máis concretamente, a aplicación xeneralizada de hidróxeno limpo nos sectores de HTA pode axudar a China a lograr a neutralidade do carbono de forma eficaz en comparación cun escenario sen produción e uso de hidróxeno limpo.Os resultados proporcionan unha sólida orientación para a vía de descarbonización do HTA de China e unha valiosa referencia para outros países que se enfrontan a desafíos similares.
Descarbonización dos sectores industriais HTA con hidróxeno limpo
Levamos a cabo unha optimización integrada de menor custo das vías de mitigación cara á neutralidade en carbono para China en 2060. Na táboa 1 defínense catro escenarios de modelización: o negocio normal (BAU), as contribucións de China determinadas a nivel nacional no marco do Acordo de París (NDC), cero emisións con aplicacións sen hidróxeno (ZERO-NH) e cero emisións netas con hidróxeno limpo (ZERO-H).Os sectores de HTA neste estudo inclúen a produción industrial de cemento, ferro e aceiro e produtos químicos clave (incluíndo amoníaco, sosa e sosa cáustica) e o transporte pesado, incluído o transporte por camión e o transporte doméstico.Os detalles completos ofrécense na sección Métodos e nas notas complementarias 1-5.No que respecta ao sector siderúrxico, a cota dominante da produción existente en China (89,6%) é o proceso básico de altos fornos de osíxeno, un reto clave para a descarbonización profunda deste.
industria.O proceso do forno de arco eléctrico comprendeu só o 10,4% da produción total en China en 2019, o que supón un 17,5% menos que a cota media mundial e un 59,3% menos que a dos Estados Unidos18.Analizamos 60 tecnoloxías clave de mitigación de emisións de aceiro no modelo e clasificámolas en seis categorías (Fig. 2a): mellora da eficiencia dos materiais, rendemento da tecnoloxía avanzada, electrificación, CCUS, hidróxeno verde e hidróxeno azul (táboa complementaria 1).A comparación das optimizacións dos custos do sistema de ZERO-H cos escenarios NDC e ZERO-NH mostra que a inclusión de opcións de hidróxeno limpo produciría unha notable redución de carbono debido á introdución de procesos de redución directa de hidróxeno de ferro (hidróxeno-DRI).Teña en conta que o hidróxeno pode servir non só como fonte de enerxía na fabricación de aceiro senón tamén como axente redutor de carbono de forma complementaria no proceso de altos fornos de osíxeno básico (BF-BOF) e 100% na ruta de hidróxeno-DRI.Baixo CERO-H, a participación de BF-BOF reduciríase ata o 34% en 2060, cun 45% de forno de arco eléctrico e un 21% de hidróxeno-DRI, e o hidróxeno limpo suministraría o 29% da demanda total de enerxía final do sector.Co prezo da rede para a enerxía solar e eólica espérasediminuíu a 38-40 MWh-1 USD en 205019, o custo do hidróxeno verde
tamén diminuirá, e a ruta 100% hidróxeno-DRI pode xogar un papel máis importante do que se recoñecía anteriormente.En canto á produción de cemento, o modelo inclúe 47 tecnoloxías clave de mitigación nos procesos produtivos clasificadas en seis categorías (Táboas complementarias 2 e 3): eficiencia enerxética, combustibles alternativos, redución da relación clinker-cemento, CCUS, hidróxeno verde e hidróxeno azul ( Fig. 2b).Os resultados mostran que as tecnoloxías de eficiencia enerxética melloradas poden reducir só un 8-10% das emisións totais de CO2 no sector do cemento, e as tecnoloxías de coxeración de calor residual e oxicombustibles terán un efecto de mitigación limitado (4-8%).As tecnoloxías para reducir a relación clinker-cemento poden producir unha mitigación de carbono relativamente alta (50-70%), incluíndo principalmente materias primas descarbonizadas para a produción de clinker mediante escoura granulada de altos fornos, aínda que os críticos cuestionan se o cemento resultante conservará as súas calidades esenciais.Pero os resultados actuais indican que a utilización do hidróxeno xunto co CCUS podería axudar ao sector do cemento a acadar unhas emisións de CO2 case nulas en 2060.
No escenario CERO-H, 20 tecnoloxías baseadas en hidróxeno (das 47 tecnoloxías de mitigación) entran en xogo na produción de cemento.Descubrimos que o custo medio de redución de carbono das tecnoloxías do hidróxeno é inferior ao típico CCUS e os enfoques de cambio de combustible (Fig. 2b).Ademais, espérase que o hidróxeno verde sexa máis barato que o azul despois de 2030, como se analiza en detalle a continuación, ao redor de 0,7-1,6 USD kg−1 H2 (ref. 20), o que conlevará reducións significativas de CO2 na subministración de calor industrial na fabricación de cemento. .Os resultados actuais mostran que pode reducir o 89-95% do CO2 do proceso de calefacción na industria chinesa (Fig. 2b, tecnoloxías).
28–47), que é coherente coa estimación do 84–92% do Consello de Hidróxeno (ref. 21).As emisións de CO2 do proceso de clinker deben reducirse mediante CCUS tanto en ZERO-H como en ZERO-NH.Tamén simulamos o uso do hidróxeno como materia prima na produción de amoníaco, metano, metanol e outros produtos químicos enumerados na descrición do modelo.No escenario ZERO-H, a produción de amoníaco a base de gas con calor de hidróxeno gañará un 20% da produción total en 2060 (figura 3 e táboa complementaria 4).O modelo inclúe catro tipos de tecnoloxías de produción de metanol: carbón a metanol (CTM), gas coque a metanol (CGTM), gas natural a metanol (NTM) e CGTM/NTM con calor de hidróxeno.No escenario ZERO-H, CGTM/NTM con calor de hidróxeno pode acadar unha cota de produción do 21% en 2060 (Fig. 3).Os produtos químicos tamén son portadores potenciais de enerxía do hidróxeno.Segundo a nosa análise integrada, o hidróxeno pode supoñer o 17 % do consumo final de enerxía para a subministración de calor na industria química para 2060. Xunto coa bioenerxía (18 %) e a electricidade (32 %), o hidróxeno ten un papel importante no 
descarbonización da industria química HTA de China (Fig. 4a).
Imaxe 2 |Potencial de mitigación de carbono e custos de redución das principais tecnoloxías de mitigación.a, Seis categorías de 60 tecnoloxías clave de mitigación de emisións de aceiro.b, Seis categorías de 47 tecnoloxías clave de mitigación de emisións de cemento.As tecnoloxías están listadas por número, coas definicións correspondentes incluídas na táboa complementaria 1 para a e na táboa complementaria 2 para b.Márcanse os niveis de preparación tecnolóxica (TRL) de cada tecnoloxía: TRL3, concepto;TRL4, pequeno prototipo;TRL5, prototipo grande;TRL6, prototipo completo a escala;TRL7, demostración precomercial;TRL8, demostración;TRL10, adopción anticipada;TRL11, maduro.
Descarbonización dos modos de transporte HTA con hidróxeno limpo Sobre a base dos resultados do modelado, o hidróxeno tamén ten un gran potencial para descarbonizar o sector do transporte de China, aínda que levará tempo.Ademais dos LDV, outros modos de transporte analizados no modelo inclúen autobuses de flota, camións (lixeiros/pequenos/medianos/pesados), transporte marítimo doméstico e ferrocarril, que cubren a maior parte do transporte en China.Para os LDV, os vehículos eléctricos buscan seguir sendo competitivos en custos no futuro.En ZERO-H, a penetración das pilas de combustible de hidróxeno (HFC) no mercado de LDV alcanzará só o 5% en 2060 (Fig. 3).Non obstante, para os autobuses da flota, os autobuses HFC serán máis competitivos en custos que as alternativas eléctricas en 2045 e comprenderán o 61% da flota total en 2060 no escenario CERO-H, co resto eléctricos (Fig. 3).En canto aos camións, os resultados varían segundo a taxa de carga.A propulsión eléctrica impulsará máis da metade da flota total de camións lixeiros para 2035 en ZERO-NH.Pero en ZERO-H, os camións lixeiros de HFC serán máis competitivos que os camións eléctricos lixeiros en 2035 e comprenderán o 53 % do mercado en 2060. No que respecta aos camións pesados, os camións de HFC alcanzarían o 66 % do mercado. mercado en 2060 no escenario ZERO-H.Os HDV (vehículos pesados) diésel/biodiésel/CNG (gas natural comprimido) sairán do mercado despois de 2050 tanto en escenarios ZERO-NH como ZERO-H (Fig. 3).Os vehículos HFC teñen unha vantaxe adicional sobre os vehículos eléctricos no seu mellor rendemento en condicións de frío, importante no norte e oeste de China.Máis aló do transporte por estrada, o modelo mostra unha adopción xeneralizada de tecnoloxías de hidróxeno no transporte marítimo no escenario ZERO-H.O transporte marítimo doméstico de China é moi intensivo en enerxía e un desafío de descarbonización especialmente difícil.Hidróxeno limpo, especialmente como a
materia prima para amoníaco, ofrece una opción para la descarbonización del envío.A solución de menor custo no escenario ZERO-H resulta nunha penetración do 65% dos buques alimentados con amoníaco e do 12% dos buques alimentados con hidróxeno en 2060 (Fig. 3).Neste escenario, o hidróxeno representará unha media do 56% do consumo final de enerxía de todo o sector do transporte en 2060. Tamén modelamos o uso do hidróxeno na calefacción residencial (Nota complementaria 6), pero a súa adopción é insignificante e este traballo céntrase en uso de hidróxeno en industrias HTA e transporte pesado.O aforro de custos derivados da neutralidade do carbono mediante o hidróxeno limpo O futuro neutro en carbono de China caracterizarase polo predominio das enerxías renovables, coa eliminación gradual do carbón no seu consumo de enerxía primaria (Fig. 4).Os combustibles non fósiles comprenden o 88 % do mix de enerxía primaria en 2050 e o 93 % en 2060 baixo CERO-H. A eólica e a solar proporcionarán a metade do consumo de enerxía primaria en 2060. De media, a nivel nacional, a proporción de hidróxeno limpo da enerxía final total o consumo (TFEC) podería alcanzar o 13% en 2060. Considerando a heteroxeneidade rexional das capacidades de produción en industrias clave por rexión (Táboa complementaria 7), hai dez provincias con cotas de hidróxeno de TFEC superiores á media nacional, incluíndo Mongolia Interior, Fujian e Shandong. e Guangdong, impulsada por ricos recursos solares e eólicos terrestres e mariños e/ou múltiples demandas industriais de hidróxeno.No escenario CERO-NH, o custo de investimento acumulado para lograr a neutralidade en carbono ata 2060 sería de 20,63 billóns de dólares, ou 1,58% do produto interior bruto (PIB) agregado para 2020-2060.O investimento adicional medio anual sería duns 516.000 millóns de dólares ao ano.Este resultado é consistente co plan de mitigación de 15 billóns de dólares de China ata 2050, un novo investimento medio anual de 500.000 millóns de dólares (ref. 22).Non obstante, a introdución de opcións de hidróxeno limpo no sistema enerxético e as materias primas industriais de China no escenario ZERO-H resulta nun investimento acumulado significativamente menor de 18,91 billóns de dólares para 2060 e o investimento anual anual.O investimento reduciríase a menos do 1% do PIB en 2060 (Fig.4).En canto aos sectores HTA, o custo anual de investimento nesessectores serían uns 392.000 millóns de dólares ao ano no ZERO-NHescenario, que é coherente coa proxección da EnerxíaComisión de Transición (400.000 millóns de dólares) (ref. 23).Non obstante, se está limpo
Incorpórase o hidróxeno ao sistema enerxético e ás materias primas químicas, o escenario ZERO-H indica que o custo anual de investimento nos sectores de HTA podería reducirse a 359.000 millóns de dólares, principalmente ao reducir a dependencia dos custosos CCUS ou NETs.Os nosos resultados suxiren que o uso de hidróxeno limpo pode aforrar 1,72 billóns de dólares en custos de investimento e evitar unha perda do 0,13% do PIB agregado (2020-2060) en comparación cunha vía sen hidróxeno ata 2060.
Imaxe 3 |Penetración tecnolóxica nos sectores típicos de HTA.Resultados nos escenarios BAU, NDC, ZERO-NH e ZERO-H (2020-2060).En cada ano marca, a penetración tecnolóxica específica en diferentes sectores móstrase polas barras de cores, onde cada barra é unha porcentaxe de penetración de ata o 100% (para unha celosía totalmente sombreada).As tecnoloxías clasifícanse ademais por diferentes tipos (mostradas nas lendas).GNC, gas natural comprimido;GLP, gas licuado de petróleo;GNL, gas natural líquido;w/wo, con ou sen;EAF, forno de arco eléctrico;NSP, novo proceso seco de prequentador de suspensión;WHR, recuperación de calor residual.
Hora de publicación: 13-mar-2023
