Breaking the hard-to-abate bottleneck in China‘s path to carbon neutrality with clean hydrogen（1）

Пераадоленне вузкага месца, якое цяжка ліквідаваць на шляху Кітая да вугляроднай нейтральнасці, з дапамогай чыстага вадароду

Такія краіны, як Кітай, сутыкаюцца з вузкім месцам на шляху да вугляроднай нейтральнасці: скарачэнне выкідаў у цяжкай прамысловасці і цяжкім транспарце.Ёсць некалькі глыбокіх даследаванняў перспектыўнай ролі чыстага вадароду ў гэтых сектарах, якія «цяжка паменшыць» (HTA).Тут мы праводзім інтэграваны дынамічны аналіз мадэлявання з найменшымі выдаткамі.Вынікі паказваюць, што, па-першае, чысты вадарод можа быць як асноўным энерганосьбітам, так і сыравінай, якая можа значна скараціць выкіды вугляроду ў цяжкай прамысловасці.Ён таксама можа забяспечваць да 50% кітайскіх паркаў цяжкіх грузавікоў і аўтобусаў да 2060 г. і значную долю марскіх перавозак.Па-другое, рэалістычны сцэнарый чыстага вадароду, які дасягае 65,7 млн т вытворчасці ў 2060 г., можа пазбегнуць 1,72 трлн долараў ЗША новых інвестыцый у параўнанні са сцэнарыем без вадароду.Гэта даследаванне дае доказы каштоўнасці чыстага вадароду ў сектарах HTA для Кітая і краін, якія сутыкаюцца з падобнымі праблемамі па скарачэнні выкідаў для дасягнення мэтаў чыстага нуля.

Дасягненне вугляроднага нейтралітэту з'яўляецца неадкладнай глабальнай задачай, але не існуе універсальнага шляху для дасягнення гэтай мэты краінамі з буйнымі выкідамі1,2.Большасць развітых краін, такіх як Злучаныя Штаты і краіны ў Еўропе, прытрымліваюцца стратэгій дэкарбанізацыі, арыентаваных асабліва на парк вялікіх легкавых аўтамабіляў (LDV), вытворчасць электраэнергіі, вытворчасць, камерцыйныя і жылыя будынкі, чатыры сектара, якія разам складаюць пераважная большасць іх выкідаў вугляроду3,4.Наадварот, асноўныя выкіды краін, якія развіваюцца, такія як Кітай, маюць вельмі розныя эканомікі і энергетычныя структуры, што патрабуе розных прыярытэтаў дэкарбанізацыі не толькі ў сектаральным плане, але і ў стратэгічным разгортванні новых тэхналогій з нулявым выкідам вугляроду.

Ключавымі адрозненнямі профілю выкідаў вуглякіслага газу ў Кітаі ў параўнанні з заходнімі краінамі з'яўляюцца значна большыя долі выкідаў для цяжкай прамысловасці і значна меншыя долі для LDV і выкарыстання энергіі ў будынках (мал. 1).Кітай, безумоўна, займае першае месца ў свеце па вытворчасці цэменту, жалеза і сталі, хімікатаў і будаўнічых матэрыялаў, спажываючы велізарную колькасць вугалю для прамысловага цяпла і вытворчасці коксу.На цяжкую прамысловасць прыпадае 31 % агульных выкідаў Кітая, што на 8 % вышэй, чым у сярэднім у свеце (23 %), на 17 % больш, чым у ЗША (14 %) і на 13 % вышэй, чым у Еўрапейскім Саюзе. (18%) (спасылка 5).

Кітай паабяцаў дасягнуць піка выкідаў вуглякіслага газу да 2030 г. і дасягнуць вугляроднай нейтральнасці да 2060 г. Гэтыя кліматычныя абяцанні заслужылі шырокую хвалу, але таксама выклікалі пытанні аб іх эфектыўнасці6, часткова з-за галоўнай ролі «цяжка знізіць» (HTA) працэсаў у эканоміцы Кітая.Гэтыя працэсы, у прыватнасці, уключаюць выкарыстанне энергіі ў цяжкай прамысловасці і цяжкім транспарце, які будзе цяжка электрыфікаваць (і, такім чынам, перайсці непасрэдна да аднаўляльнай энергіі), а таксама прамысловыя працэсы, якія цяпер залежаць ад выкапнёвага паліва ў якасці хімічнай сыравіны. Нядаўна было праведзена некалькі даследаванняў1– 3 вывучэння шляхоў дэкарбанізацыі да вугляроднай нейтральнасці для агульнага планавання энергетычнай сістэмы Кітая, але з абмежаваным аналізам сектараў ОТЗ.У апошнія гады на міжнародным узроўні патэнцыйныя рашэнні па змякчэнні наступстваў для сектараў ОТЗ пачалі прыцягваць увагу 7–14.Дэкарбанізацыя сектараў HTA з'яўляецца складанай задачай, таму што іх цяжка цалкам і/або эканамічна эфектыўна электрыфікаваць7,8.Ахман падкрэсліў, што залежнасць ад шляху з'яўляецца ключавой праблемай для сектараў ОТЗ і што бачанне і доўгатэрміновае планаванне перадавых тэхналогій неабходныя, каб «разблакіраваць» сектары ОТЗ, асабліва цяжкую прамысловасць, ад залежнасці ад выкапняў9.Даследаванні даследавалі новыя матэрыялы і рашэнні па змякчэнні наступстваў, звязаныя з улоўліваннем, выкарыстаннем і/або захоўваннем вугляроду (CCUS) і тэхналогіямі адмоўных выкідаў (NETs)10,11. Прынамсі ў адным даследаванні прызнана, што іх таксама варта ўлічваць пры доўгатэрміновым планаванні11.У нядаўна апублікаванай Шостай ацэначнай справаздачы Міжурадавай групы экспертаў па змене клімату выкарыстанне вадароду з нізкім узроўнем выкідаў было прызнана адным з ключавых рашэнняў па змякчэнні наступстваў у розных сектарах для дасягнення ў будучыні нулявых чыстых выкідаў12.

Існуючая літаратура аб чыстым вадародзе ў асноўным сканцэнтравана на варыянтах тэхналогіі вытворчасці з аналізам выдаткаў на баку прапановы15.(«Чысты» вадарод у гэтай працы ўключае як «зялёны», так і «блакітны» вадарод, першы атрымліваецца ў выніку электролізу вады з выкарыстаннем аднаўляльнай энергіі, а другі атрымліваецца з выкапнёвага паліва, але дэкарбанізуецца з дапамогай CCUS.) Абмеркаванне попыту на вадарод сканцэнтравана ў асноўным на транспартны сектар у развітых краінах - у прыватнасці транспартныя сродкі на вадародных паліўных элементах16,17.Ціск на дэкарбанізацыю цяжкай прамысловасці адставаў у параўнанні з ціскам на аўтамабільны транспарт, што адлюстроўвае звычайныя здагадкі, што цяжкая прамысловасць будзе
асабліва цяжка спыніцца, пакуль не з'явяцца новыя тэхналагічныя інавацыі.Даследаванні чыстага (асабліва зялёнага) вадароду прадэманстравалі яго тэхналагічную сталасць і зніжэнне кошту17, але неабходныя далейшыя даследаванні, якія сканцэнтраваны б на памеры патэнцыйных рынкаў і тэхналагічных патрабаваннях прамысловасці для выкарыстання перспектыўнага росту паставак чыстага вадароду16.Разуменне патэнцыялу чыстага вадароду для прасоўвання глабальнай вугляроднай нейтральнасці будзе па сваёй сутнасці прадузятым, калі аналіз абмяжоўваецца галоўным чынам выдаткамі на яго вытворчасць, яго спажываннем толькі ў спрыяльных сектарах і яго прымяненнем у развітых эканоміках. Існуючая літаратура аб чыстым вадародзе сканцэнтравана у асноўным на варыянтах тэхналогіі вытворчасці з аналізам выдаткаў на баку прапановы15.(«Чысты» вадарод у гэтай працы ўключае як «зялёны», так і «блакітны» вадарод, першы атрымліваецца ў выніку электролізу вады з выкарыстаннем аднаўляльнай энергіі, а другі атрымліваецца з выкапнёвага паліва, але дэкарбанізуецца з дапамогай CCUS.) Абмеркаванне попыту на вадарод сканцэнтравана ў асноўным на транспартны сектар у развітых краінах - у прыватнасці транспартныя сродкі на вадародных паліўных элементах16,17.Ціск на дэкарбанізацыю цяжкай прамысловасці адставаў у параўнанні з ціскам на аўтамабільны транспарт, што адлюстроўвае агульнапрынятыя здагадкі, што цяжкую прамысловасць будзе асабліва цяжка аслабіць, пакуль не з'явяцца новыя тэхналагічныя інавацыі.Даследаванні чыстага (асабліва зялёнага) вадароду прадэманстравалі яго тэхналагічную сталасць і зніжэнне кошту17, але неабходныя далейшыя даследаванні, якія сканцэнтраваны б на памеры патэнцыйных рынкаў і тэхналагічных патрабаваннях прамысловасці для выкарыстання перспектыўнага росту паставак чыстага вадароду16.Разуменне патэнцыялу чыстага вадароду для прасоўвання глабальнай вугляроднай нейтральнасці будзе па сваёй сутнасці прадузятым, калі аналіз абмяжоўваецца галоўным чынам выдаткамі на яго вытворчасць, яго спажываннем толькі ў спрыяльных сектарах і яго прымяненнем у развітых эканоміках.

Ацэнка магчымасцей для чыстага вадароду залежыць ад пераасэнсавання яго перспектыўных патрабаванняў у якасці альтэрнатыўнага паліва і хімічнай сыравіны ва ўсёй энергетычнай сістэме і эканоміцы, у тым ліку з улікам розных нацыянальных умоў.На сённяшні дзень няма такога ўсебаковага даследавання ролі чыстага вадароду ў будучыні Кітая з нулявой сеткай.Запаўненне гэтага прабелу ў даследаваннях дапаможа скласці больш дакладную дарожную карту па скарачэнні выкідаў CO2 у Кітаі, дазволіць ацаніць выканальнасць абяцанняў па дэкарбанізацыі да 2030 і 2060 гадоў і дасць рэкамендацыі для іншых краін, якія развіваюцца і маюць буйны сектар цяжкай прамысловасці.

Мал. 1 |Выкіды вугляроду ў ключавых краінах і аналітычны механізм вадароду ў энергетычнай сістэме.a, выкіды вуглякіслага газу ў Кітаі ў 2019 годзе ў параўнанні са Злучанымі Штатамі, Еўропай, Японіяй і Індыяй па відах паліва.У 2019 годзе спальванне вугалю прынесла найбольшую долю выкідаў вугляроду ў Кітаі (79,62%) і Індыі (70,52%), а спальванне нафты ўнесла найбольшы ўклад у выкіды вугляроду ў ЗША (41,98%) і Еўропе (41,27%).b, выкіды вуглякіслага газу ў Кітаі ў 2019 годзе ў параўнанні са Злучанымі Штатамі, Еўропай, Японіяй і Індыяй па сектарах.Выкіды паказаны злева, а прапорцыя справа ў а і b.Доля выкідаў вугляроду ад прамысловасці ў Кітаі (28,10%) і Індыі (24,75%) была значна вышэйшай, чым у ЗША (9,26%) і Еўропе (13,91%) у 2019 г. c, Тэхнічны шлях з прымяненнем вадародных тэхналогій сектары ОТЗ.SMR, паравы рыформінг метану;PEM электроліз, палімерны электраліт мембранны электроліз;Працэс ПЭК, фотаэлектрахімічны працэс.

Гэта даследаванне імкнецца адказаць на тры ключавыя запыты.Па-першае, якія ключавыя праблемы для дэкарбанізацыі сектараў ОТЗ у краінах, якія развіваюцца, такіх як Кітай, у адрозненне ад развітых краін?Ці эфектыўныя цяперашнія тэхналогіі змякчэння наступстваў у сектарах ОТЗ (асабліва цяжкай прамысловасці) для дасягнення Кітаем вугляроднага нейтралітэту да 2060 г.?Па-другое, якая перспектыўная роля чыстага вадароду як энерганосьбіта, так і сыравіны ў сектарах HTA, асабліва ў Кітаі і іншых краінах, якія развіваюцца, якія толькі пачалі атрымліваць доступ да яго перспектыўнай вытворчасці і выкарыстання?Нарэшце, на аснове дынамічнай аптымізацыі ўсёй энергетычнай сістэмы Кітая

Тым не менш, ці будзе шырокае прымяненне чыстага вадароду ў сектарах HTA эканамічна эфектыўным у параўнанні з іншымі варыянтамі?

Тут мы будуем мадэль інтэграванай энергетычнай сістэмы, якая ўключае як попыт, так і прапанову ў розных сектарах, каб прааналізаваць перспектыўную эканамічнасць і ролю чыстага вадароду ва ўсёй эканоміцы Кітая, з акцэнтам на недастаткова даследаваныя сектары HTA (мал. 1c).

Час публікацыі: 3 сакавіка 2023 г