תוצאות הניתוח מראות כי הסתמכות על שיפור היעילות האנרגטית בשילוב עם CCUS ו-NETs בלבד אינה צפויה להיות נתיב חסכוני להפחתת פחמן עמוקה של מגזרי ה-HTA של סין, במיוחד תעשיות כבדות.ליתר דיוק, יישום נרחב של מימן נקי במגזרי HTA יכול לעזור לסין להשיג ניטרליות פחמן בעלות יעילה בהשוואה לתרחיש ללא ייצור ושימוש במימן נקי.התוצאות מספקות הדרכה חזקה למסלול שחרור הפחמן של HTA של סין והתייחסות חשובה למדינות אחרות המתמודדות עם אתגרים דומים.
שחרור פחמן של מגזרים תעשייתיים HTA עם מימן נקי
אנו מבצעים אופטימיזציה משולבת בעלות הנמוכה ביותר של מסלולי הפחתת פחמן לניטרליות פחמן עבור סין בשנת 2060. ארבעה תרחישי מודל מוגדרים בטבלה 1: עסקים כרגיל (BAU), התרומות הנקבעות הלאומית של סין במסגרת הסכם פריז (NDC), נטו- אפס פליטות עם יישומים ללא מימן (ZERO-NH) ופליטות אפס נטו עם מימן נקי (ZERO-H).מגזרי HTA במחקר זה כוללים ייצור תעשייתי של מלט, ברזל ופלדה וכימיקלים מרכזיים (כולל אמוניה, סודה וסודה קאוסטית) ותחבורה כבדה, לרבות הובלות ושילוח פנים.פרטים מלאים ניתנים בסעיף שיטות ובהערות משלימות 1–5.לגבי מגזר הברזל והפלדה, החלק הדומיננטי של הייצור הקיים בסין (89.6%) הוא בתהליך הבסיסי של כבשני חמצן, אתגר מרכזי להפחתת פחמן עמוקה של זה.
תַעֲשִׂיָה.תהליך תנור הקשת החשמלי היווה רק 10.4% מסך הייצור בסין ב-2019, שהם 17.5% פחות מהנתח הממוצע בעולם ו-59.3% פחות מזה של ארצות הברית18.ניתחנו 60 טכנולוגיות מפתח להפחתת פליטות פלדה במודל וסיווגנו אותן לשש קטגוריות (איור 2א): שיפור יעילות החומר, ביצועי טכנולוגיה מתקדמת, חשמול, CCUS, מימן ירוק ומימן כחול (טבלה משלימה 1).השוואת אופטימיזציות עלויות המערכת של ZERO-H עם תרחישי NDC ו- ZERO-NH מראה שהכללת אפשרויות מימן נקיות תניב הפחתת פחמן ניכרת עקב הכנסת תהליכי הפחתת מימן-ישירה של ברזל (מימן-DRI).שימו לב שמימן יכול לשמש לא רק כמקור אנרגיה בייצור פלדה אלא גם כחומר מפחית פחמן על בסיס משלים בתהליך ה-Basic Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) ו-100% במסלול מימן-DRI.תחת ZERO-H, חלקו של BF-BOF יצטמצם ל-34% בשנת 2060, עם 45% תנור קשת חשמלי ו-21% מימן-DRI, ומימן נקי יספק 29% מסך הביקוש לאנרגיה הסופית במגזר.עם מחיר הרשת עבור חשמל סולארי ורוח צפויירידה ל-38-40MWh-1 ב-205019, העלות של מימן ירוק
גם יירד, ומסלול 100% מימן-DRI עשוי לשחק תפקיד חשוב יותר ממה שהוכר בעבר.לגבי ייצור מלט, המודל כולל 47 טכנולוגיות הפחתה מרכזיות על פני תהליכי הייצור המסווגים לשש קטגוריות (טבלאות משלימות 2 ו-3): יעילות אנרגטית, דלקים חלופיים, הפחתת היחס בין קלינקר למלט, CCUS, מימן ירוק ומימן כחול ( איור 2ב).התוצאות מראות שטכנולוגיות יעילות אנרגטית משופרות יכולות להפחית רק 8-10% מסך פליטת ה-CO2 במגזר המלט, ולטכנולוגיות קוגנרציה של חום פסולת ודלק חמצן תהיה השפעת הפחתה מוגבלת (4-8%).טכנולוגיות להפחתת יחס הקלינקר למלט יכולות להניב הפחתת פחמן גבוהה יחסית (50-70%), בעיקר כולל חומרי גלם מופחמים לייצור קלינקר באמצעות סיגים מגורעים של תנור פיצוץ, אם כי המבקרים מטילים ספק אם המלט שיתקבל ישמור על איכויותיו החיוניות.אבל התוצאות הנוכחיות מצביעות על כך ששימוש במימן יחד עם CCUS יכול לעזור למגזר המלט להשיג פליטת CO2 כמעט לאפס בשנת 2060.
בתרחיש ZERO-H, 20 טכנולוגיות מבוססות מימן (מתוך 47 טכנולוגיות הפחתה) נכנסות לפעולה בייצור מלט.אנו מוצאים שעלות הפחתת הפחמן הממוצעת של טכנולוגיות מימן נמוכה מגישות טיפוסיות של CCUS ודלק (איור 2b).יתר על כן, מימן ירוק צפוי להיות זול יותר ממימן כחול לאחר 2030, כפי שנדון בפירוט להלן, בסביבות 0.7-1.6 דולר ארה"ב ק"ג-1 H2 (ר' 20), מה שמביא להפחתת CO2 משמעותית באספקת חום תעשייתי בייצור מלט .תוצאות עדכניות מראות שהוא יכול להפחית 89-95% מהפחמן הדו-חמצני מתהליך החימום בתעשייה של סין (איור 2ב, טכנולוגיות
28–47), התואם את הערכת מועצת המימן של 84–92% (ר' 21).פליטת CO2 בתהליך קלינקר חייבת להיות מופחתת על ידי CCUS הן ב- ZERO-H והן ב- ZERO-NH.כמו כן, אנו מדמים שימוש במימן כחומר הזנה בייצור אמוניה, מתאן, מתנול וכימיקלים אחרים המפורטים בתיאור הדגם.בתרחיש ZERO-H, ייצור אמוניה מבוסס גז עם חום מימן יקבל נתח של 20% מסך הייצור בשנת 2060 (איור 3 וטבלה משלימה 4).המודל כולל ארבעה סוגים של טכנולוגיות ייצור מתנול: פחם למתנול (CTM), גז קוקס למתנול (CGTM), גז טבעי למתנול (NTM) ו-CGTM/NTM עם חום מימן.בתרחיש ZERO-H, CGTM/NTM עם חום מימן יכול להשיג נתח ייצור של 21% בשנת 2060 (איור 3).כימיקלים הם גם נושאי אנרגיה פוטנציאליים של מימן.על בסיס הניתוח המשולב שלנו, מימן יכול להוות 17% מצריכת האנרגיה הסופית לאספקת חום בתעשייה הכימית עד שנת 2060. יחד עם ביו-אנרגיה (18%) וחשמל (32%), למימן יש תפקיד מרכזי ב- 
דקרבוניזציה של התעשייה הכימית HTA של סין (איור 4א).
איור 2 |פוטנציאל הפחתת פחמן ועלויות הפחתת טכנולוגיות מפתח.א, שש קטגוריות של 60 טכנולוגיות מפתח להפחתת פליטות ייצור פלדה.ב, שש קטגוריות של 47 טכנולוגיות מפתח להפחתת פליטות מלט.הטכנולוגיות רשומות לפי מספר, כאשר הגדרות מתאימות נכללות בטבלה משלימה 1 עבור a וטבלה משלימה 2 עבור ב.רמות המוכנות הטכנולוגיות (TRLs) של כל טכנולוגיה מסומנות: TRL3, קונספט;TRL4, אב טיפוס קטן;TRL5, אב טיפוס גדול;TRL6, אב טיפוס מלא בקנה מידה;TRL7, הדגמה קדם-מסחרית;TRL8, הדגמה;TRL10, אימוץ מוקדם;TRL11, בוגר.
שחרור מצבי תחבורה של HTA עם מימן נקי על בסיס תוצאות המודלים, למימן יש גם פוטנציאל גדול להפחתת פחמן של מגזר התחבורה של סין, אם כי זה ייקח זמן.בנוסף ל-LDVs, אמצעי תחבורה אחרים המנותחים במודל כוללים אוטובוסים ציים, משאיות (קלות/קטנות/בינוניות/כבדות), שילוח פנים ומסילות רכבת, המכסים את רוב התחבורה בסין.עבור LDVs, כלי רכב חשמליים נראים להישאר תחרותיים בעלות בעתיד.ב-ZERO-H, חדירת תאי דלק מימן (HFC) לשוק ה-LDV תגיע ל-5% בלבד בשנת 2060 (איור 3).עם זאת, עבור אוטובוסי צי, אוטובוסים HFC יהיו תחרותיים יותר בעלות חלופות חשמליות בשנת 2045 ויהוו 61% מכלל הצי בשנת 2060 בתרחיש ZERO-H, והשאר חשמליים (איור 3).באשר למשאיות, התוצאות משתנות לפי קצב הטעינה.הנעה חשמלית תניע יותר ממחצית מצי המשאיות הקלות עד שנת 2035 ב-ZERO-NH.אבל ב- ZERO-H, משאיות HFC קלות יהיו תחרותיות יותר ממשאיות חשמליות קלות עד 2035 ויהוו 53% מהשוק עד 2060. לגבי משאיות כבדות, משאיות HFC יגיעו ל-66% מהשוק. לשווק בשנת 2060 בתרחיש ZERO-H.דיזל/ביו-דיזל/CNG (גז טבעי דחוס) HDV (רכבים כבדים) יעזבו את השוק לאחר 2050 בתרחישי ZERO-NH וגם ZERO-H (איור 3).לרכבי HFC יש יתרון נוסף על פני רכבים חשמליים בביצועים טובים יותר בתנאי קור, חשוב בצפון ובמערב סין.מעבר לתחבורה בכבישים, המודל מראה אימוץ נרחב של טכנולוגיות מימן בספנות בתרחיש ZERO-H.הספנות הפנימית של סין היא מאוד אינטנסיבית באנרגיה ואתגר קשה במיוחד של שחרור פחמן.מימן נקי, במיוחד בתור א
חומר הזנה עבור אמוניה, מספק אופציה לשחרור פחמן.הפתרון הנמוך ביותר בתרחיש ZERO-H מביא לחדירה של 65% של ספינות המונעות באמוניה ו-12% מהספינות המונעות במימן בשנת 2060 (איור 3).בתרחיש זה, מימן יהווה בממוצע 56% מצריכת האנרגיה הסופית של כל מגזר התחבורה בשנת 2060. דגמנו גם שימוש במימן בחימום מגורים (הערה משלימה 6), אך אימוצו זניח ומאמר זה מתמקד ב שימוש במימן בתעשיות HTA ותחבורה כבדה.חיסכון בעלויות של ניטרליות פחמן באמצעות מימן נקי עתידה של סין נייטרלי הפחמן יאופיין בדומיננטיות של אנרגיה מתחדשת, עם הפסקת הפחם בצריכת האנרגיה העיקרית שלו (איור 4).דלקים לא מאובנים מהווים 88% מתמהיל האנרגיה הראשונית בשנת 2050 ו-93% בשנת 2060 תחת אפס-H. רוח ושמש יספקו מחצית מצריכת האנרגיה הראשונית בשנת 2060. בממוצע, באופן ארצי, חלק המימן הנקי מסך האנרגיה הסופית הצריכה (TFEC) עשויה להגיע ל-13% בשנת 2060. בהתחשב בהטרוגניות אזורית של יכולות הייצור בתעשיות מפתח לפי אזור (טבלה משלימה 7), ישנם עשרה מחוזות עם נתחי מימן של TFEC גבוהים מהממוצע הארצי, כולל מונגוליה הפנימית, פוג'יאן, שאנדונג וגואנגדונג, מונעת על ידי משאבי רוח סולאריים ויבשתיים וימיים עשירים ו/או דרישות תעשייתיות מרובות למימן.בתרחיש ZERO-NH, עלות ההשקעה המצטברת להשגת ניטרליות פחמן עד 2060 תהיה 20.63 טריליון דולר, או 1.58% מהתוצר המקומי הגולמי המצרפי (תמ"ג) לשנים 2020-2060.ההשקעה הנוספת הממוצעת על בסיס שנתי תהיה בסביבות 516 מיליארד דולר בשנה.תוצאה זו עולה בקנה אחד עם תוכנית ההפחתה של סין ב-15 טריליון דולר עד 2050, השקעה חדשה שנתית ממוצעת של 500 מיליארד דולר (ר' 22).עם זאת, הכנסת אפשרויות מימן נקיות למערכת האנרגיה ולחומרי הזנה התעשייתיים של סין בתרחיש ZERO-H מביאה להשקעה מצטברת נמוכה משמעותית של 18.91 טריליון דולר עד 2060 והשנתית השנתית.ההשקעה תופחת לפחות מ-1% מהתמ"ג ב-2060 (איור.4).לגבי מגזרי HTA, עלות ההשקעה השנתית בהםהמגזרים יהיו בסביבות 392 מיליארד דולר בשנה ב-ZERO-NHתרחיש, העולה בקנה אחד עם תחזית האנרגיהועדת מעבר (400 מיליארד דולר) (ר' 23).עם זאת, אם נקי
מימן משולב במערכת האנרגיה ובחומרי הזנה הכימיים, תרחיש ZERO-H מצביע על כך שעלות ההשקעה השנתית במגזרי HTA יכולה להיות מופחתת ל-359 מיליארד דולר, בעיקר על ידי הפחתת התלות ב-CCUS או NETs יקרים.התוצאות שלנו מצביעות על כך שהשימוש במימן נקי יכול לחסוך 1.72 טריליון דולר בעלות ההשקעה ולמנוע הפסד של 0.13% בתוצר המצרפי (2020–2060) בהשוואה למסלול ללא מימן עד 2060.
איור 3 |חדירת טכנולוגיה במגזרי HTA טיפוסיים.תוצאות תחת תרחישי BAU, NDC, ZERO-NH ו-ZERO-H (2020–2060).בכל שנת אבן דרך, חדירת הטכנולוגיה הספציפית במגזרים שונים מוצגת על ידי הפסים הצבעוניים, כאשר כל פס הוא אחוז חדירה של עד 100% (עבור סריג מוצל לחלוטין).הטכנולוגיות מסווגות עוד יותר לפי סוגים שונים (מוצגים באגדות).CNG, גז טבעי דחוס;גפ"מ, גז נפט נוזלי;LNG, גז טבעי נוזלי;w/wo, עם או בלי;EAF, תנור קשת חשמלי;NSP, תהליך יבש של מחמם מראש ההשעיה החדש;WHR, שחזור חום פסולת.
זמן פרסום: 13-3-2023
