Премахване на трудното за премахване пречка по пътя на Китай към въглеродна неутралност с чист водород
Държави като Китай са изправени пред затруднение по пътя си към въглеродна неутралност: намаляване на емисиите в тежката промишленост и тежкотоварния транспорт.Има няколко задълбочени проучвания за бъдещата роля на чистия водород в тези „трудни за намаляване“ (HTA) сектори.Тук извършваме интегриран динамичен анализ на моделиране с най-малко разходи.Резултатите показват, че първо, чистият водород може да бъде както основен енергиен носител, така и суровина, която може значително да намали въглеродните емисии от тежката промишленост.Освен това може да захранва до 50% от тежкотоварните камиони и автобуси на Китай до 2060 г. и значителни дялове от корабоплаването.Второ, реалистичен сценарий за чист водород, който достига 65,7 Mt производство през 2060 г., може да избегне 1,72 трилиона щатски долара нови инвестиции в сравнение със сценарий без водород.Това проучване предоставя доказателства за стойността на чистия водород в секторите на ОЗТ за Китай и страни, изправени пред подобни предизвикателства при намаляване на емисиите за постигане на целите за нетно нула.

Постигането на въглеродна неутралност е спешна глобална мисия, но няма „универсален“ път за нациите с големи емисии да постигнат тази цел1,2.Повечето развити нации, като Съединените щати и тези в Европа, следват стратегии за декарбонизация, насочени особено към големи флотове от лекотоварни превозни средства (LDV), производство на електроенергия, производство и търговски и жилищни сгради, четири сектора, които заедно представляват голяма част от техните въглеродни емисии3,4.Големите развиващи се страни с емисии, като Китай, напротив, имат много различни икономики и енергийни структури, изискващи различни приоритети за декарбонизация не само в секторно отношение, но и при стратегическо внедряване на нововъзникващи технологии с нулеви въглеродни емисии.

Ключови отличия в профила на въглеродните емисии на Китай в сравнение с тези на западните икономики са много по-големи дялове на емисиите за тежката промишленост и много по-малки фракции за LDVs и потреблението на енергия в сгради (Фигура 1).Китай е на първо място в света, безспорно, по отношение на производството на цимент, желязо и стомана, химикали и строителни материали, консумирайки огромни количества въглища за промишлено отопление и производство на кокс.Тежката промишленост допринася с 31% от текущите общи емисии на Китай, дял, който е с 8% по-висок от средния за света (23%), 17% по-висок от този на Съединените щати (14%) и 13% по-висок от този на Европейския съюз (18%) (справка 5).

Китай се ангажира да достигне връх на своите въглеродни емисии преди 2030 г. и да постигне въглеродна неутралност преди 2060 г. Тези климатични ангажименти спечелиха широка похвала, но също така повдигнаха въпроси относно тяхната осъществимост6, отчасти поради основната роля на „трудните за намаляване“ (HTA) процеси в китайската икономика.Тези процеси включват по-специално използването на енергия в тежката промишленост и тежкотоварния транспорт, който ще бъде трудно да се електрифицира (и по този начин да премине директно към възобновяема енергия) и промишлени процеси, които сега зависят от изкопаеми горива за химически суровини. Има няколко скорошни проучвания1– 3 проучване на пътищата за декарбонизация към въглеродна неутралност за цялостното планиране на енергийната система на Китай, но с ограничени анализи на секторите на ОЗТ.В международен план потенциалните решения за смекчаване на ОЗТ секторите започнаха да привличат внимание през последните години7–14.Декарбонизацията на секторите на ОЗТ е предизвикателство, тъй като е трудно да се електрифицират напълно и/или икономически ефективно7,8.Åhman подчерта, че зависимостта от пътя е ключовият проблем за секторите на ОЗТ и че са необходими визия и дългосрочно планиране за напреднали технологии, за да се „отключат” секторите на ОЗТ, особено тежките индустрии, от зависимостта от изкопаеми горива9.Проучванията са изследвали нови материали и решения за смекчаване, свързани с улавянето, използването и/или съхранението на въглероден диоксид (CCUS) и технологиите за отрицателни емисии (NETs)10,11. Поне едно проучване признава, че те също трябва да бъдат взети предвид при дългосрочно планиране11.В наскоро публикувания Шести доклад за оценка на Междуправителствения панел по изменение на климата използването на водород с „ниски емисии“ беше признато за едно от ключовите решения за смекчаване на последиците за множество сектори за постигане на бъдеще с нулеви нетни емисии12.

Съществуващата литература за чистия водород е съсредоточена до голяма степен върху опциите за производствена технология с анализи на разходите от страната на предлагането15.(„Чистият“ водород в тази статия включва както „зелен“, така и „син“ водород, първият произведен чрез водна електролиза с използване на възобновяема енергия, вторият произхожда от изкопаеми горива, но декарбонизиран с CCUS.) Обсъждането на търсенето на водород е фокусирано до голяма степен върху транспортния сектор в развитите страни — по-специално превозни средства с водородни горивни клетки16,17.Натискът за декарбонизация на тежката промишленост изостава в сравнение с този за автомобилния транспорт, отразявайки конвенционалните допускания, че тежката промишленост ще
остават особено трудни за намаляване, докато не се появят нови технологични иновации.Проучванията на чист (особено екологичен) водород демонстрират неговата технологична зрялост и намаляващи разходи17, но са необходими допълнителни проучвания, които да се съсредоточат върху размера на потенциалните пазари и технологичните изисквания на индустриите за използване на бъдещия растеж на доставките на чист водород16.Разбирането на потенциала на чистия водород за напредък в глобалната въглеродна неутралност ще бъде пристрастно, ако анализите са ограничени главно до разходите за неговото производство, потреблението му само от предпочитани сектори и приложението му в развитите икономики. Съществуващата литература за чистия водород е фокусирана до голяма степен върху опциите за производствена технология с анализи на разходите от страната на предлагането15.(„Чистият“ водород в тази статия включва както „зелен“, така и „син“ водород, първият произведен чрез водна електролиза с използване на възобновяема енергия, вторият произхожда от изкопаеми горива, но декарбонизиран с CCUS.) Обсъждането на търсенето на водород е фокусирано до голяма степен върху транспортния сектор в развитите страни — по-специално превозни средства с водородни горивни клетки16,17.Натискът за декарбонизация на тежката промишленост изостава в сравнение с този за автомобилния транспорт, отразявайки конвенционалните допускания, че тежката промишленост ще остане особено трудна за намаляване, докато не се появят нови технологични иновации.Проучванията на чист (особено екологичен) водород демонстрират неговата технологична зрялост и намаляващи разходи17, но са необходими допълнителни проучвания, които да се съсредоточат върху размера на потенциалните пазари и технологичните изисквания на индустриите за използване на бъдещия растеж на доставките на чист водород16.Разбирането на потенциала на чистия водород за постигане на глобална въглеродна неутралност ще бъде по същество предубедено, ако анализите се ограничат главно до разходите за неговото производство, потреблението му само от предпочитани сектори и приложението му в развитите икономики.

Оценяването на възможностите за чист водород зависи от преразглеждането на неговите бъдещи изисквания като алтернативно гориво и химическа суровина в цялата енергийна система и икономика, включително отчитане на различните национални обстоятелства.Към днешна дата няма такова цялостно проучване за ролята на чистия водород в бъдещето на Китай с нулева мрежа.Запълването на тази празнина в изследванията ще помогне да се начертае по-ясна пътна карта за намаляване на емисиите на CO2 в Китай, ще позволи оценка на осъществимостта на ангажиментите за декарбонизация през 2030 г. и 2060 г. и ще предостави насоки за други развиващи се икономики в растеж с големи сектори на тежката промишленост.

12

 

Фиг. 1 |Въглеродни емисии на ключови страни и аналитичен механизъм за водород в енергийната система.a, въглеродните емисии на Китай през 2019 г. в сравнение със Съединените щати, Европа, Япония и Индия, по гориво.През 2019 г. изгарянето на въглища заема най-голям дял от въглеродните емисии в Китай (79,62%) и Индия (70,52%), а изгарянето на петрол има най-голям принос за въглеродните емисии в Съединените щати (41,98%) и Европа (41,27%).b, въглеродните емисии на Китай през 2019 г. в сравнение със Съединените щати, Европа, Япония и Индия, по сектори.Емисиите се показват отляво, а съотношението отдясно в a и b.Делът на въглеродните емисии от индустрията в Китай (28,10%) и Индия (24,75%) е много по-висок от този на Съединените щати (9,26%) и Европа (13,91%) през 2019 г. c, Техническа пътека с водородни технологии, прилагани в секторите на ОЗТ.SMR, парно реформиране на метан;PEM електролиза, полимер електролитна мембранна електролиза;PEC процес, фотоелектрохимичен процес.
Това проучване се стреми да отговори на три ключови въпроса.Първо, какви са основните предизвикателства пред декарбонизацията на секторите на ОЗТ в развиващите се страни като Китай, за разлика от тези на развитите страни?Достатъчно ефективни ли са настоящите смекчаващи технологии в секторите на ОЗТ (особено тежката промишленост), за да се постигне въглеродна неутралност на Китай до 2060 г.?Второ, какви са бъдещите роли на чистия водород както като енергиен носител, така и като суровина в секторите на ОЗТ, особено в Китай и други развиващи се страни, които току-що са започнали да имат достъп до неговото бъдещо производство и употреба?И накрая, въз основа на динамична оптимизация на цялата енергийна система на Китай
Тема, широкото прилагане на чист водород в секторите на ОЗТ ще бъде ли рентабилно в сравнение с други опции?
Тук изграждаме модел на интегрирана енергийна система, включваща както предлагането, така и търсенето в различните сектори, за да анализираме бъдещата ефективност на разходите и ролите на чистия водород в цялата икономика на Китай, с акцент върху недостатъчно проучените сектори на ОЗТ (Фиг. 1в).
3

Време на публикуване: март-03-2023
Търсите ли повече информация за професионалните продукти и решения за захранване на DET Power?Разполагаме с експертен екип, готов да ви помогне винаги.Моля, попълнете формуляра и наш търговски представител ще се свърже с вас скоро.