ผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานร่วมกับ CCUS และ NETs เพียงอย่างเดียวไม่น่าจะเป็นเส้นทางที่คุ้มค่าสำหรับการลดคาร์บอนในระดับลึกของภาค HTA ของจีน โดยเฉพาะอุตสาหกรรมหนักโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้ไฮโดรเจนสะอาดอย่างแพร่หลายในภาคส่วน HTA สามารถช่วยให้จีนบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอนอย่างคุ้มค่าเมื่อเทียบกับสถานการณ์ที่ไม่มีการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนสะอาดผลลัพธ์ที่ได้เป็นแนวทางที่ชัดเจนสำหรับเส้นทางการลดคาร์บอน HTA ของจีน และเป็นข้อมูลอ้างอิงอันมีค่าสำหรับประเทศอื่นๆ ที่เผชิญกับความท้าทายที่คล้ายคลึงกัน
การลดคาร์บอนในภาคอุตสาหกรรม HTA ด้วยไฮโดรเจนที่สะอาด
เราดำเนินการเพิ่มประสิทธิภาพแบบบูรณาการโดยใช้ต้นทุนน้อยที่สุดของเส้นทางการลดผลกระทบสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอนสำหรับประเทศจีนในปี 2060 สถานการณ์จำลอง 4 สถานการณ์กำหนดไว้ในตารางที่ 1: ธุรกิจตามปกติ (BAU) การมีส่วนร่วมที่กำหนดระดับประเทศของจีนภายใต้ข้อตกลงปารีส (NDC) สุทธิ- การปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ด้วยการใช้งานแบบไม่ใช้ไฮโดรเจน (ZERO-NH) และการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์ด้วยไฮโดรเจนสะอาด (ZERO-H)ภาคส่วน HTA ในการศึกษานี้รวมถึงการผลิตภาคอุตสาหกรรมของซีเมนต์ เหล็กและเหล็กกล้า และสารเคมีหลัก (รวมถึงแอมโมเนีย โซดา และโซดาไฟ) และการขนส่งที่มีน้ำหนักมาก ซึ่งรวมถึงการขนส่งทางรถบรรทุกและการขนส่งภายในประเทศรายละเอียดทั้งหมดมีอยู่ในส่วนวิธีการและหมายเหตุเพิ่มเติม 1–5สำหรับภาคส่วนเหล็กและเหล็กกล้า ส่วนแบ่งการผลิตที่โดดเด่นในจีน (89.6%) มาจากกระบวนการเตาหลอมออกซิเจนขั้นพื้นฐาน ซึ่งเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการลดคาร์บอนในระดับลึกของภาคส่วนนี้
อุตสาหกรรม.กระบวนการเตาอาร์คไฟฟ้าคิดเป็นสัดส่วนเพียง 10.4% ของการผลิตทั้งหมดในประเทศจีนในปี 2019 ซึ่งน้อยกว่าส่วนแบ่งเฉลี่ยของโลก 17.5% และน้อยกว่าการผลิตในสหรัฐอเมริกา 59.3%18เราวิเคราะห์เทคโนโลยีลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ 60 รายการในแบบจำลองและจำแนกออกเป็น 6 ประเภท (รูปที่ 2a): การปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุ ประสิทธิภาพของเทคโนโลยีขั้นสูง การใช้พลังงานไฟฟ้า CCUS ไฮโดรเจนสีเขียว และไฮโดรเจนสีน้ำเงิน (ตารางเสริม 1)การเปรียบเทียบการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนระบบของ ZERO-H กับสถานการณ์ NDC และ ZERO-NH แสดงให้เห็นว่าการรวมตัวเลือกไฮโดรเจนที่สะอาดจะทำให้เกิดการลดคาร์บอนที่น่าทึ่ง เนื่องจากการแนะนำกระบวนการลดไฮโดรเจนโดยตรงของธาตุเหล็ก (ไฮโดรเจน-DRI)โปรดทราบว่าไฮโดรเจนสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานในการผลิตเหล็กกล้าได้เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นตัวรีดิวซ์คาร์บอนได้บนพื้นฐานเสริมในกระบวนการ Blast Furnance-Basic Oxygen Furnance (BF-BOF) และ 100% ในเส้นทางไฮโดรเจน-DRIภายใต้ ZERO-H ส่วนแบ่งของ BF-BOF จะลดลงเหลือ 34% ในปี 2060 โดยมีเตาอาร์คไฟฟ้า 45% และไฮโดรเจน-DRI 21% และไฮโดรเจนสะอาดจะจัดหา 29% ของความต้องการพลังงานขั้นสุดท้ายทั้งหมดในภาคส่วนนี้ด้วยราคากริดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมที่คาดว่าจะลดลงเหลือ US$38–40MWh−1 ในปี 205019 ซึ่งเป็นต้นทุนของไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ก็จะลดลงเช่นกัน และเส้นทาง 100% ไฮโดรเจน-DRI อาจมีบทบาทสำคัญมากกว่าที่เคยรับรู้เกี่ยวกับการผลิตซีเมนต์ แบบจำลองประกอบด้วยเทคโนโลยีลดผลกระทบที่สำคัญ 47 รายการในกระบวนการผลิตที่จำแนกเป็นหกประเภท (ตารางที่ 2 และ 3 เพิ่มเติม): ประสิทธิภาพพลังงาน เชื้อเพลิงทางเลือก การลดอัตราส่วนปูนเม็ดต่อซีเมนต์ CCUS ไฮโดรเจนสีเขียว และไฮโดรเจนสีน้ำเงิน ( รูปที่ 2b)ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ได้รับการปรับปรุงสามารถลดการปล่อย CO2 ได้เพียง 8–10% ของทั้งหมดในภาคซีเมนต์ ส่วนเทคโนโลยีความร้อนร่วมและเชื้อเพลิงออกซีจากความร้อนเหลือทิ้งจะมีผลในการบรรเทาจำกัด (4–8%)เทคโนโลยีที่ลดอัตราส่วนปูนเม็ดต่อซีเมนต์สามารถช่วยลดคาร์บอนได้ค่อนข้างสูง (50–70%) ส่วนใหญ่รวมถึงวัตถุดิบที่ลดคาร์บอนสำหรับการผลิตปูนเม็ดโดยใช้ตะกรันเตาหลอมแบบเม็ด แม้ว่านักวิจารณ์จะตั้งคำถามว่าซีเมนต์ที่ได้จะคงคุณสมบัติที่จำเป็นไว้หรือไม่แต่ผลลัพธ์ในปัจจุบันบ่งชี้ว่าการใช้ไฮโดรเจนร่วมกับ CCUS สามารถช่วยให้ภาคส่วนซีเมนต์บรรลุการปล่อย CO2 ใกล้ศูนย์ในปี 2060
ในสถานการณ์สมมติ ZERO-H เทคโนโลยีไฮโดรเจน 20 รายการ (จากเทคโนโลยีการลดผลกระทบ 47 รายการ) เข้ามามีบทบาทในการผลิตซีเมนต์เราพบว่าต้นทุนการลดคาร์บอนโดยเฉลี่ยของเทคโนโลยีไฮโดรเจนนั้นต่ำกว่า CCUS ทั่วไปและวิธีการเปลี่ยนเชื้อเพลิง (รูปที่ 2b)นอกจากนี้ ไฮโดรเจนสีเขียวคาดว่าจะมีราคาถูกกว่าไฮโดรเจนสีน้ำเงินหลังจากปี 2030 ตามที่อธิบายในรายละเอียดด้านล่าง โดยอยู่ที่ประมาณ US$0.7–US$1.6 kg−1 H2 (อ้างอิงที่ 20) ทำให้ CO2 ลดลงอย่างมากในการให้ความร้อนในอุตสาหกรรมในการผลิตซีเมนต์ .ผลลัพธ์ปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าสามารถลด CO2 ได้ 89–95% จากกระบวนการให้ความร้อนในอุตสาหกรรมของจีน (รูปที่ 2b, เทคโนโลยี
28–47) ซึ่งสอดคล้องกับการประมาณการของ Hydrogen Council ที่ 84–92% (อ้างอิง 21)การปล่อย CO2 ของกระบวนการปูนเม็ดต้องลดลงโดย CCUS ทั้งใน ZERO-H และ ZERO-NHเรายังจำลองการใช้ไฮโดรเจนเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตแอมโมเนีย มีเทน เมทานอล และสารเคมีอื่นๆ ที่ระบุไว้ในคำอธิบายแบบจำลองในสถานการณ์สมมติ ZERO-H การผลิตแอมโมเนียจากแก๊สด้วยความร้อนจากไฮโดรเจนจะได้รับส่วนแบ่ง 20% ของการผลิตทั้งหมดในปี 2060 (รูปที่ 3 และตารางเสริม 4)แบบจำลองประกอบด้วยเทคโนโลยีการผลิตเมทานอล 4 ชนิด ได้แก่ ถ่านหินเป็นเมทานอล (CTM) ก๊าซโค้กเป็นเมทานอล (CGTM) ก๊าซธรรมชาติเป็นเมทานอล (NTM) และ CGTM/NTM ด้วยความร้อนจากไฮโดรเจนในสถานการณ์ ZERO-H CGTM/NTM ที่มีความร้อนจากไฮโดรเจนสามารถบรรลุส่วนแบ่งการผลิต 21% ในปี 2060 (รูปที่ 3)สารเคมียังเป็นพาหะพลังงานที่เป็นไปได้ของไฮโดรเจนบนพื้นฐานของการวิเคราะห์แบบบูรณาการของเรา ไฮโดรเจนสามารถประกอบด้วย 17% ของการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายสำหรับการจัดหาความร้อนในอุตสาหกรรมเคมีภายในปี 2060 นอกจากพลังงานชีวภาพ (18%) และไฟฟ้า (32%) แล้ว ไฮโดรเจนยังมีบทบาทสำคัญใน 
การลดคาร์บอนของอุตสาหกรรมเคมี HTA ของจีน (รูปที่ 4a)
รูปที่ 2 |ศักยภาพในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนและการลดค่าใช้จ่ายของเทคโนโลยีการลดผลกระทบที่สำคัญa, หกประเภทจาก 60 เทคโนโลยีการลดการปล่อยมลพิษที่สำคัญของการผลิตเหล็กb, หกประเภทจาก 47 เทคโนโลยีการลดการปล่อยซีเมนต์ที่สำคัญเทคโนโลยีแสดงรายการตามหมายเลข โดยมีคำจำกัดความที่เกี่ยวข้องซึ่งรวมอยู่ในตารางเสริม 1 สำหรับ a และตารางเสริม 2 สำหรับ bระดับความพร้อมของเทคโนโลยี (TRLs) ของแต่ละเทคโนโลยีมีการระบุไว้: TRL3, แนวคิด;TRL4 ต้นแบบขนาดเล็กTRL5 ต้นแบบขนาดใหญ่TRL6 ต้นแบบเต็มรูปแบบในระดับ;TRL7 การสาธิตก่อนการค้าTRL8, การสาธิต;TRL10 การรับบุตรบุญธรรมก่อนกำหนด;TRL11 โตเต็มที่
การลดคาร์บอนโหมดการขนส่ง HTA ด้วยไฮโดรเจนสะอาด จากผลการสร้างแบบจำลอง ไฮโดรเจนยังมีศักยภาพสูงในการแยกคาร์บอนในภาคการขนส่งของจีน แม้ว่าจะต้องใช้เวลานอกจาก LDV แล้ว โหมดการขนส่งอื่นๆ ที่วิเคราะห์ในแบบจำลองนี้ ได้แก่ รถโดยสารประจำทาง รถบรรทุก (เบา/เล็ก/กลาง/หนัก) การขนส่งภายในประเทศ และทางรถไฟ ซึ่งครอบคลุมการขนส่งส่วนใหญ่ในจีนสำหรับรถ LDV รถยนต์ไฟฟ้าดูเหมือนจะยังคงแข่งขันด้านต้นทุนได้ในอนาคตใน ZERO-H การเจาะเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน (HFC) ของตลาด LDV จะสูงถึง 5% ในปี 2060 (รูปที่ 3)อย่างไรก็ตาม สำหรับรถโดยสารฟลีตบัส รถเมล์ HFC จะมีราคาแข่งขันได้มากกว่าทางเลือกพลังงานไฟฟ้าในปี 2045 และคิดเป็น 61% ของฟลีตทั้งหมดในปี 2060 ในสถานการณ์ ZERO-H โดยส่วนที่เหลือเป็นไฟฟ้า (รูปที่ 3)สำหรับรถบรรทุก ผลลัพธ์จะแตกต่างกันไปตามอัตราการบรรทุกการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะขับเคลื่อนมากกว่าครึ่งหนึ่งของกองรถบรรทุกขนาดเล็กทั้งหมดภายในปี 2578 ใน ZERO-NHแต่ใน ZERO-H รถบรรทุกงานเบา HFC จะสามารถแข่งขันได้มากกว่ารถบรรทุกงานเบาที่ใช้ไฟฟ้าภายในปี 2578 และคิดเป็น 53% ของตลาดภายในปี 2560 สำหรับรถบรรทุกงานหนัก รถบรรทุกงานหนัก HFC จะสูงถึง 66% ของ ตลาดในปี 2060 ในสถานการณ์ ZERO-Hดีเซล/ไบโอดีเซล/CNG (ก๊าซธรรมชาติอัด) HDVs (รถใช้งานหนัก) จะออกจากตลาดหลังปี 2050 ทั้งในสถานการณ์ ZERO-NH และ ZERO-H (รูปที่ 3)รถยนต์ HFC มีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมเหนือรถยนต์ไฟฟ้าในด้านประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในสภาพอากาศหนาวเย็น ซึ่งมีความสำคัญในภาคเหนือและภาคตะวันตกของจีนนอกเหนือจากการขนส่งทางถนน โมเดลนี้ยังแสดงให้เห็นการนำเทคโนโลยีไฮโดรเจนมาใช้อย่างแพร่หลายในการขนส่งในสถานการณ์ ZERO-Hการขนส่งภายในประเทศของจีนนั้นใช้พลังงานอย่างมากและเป็นความท้าทายในการลดคาร์บอนที่ยากเป็นพิเศษทำความสะอาดไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็น
วัตถุดิบตั้งต้นสำหรับแอมโมเนีย เป็นทางเลือกสำหรับการลดคาร์บอนในการขนส่งโซลูชันที่มีต้นทุนน้อยที่สุดในสถานการณ์จำลอง ZERO-H ส่งผลให้เรือที่ใช้เชื้อเพลิงแอมโมเนียเจาะเข้าไปถึง 65% และเรือที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน 12% ในปี 2060 (รูปที่ 3)ในสถานการณ์สมมตินี้ ไฮโดรเจนจะมีสัดส่วนเฉลี่ย 56% ของการใช้พลังงานขั้นสุดท้ายของภาคการขนส่งทั้งหมดในปี 2060 นอกจากนี้ เรายังจำลองการใช้ไฮโดรเจนในการให้ความร้อนในที่อยู่อาศัย (หมายเหตุเพิ่มเติม 6) แต่การนำไปใช้นั้นถือว่าเล็กน้อย และบทความนี้มุ่งเน้นไปที่ การใช้ไฮโดรเจนในอุตสาหกรรม HTA และการขนส่งที่มีน้ำหนักมากการประหยัดต้นทุนของความเป็นกลางทางคาร์บอนโดยใช้ไฮโดรเจนที่สะอาด อนาคตที่เป็นกลางทางคาร์บอนของจีนจะโดดเด่นด้วยการครอบงำของพลังงานทดแทน ด้วยการเลิกใช้ถ่านหินในการใช้พลังงานหลัก (รูปที่ 4)เชื้อเพลิงที่ไม่ใช่ฟอสซิลประกอบด้วย 88% ของพลังงานหลักผสมในปี 2050 และ 93% ในปี 2060 ภายใต้ ZERO-H พลังงานลมและแสงอาทิตย์จะจัดหาครึ่งหนึ่งของการใช้พลังงานหลักในปี 2060 โดยเฉลี่ยในระดับประเทศ ส่วนแบ่งไฮโดรเจนสะอาดของพลังงานขั้นสุดท้ายทั้งหมด ปริมาณการใช้ (TFEC) อาจสูงถึง 13% ในปี 2560 เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างของกำลังการผลิตในอุตสาหกรรมหลักตามภูมิภาค (ตารางที่ 7 เพิ่มเติม) มีสิบจังหวัดที่มีส่วนแบ่งไฮโดรเจนของ TFEC สูงกว่าค่าเฉลี่ยของประเทศ ได้แก่ มองโกเลียใน ฝูเจี้ยน ซานตง และมณฑลกวางตุ้ง ซึ่งได้รับแรงหนุนจากพลังงานแสงอาทิตย์และทรัพยากรลมทั้งบนบกและนอกชายฝั่งที่อุดมสมบูรณ์ และ/หรือความต้องการไฮโดรเจนในภาคอุตสาหกรรมหลายประเภทในสถานการณ์สมมติ ZERO-NH ต้นทุนสะสมในการลงทุนเพื่อให้บรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอนจนถึงปี 2060 จะเท่ากับ 20.63 ล้านล้านดอลลาร์ หรือ 1.58% ของผลิตภัณฑ์มวลรวมภายในประเทศ (GDP) ในปี 2020–2060การลงทุนเพิ่มเติมโดยเฉลี่ยต่อปีจะอยู่ที่ประมาณ 516 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อปีผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับแผนการบรรเทาผลกระทบของจีนที่มีมูลค่า 15 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐจนถึงปี 2593 ซึ่งเป็นการลงทุนใหม่โดยเฉลี่ยต่อปีที่ 500 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (อ้างอิง 22)อย่างไรก็ตาม การแนะนำตัวเลือกไฮโดรเจนที่สะอาดในระบบพลังงานและวัตถุดิบตั้งต้นทางอุตสาหกรรมของจีนในสถานการณ์จำลอง ZERO-H ส่งผลให้การลงทุนสะสมลดลงอย่างมากที่ 18.91 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2560 และรายปีการลงทุนจะลดลงเหลือน้อยกว่า 1% ของ GDP ในปี 2560 (รูปที่4).เกี่ยวกับภาค HTA ค่าใช้จ่ายในการลงทุนรายปีภาคส่วนจะอยู่ที่ประมาณ 392 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อปีใน ZERO-NHซึ่งสอดคล้องกับการประมาณการของพลังงานTransition Commission (400 พันล้านเหรียญสหรัฐ) (อ้างอิง 23)แต่ถ้าสะอาด
ไฮโดรเจนรวมอยู่ในระบบพลังงานและวัตถุดิบตั้งต้นเคมี สถานการณ์จำลอง ZERO-H บ่งชี้ว่าต้นทุนการลงทุนรายปีในภาค HTA อาจลดลงเหลือ 3.59 แสนล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยส่วนใหญ่จะลดการพึ่งพา CCUS หรือ NET ที่มีราคาแพงผลลัพธ์ของเราชี้ให้เห็นว่าการใช้ไฮโดรเจนที่สะอาดสามารถประหยัดต้นทุนการลงทุนได้ 1.72 ล้านล้านเหรียญสหรัฐ และหลีกเลี่ยงการสูญเสีย 0.13% ใน GDP รวม (2020–2060) เมื่อเทียบกับวิถีทางที่ปราศจากไฮโดรเจนจนถึงปี 2060
รูปที่ 3 |การเจาะเทคโนโลยีในภาคส่วน HTA ทั่วไปผลลัพธ์ภายใต้สถานการณ์ BAU, NDC, ZERO-NH และ ZERO-H (2020–2060)ในแต่ละปีเหตุการณ์สำคัญ การแทรกซึมของเทคโนโลยีเฉพาะในภาคต่างๆ จะแสดงด้วยแถบสี โดยแต่ละแถบเป็นเปอร์เซ็นต์ของการแทรกซึมสูงถึง 100% (สำหรับโครงตาข่ายที่แรเงาทั้งหมด)เทคโนโลยีถูกจัดประเภทเพิ่มเติมตามประเภทต่างๆ (แสดงไว้ในตำนาน)CNG ก๊าซธรรมชาติอัดก๊าซหุงต้ม ก๊าซปิโตรเลียมเหลวLNG ก๊าซธรรมชาติเหลวw/wo มีหรือไม่มี;EAF เตาอาร์คไฟฟ้าNSP, กระบวนการกันสะเทือนแบบแห้งก่อนอุ่นใหม่;WHR การนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ใหม่
เวลาโพสต์: Mar-13-2023
