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

De schwéier-ze-abate Flaschenhals am China säi Wee fir Kuelestoffneutralitéit mat propperem Waasserstoff ze briechen

Länner wéi China sti virun engem Flaschenhals op hire Weeër fir Kuelestoffneutralitéit: Ofsenkung vun Emissiounen an der Schwéierindustrie a schwéierem Transport.Et gi wéineg am-Déift Studien vun der prospektiv Roll fir propper Wasserstoff an dësen "hard-to-abate" (HTA) Secteuren.Hei maache mir eng integréiert dynamesch mannst-Käschte Modelléierungsanalyse.D'Resultater weisen datt als éischt propper Waasserstoff souwuel e wichtegen Energiedréier wéi och e Fudderstoff ka sinn, deen d'Kuelestoffemissioune vun der Schwéierindustrie wesentlech reduzéiere kann.Et kann och bis zu 50% vun China's schwéier-Pflicht Camion a Bus Flotte vun 2060 Brennstoff a bedeitend Undeel vun Schëffer.Zweetens, e realistesche proppert Waasserstoff Szenario deen 65,7 Mt vun der Produktioun am Joer 2060 erreecht kéint US $ 1,72 Billioun vun neien Investitioune vermeiden am Verglach mat engem Szenario ouni Waasserstoff.Dës Etude liwwert Beweiser fir de Wäert vu propperem Waasserstoff an HTA Secteuren fir China a Länner mat ähnlechen Erausfuerderunge fir d'Emissiounen ze reduzéieren fir Net-Null Ziler z'erreechen.

Kuelestoffneutralitéit erhalen ass eng dréngend global Missioun, awer et gëtt kee "een-Gréisst-passt-all" Wee fir grouss emittéierend Natiounen fir dëst Zil z'erreechen1,2.Déi meescht entwéckelt Natiounen, wéi d'USA an déi an Europa, verfollegen d'Decar-Boniséierungsstrategien, déi besonnesch op grouss Liicht-Duty Vehi cle (LDV) Flotte fokusséiert sinn, elektresch Kraaftproduktioun, Fabrikatioun a kommerziell a Wunngebaier, véier Secteuren déi zesummen ausmaachen grouss Majoritéit vun hire Kuelestoff Emissiounen3,4.Grouss Entwécklungslänner Emittenten, wéi China, am Géigesaz, hu ganz verschidde Wirtschaften an Energiestrukturen, déi ënnerschiddlech Dekarbonisatiounsprioritéiten erfuerderen net nëmmen a sektorielle Begrëffer, awer och am strategeschen Asaz vun opkomende Null-Kuelestoff Technologien.

Schlëssel Ënnerscheeder vun China d'Kuelestoff Emissioun Profil Verglach mat deene vun westlech Wirtschaft si vill méi grouss Emissioun deelt fir schwéier Industrien a vill méi kleng Fraktiounen fir LDVs an Energie benotzen an Gebaier (Fig. 1).China rangéiert als éischt op der Welt, bei wäitem, wat d'Produktioun vun Zement, Eisen a Stol, Chemikalien a Baumaterial ugeet, enorm Quantitéiten u Kuel fir industriell Hëtzt a Kockproduktioun verbraucht.Heavy Industrie dréit 31% vun der aktueller Gesamtemissioune vu China bäi, en Undeel deen 8% méi héich ass wéi de Weltduerchschnëtt (23%), 17% méi wéi dee vun den USA (14%) an 13% méi héich wéi dee vun der Europäescher Unioun. (18%) (ref. 5).

China huet verpflicht seng Kuelestoffemissioune virum 2030 ze peaken a Kuelestoffneutralitéit virum 2060 z'erreechen. Dës Klimaverspriechen krute wäit verbreet Luef, awer hunn och Froen iwwer hir Machbarkeet opgeworf6, deelweis wéinst der grousser Roll vun 'hard-to-abate' (HTA) Prozesser an der China Wirtschaft.Dës Prozesser enthalen notamment d'Energieverbrauch an der Schwéierindustrie a schwéieren Transport, dee schwéier ze elektrifizéiere wäert (an domat direkt op erneierbar Energie ëmzegoen) an industriell Prozesser déi elo vu fossille Brennstoffer fir chemesch Fudder ofhängeg sinn. 3 Untersuchung vun Decar-Boniséierungsweeër a Richtung Kuelestoffneutralitéit fir d'Gesamtenergiesystemplanung vu China awer mat limitéierten Analysen vun HTA Secteuren.International, potenziell Mitigéierungsléisungen fir HTA Secteuren hunn ugefaang an de leschte Joeren opmierksam ze maachen7-14.D'Dekarboniséierung vun den HTA-Secteuren ass Erausfuerderung well se schwéier si voll ze elektrifizéieren an/oder effektiv kascht7,8.Den Åhman huet betount datt Wee Ofhängegkeet de Schlësselproblem fir HTA Secteuren ass an datt Visioun a laangfristeg Planung fir fortgeschratt Technologien gebraucht ginn fir d'HTA Secteuren, besonnesch Schwéierindustrie, vu fossille Ofhängegkeet ze 'spären'9.Studien hunn nei Materialien a Mitigéierungsléisungen am Zesummenhang mat der Kuelestofffangung, -Notzung an/oder Lagerung (CCUS) an negativ Emissiounstechnologien (NETs) exploréiert10,11.vun op d'mannst enger Etude unerkennen datt se och an der laangfristeg Planung11 berücksichtegt ginn.Am kierzlech verëffentlecht sechsten Bewäertungsbericht vum Intergouvernmental Panel on Climate Change, gouf d'Benotzung vu "niddereg Emissiounen" Waasserstoff als ee vun de Schlësselmitigatiounsléisungen fir verschidde Secteuren unerkannt fir eng Net-Null Emissiounen Zukunft z'erreechen12.

Déi existent Literatur iwwer propperem Waasserstoff konzentréiert sech haaptsächlech op Produktiounstechnologieoptiounen mat Analysen vun de Versuergungskäschte15.('Propper' Waasserstoff an dësem Pabeier enthält souwuel 'gréng' wéi och 'blo' Waasserstoff, dee fréiere produzéiert duerch Waasserelektrolyse mat erneierbarer Kraaft, déi lescht ass aus fossille Brennstoffer entstinn, awer mat CCUS decarboniséiert.) D'Diskussioun iwwer d'Waasserstoffbedarf konzentréiert sech haaptsächlech op den Transport Secteur an entwéckelt Länner-Waasserstoff Brennstoff Zell Gefierer besonnesch16,17.D'Drock fir d'Dekarboniséierung vu Schwéierindustrie sinn am Verglach zu deene fir Stroossentransport verstoppt, wat konventionell Viraussetzungen reflektéiert datt Schwéierindustrie wäert
bleiwen besonnesch schwéier ze reduzéieren bis nei technologesch Innovatiounen entstinn.Studien vu propperen (besonnesch gréngen) Waasserstoff hunn seng technologesch Reife bewisen an erofgaange Käschten17, awer weider Studien si gebraucht, déi sech op d'Gréisst vu potenzielle Mäert an technologesch Ufuerderunge vun den Industrien konzentréieren fir potenziell Wuesstum vun der propperer Waasserstoffversuergung auszenotzen16.D'Potenzial vu propperem Waasserstoff ze verstoen fir d'global Kuelestoffneutralitéit ze förderen wäert inherent partiell sinn, wann d'Analyse haaptsächlech op d'Käschte vu senger Produktioun limitéiert sinn, säi Konsum nëmme vu favoriséierte Secteuren a seng Uwendung an entwéckelt Wirtschaft. gréisstendeels op Produktiounstechnologieoptiounen mat Analysen vun der Versuergungskäschte15.('Propper' Waasserstoff an dësem Pabeier enthält souwuel 'gréng' wéi och 'blo' Waasserstoff, dee fréiere produzéiert duerch Waasserelektrolyse mat erneierbarer Kraaft, déi lescht ass aus fossille Brennstoffer entstinn, awer mat CCUS decarboniséiert.) D'Diskussioun iwwer d'Waasserstoffbedarf konzentréiert sech haaptsächlech op den Transport Secteur an entwéckelt Länner-Waasserstoff Brennstoff Zell Gefierer besonnesch16,17.Drock fir d'Dekarboniséierung vu Schwéierindustrie sinn am Verglach mat deene fir Stroossentransport verstoppt, wat konventionell Viraussetzungen reflektéiert datt Schwéierindustrie besonnesch schwéier bleift ze reduzéieren bis nei technologesch Innovatiounen entstinn.Studien vu propperen (besonnesch gréngen) Waasserstoff hunn seng technologesch Reife bewisen an erofgaange Käschten17, awer weider Studien si gebraucht, déi sech op d'Gréisst vu potenzielle Mäert an technologesch Ufuerderunge vun den Industrien konzentréieren fir potenziell Wuesstum vun der propperer Waasserstoffversuergung auszenotzen16.D'Potenzial vu propperem Waasserstoff ze verstoen fir d'global Kuelestoffneutralitéit ze förderen wäert inherent partiell sinn, wann Analysen haaptsächlech op d'Käschte vu senger Produktioun limitéiert sinn, säi Konsum nëmme vu favoriséierte Secteuren a seng Uwendung an entwéckelt Wirtschaft.

D'Evaluatioun vun de Méiglechkeete fir propper Waasserstoff hänkt dovun of, datt seng potenziell Ufuerderunge als alternativ Brennstoff a chemesche Fudder iwwer de ganzen Energiesystem an d'Wirtschaft berécksiichtegt ginn, inklusiv d'Berécksiichtegung vun ënnerschiddlechen nationalen Ëmstänn.Et gëtt keng esou ëmfaassend Studie bis elo iwwer d'Roll vu propperem Waasserstoff an der Net-Null Zukunft vu China.Dës Fuerschungslück ausfëllen hëlleft eng méi kloer Fahrplang fir d'CO2 Emissiounsreduktioun vu China ze zéien, d'Evaluatioun vun der Machbarkeet vu sengen 2030 an 2060 Dekarbonisatiounsverspriechen z'erméiglechen an Orientéierung fir aner wuessend Entwécklungswirtschaft mat grousse schwéierindustrielle Secteuren ze bidden.

Fig. 1 |Kuelestoffemissioune vu Schlëssellänner an analytesche Mechanismus fir Waasserstoff am Energiesystem.a, China d'Kuelestoff Emissiounen am Joer 2019 am Verglach mat den USA, Europa, Japan an Indien, duerch Brennstoff.Am Joer 2019 huet d'Kuelverbrennung de gréissten Undeel vun de Kuelestoffemissiounen a China (79,62%) an Indien (70,52%) geholl, an d'Uelegverbrennung huet am meeschte zu de Kuelestoffemissiounen an den USA bäigedroen (41,98%) an Europa (41,27%).b, China's Kuelestoffemissiounen am Joer 2019 am Verglach mat den USA, Europa, Japan an Indien, no Secteur.Emissioune ginn op der lénker Säit ugewisen an de Proportioun riets an a a b.Den Undeel vu Kuelestoffemissioune vun der Industrie a China (28,10%) an Indien (24,75%) war vill méi héich wéi dee vun den USA (9,26%) an Europa (13,91%) am Joer 2019. c, Technesch Wee mat Waasserstofftechnologien applizéiert an den HTA Secteuren.SMR, Damp Methan Reform;PEM Elektrolyse, Polymer Elektrolyt Membran Elektrolyse;PEC Prozess, photoelectrochemical Prozess.

Dës Etude versicht dräi Schlëssel Ufroen ze äntweren.Éischtens, wat sinn d'Schlëssel Erausfuerderunge fir d'Dekarboniséierung vun HTA Secteuren an Entwécklungslänner wéi China, wéi z'ënnerscheeden vun deenen vun entwéckelt Länner?Sinn déi aktuell Reduktiounstechnologien an HTA Secteuren (besonnesch Schwéierindustrie) effektiv genuch fir d'Kuelestoffneutralitéit vu China bis 2060 z'erreechen?Zweetens, wat sinn déi potenziell Rollen fir propperem Waasserstoff als Energiedréier a Fudder an HTA Secteuren, besonnesch a China an aner Entwécklungslänner, déi just ugefaang hunn Zougang zu senger potenzieller Produktioun a Gebrauch ze kréien?Endlech, baséiert op dynamesch Optimisatioun vun China d'ganz Energie sys

tem, géif verbreet Uwendung vun propper Wasserstoff an HTA Secteuren Käschten-effikass Verglach mat aner Optiounen?

Hei bauen mir e Modell vun engem integréiert Energie System souwuel Offer an Nofro iwwer Secteuren ze analyséieren déi mèi Käschte Efficacitéit an Rollen vun propper Wasserstoff an China d'ganz Wirtschaft, mat Schwéierpunkt op der ënner-researched HTA Secteuren (Figebam. 1c).

Post Zäit: Mar-03-2023