En av världens största klimatutmaningar är koldioxidutsläpp av fossil energianvändning som inte direkt kan elektrifieras med förnybar kraft. Bland de så kallade "svår-att-abate"-sektorerna (HTA) finns stora industrier som är beroende av fossila bränslen, antingen för högtemperaturenergi eller för kemiska råvaror. Dessa inkluderar järn och stål, cement, kemikalier och byggmaterial, som tillsammans ansvarar för cirka 30 % av världens årliga CO₂ utsläpp.

En annan HTA-sektor är tunga transporter som lastbilstransporter och sjöfart, som är svårare att elektrifiera än passagerartransporter eftersom det skulle kräva enorma batterier som ökar fordonets vikt och tar lång tid att ladda.

När länder undersöker vägar mot koldioxidutsläpp, följer relativt rika länder som USA och stora delar av Europa strategier inriktade på förnybar elproduktion och elfordon. Kina står inför betydligt olika utmaningar på grund av en distinkt profil för koldioxidutsläpp som är ett resultat av de mycket större roller som HTA tunga industrier spelar i dess ekonomi.

Ny forskning publicerad i Nature Energy undersöker hur Kina – den i särklass största producenten av järn, stål, cement och byggmaterial – potentiellt kan använda rent väte ("grönt" och "blått" väte) för att avkarbonatisera HTA-sektorer och hjälpa till att uppnå sina löften om avkolning 2030 och 2060 . Grönt väte tillverkas genom att dela vattenmolekyler – H₂ O—använder förnybar el, medan blåväte produceras på konventionellt sätt, från fossila bränslen, men i kombination med kolavskiljning och lagring.

Det nya dokumentet från Harvard-China Project on Energy, Economy and Environment, ett samarbetsforskningsprogram mellan USA och Kina baserat vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, är den första studien hittills som använder en integrerad modelleringsmetod att utvärdera den potentiella användningen av rent väte i hela Kinas energisystem och ekonomi, för att nå dess mål för 2060 netto-noll.

"Att fylla denna forskningslucka kommer att hjälpa till att rita en tydligare färdplan för Kinas CO₂ utsläppsminskningar," förklarar huvudförfattaren till tidningen Xi Yang, en forskare vid Harvard-China Project. "Vårt mål med den här studien var att föreställa oss en roll för rent väte i Kinas energiekonomi, som sedan kan utgöra en referens för andra utvecklingsprojekt. ekonomier med stora tunga industri- och transportsektorer."

Studien utvärderade tre frågor:Vilka är de viktigaste utmaningarna med att minska koldioxidutsläppen i HTA-sektorer? Vilka är de framtida rollerna för rent väte som både energibärare och råvara i HTA-sektorer? Och skulle en utbredd tillämpning av rent väte i HTA-sektorer vara kostnadseffektiv jämfört med andra alternativ?

För att analysera kostnadseffektiviteten och rollen för rent väte i hela Kinas ekonomi – med tonvikt på de underforskade HTA-sektorerna – byggde teamet en modell av ett integrerat energisystem som inkluderar utbud och efterfrågan mellan sektorer. Resultaten visar att en utbredd tillämpning av rent väte i HTA-sektorer kan hjälpa Kina att uppnå koldioxidneutralitet kostnadseffektivt jämfört med ett scenario utan produktion och användning av rent väte. Rent väte kan spara 1,72 biljoner dollar i investeringskostnader och undvika en förlust på 0,13 % i den sammanlagda BNP (2020-2060) jämfört med en väg utan det.

Forskarna undersökte också vilken typ av rent väte - grönt eller blått - som skulle vara mest kostnadseffektivt. Deras studie visar att den genomsnittliga kostnaden för Kinas gröna väte kan sänkas till 2 USD/kg väte till 2037 och 1,2 USD/kg till 2050, då det kommer att vara mycket mer kostnadseffektivt än blått väte (1,9 USD/kg).

"Kina har rika outnyttjade resurser av sol- och vindenergi, både på land och till havs", förklarar Chris P. Nielsen, medförfattare till tidningen och verkställande direktör för Harvard-China Project. "Dessa resurser ger Kina fördelar när det gäller att utveckla grönt väte för användning i dess industri- och transportsektorer."

Och även om avkarbonisering av sådana sektorer som är svåra att minska är avgörande för klimatåtgärder, kan det ha ytterligare fördelar. Nya marknader för grönt väte skulle också kunna hjälpa kraftsystemets övergång till förnybara källor. Nielsen förklarar att produktion av grönt väte skulle göra detta genom att tillhandahålla en jämförelsevis flexibel form av elbehov som inte behöver tillgodoses omedelbart, som de flesta ellaster. Istället kan det ofta schemaläggas, åtminstone inom korta tidsramar. En sådan efterfrågeflexibilitet är värdefull för nätförvaltare, och hjälper dem att tillgodose den inneboende variationen hos förnybara kraftkällor då de påverkas av förändrade meteorologiska förhållanden. + Utforska vidare

Grönt väte från utbyggd vindkraft i Kina:Minska kostnader för djup avkolning