分析の結果は、CCUS と NET を組み合わせたエネルギー効率の改善のみに依存することは、中国の HTA セクター、特に重工業の大幅な脱炭素化にとって費用対効果の高い方法であるとは考えにくいことを示しています。より具体的には、HTA セクターでのクリーン水素の広範な適用は、クリーン水素の生産と使用がないシナリオと比較して、中国がカーボン ニュートラルを費用効果的に達成するのに役立ちます。この結果は、中国の HTA 脱炭素化の道筋に強力な指針を提供し、同様の課題に直面している他の国々に貴重な参考資料を提供します。
クリーン水素によるHTA産業部門の脱炭素化
我々は、2060 年に中国のカーボン ニュートラルを達成するための緩和経路の統合された最小コスト最適化を実行します。表 1 では、4 つのモデリング シナリオが定義されています。水素を使用しないアプリケーション (ZERO-NH) によるゼロ エミッションと、クリーンな水素 (ZERO-H) によるネット ゼロ エミッション。この研究における HTA セクターには、セメント、鉄鋼、主要化学物質 (アンモニア、ソーダ、苛性ソーダを含む) の工業生産、およびトラック輸送や国内輸送を含む重量物輸送が含まれます。詳細については、「方法」セクションと補足ノート 1 ～ 5 を参照してください。鉄鋼部門に関しては、中国の既存の生産の支配的なシェア (89.6%) は、基本的な酸素高炉プロセスによるものであり、これを大幅に脱炭素化するための重要な課題です。
業界。電炉プロセスは、2019 年の中国の総生産量の 10.4% に過ぎず、世界平均のシェアより 17.5% 少なく、米国のそれより 59.3% 少ない18。モデルで60の主要な製鋼排出削減技術を分析し、それらを6つのカテゴリに分類しました（図2a）：材料効率の改善、先進技術の性能、電化、CCUS、グリーン水素、ブルー水素（補足表1）。ZERO-H のシステム コストの最適化を NDC および ZERO-NH シナリオと比較すると、クリーンな水素オプションを含めると、鉄の水素直接還元 (水素 DRI) プロセスの導入により、顕著な炭素削減が得られることが示されます。水素は、製鋼におけるエネルギー源としてだけでなく、高炉 - 基礎酸素炉 (BF-BOF) プロセスおよび水素 - DRI ルートで 100% の補助的な炭素削減還元剤としても機能することに注意してください。ZERO-H の下では、BF-BOF のシェアは 2060 年に 34% に減少し、電気アーク炉が 45%、水素 DRI が 21% になり、クリーンな水素がセクターの最終エネルギー需要全体の 29% を供給することになります。太陽光発電と風力発電のグリッド価格は2050 年には 38 ～ 40MWh−1 に下落19、グリーン水素のコスト
も減少し、100% 水素-DRI 経路は、これまで認識されていたよりも重要な役割を果たす可能性があります。セメント生産に関して、このモデルには、エネルギー効率、代替燃料、クリンカ対セメント比の低減、CCUS、グリーン水素、ブルー水素の 6 つのカテゴリに分類される生産プロセス全体で 47 の重要な緩和技術が含まれています (補足表 2 および 3)。図 2b)。結果は、改善されたエネルギー効率技術は、セメント部門の総 CO2 排出量の 8 ～ 10% しか削減できず、廃熱コージェネレーションおよび酸素燃料技術の緩和効果は限定的 (4 ～ 8%) であることを示しています。クリンカとセメントの比率を下げる技術は、主に高炉水砕スラグを使用したクリンカー製造用の脱炭素原材料を含め、比較的高い炭素削減 (50 ～ 70%) をもたらすことができますが、批評家は、得られたセメントがその本質的な品質を保持するかどうか疑問視しています。しかし、現在の結果は、水素と CCUS を併用することで、セメント部門が 2060 年にほぼゼロの CO2 排出量を達成できることを示しています。
ZERO-H シナリオでは、20 の水素ベースの技術 (47 の緩和技術のうち) がセメント生産に関与します。水素技術の平均炭素削減コストは、典型的な CCUS および燃料切り替えアプローチよりも低いことがわかりました (図 2b)。さらに、グリーン水素は 2030 年以降、詳細を後述するようにブルー水素よりも安くなると予想されており、約 0.7 米ドルから 1.6 米ドルの kg-1 H2 (参考文献 20) であり、セメント製造における産業用熱の提供において大幅な CO2 削減をもたらします。 .現在の結果は、中国の産業における加熱プロセスからの CO2 の 89 ～ 95% を削減できることを示しています (図 2b、技術
これは、Hydrogen Council の推定値 84 ～ 92% と一致しています (参考文献 21)。CO2 のクリンカー プロセス排出量は、ZERO-H と ZERO-NH の両方で CCUS によって削減する必要があります。また、モデルの説明に記載されているアンモニア、メタン、メタノール、およびその他の化学物質の生産における原料としての水素の使用をシミュレートします。ZERO-H シナリオでは、水素熱によるガスベースのアンモニア生産は、2060 年に総生産量の 20% のシェアを獲得します (図 3 および補足表 4)。このモデルには、石炭からメタノール (CTM)、コークスガスからメタノール (CGTM)、天然ガスからメタノール (NTM)、および水素熱による CGTM/NTM の 4 種類のメタノール製造技術が含まれています。ZERO-H シナリオでは、水素熱を利用した CGTM/NTM は 2060 年に 21% の生産シェアを達成できます (図 3)。化学物質は、水素の潜在的なエネルギー担体でもあります。私たちの統合分析に基づくと、2060 年までに、水素は化学産業における熱供給の最終エネルギー消費の 17% を占める可能性があります。バイオエネルギー (18%) と電気 (32%) とともに、水素は 
中国のHTA化学産業の脱炭素化（図4a）。
図2 |主要な緩和技術の炭素緩和の可能性と削減コスト。a、60の主要な製鋼排出削減技術の6つのカテゴリ。b、47 の主要なセメント排出削減技術の 6 つのカテゴリ。テクノロジーは番号順にリストされており、対応する定義は a の補足表 1 と b の補足表 2 に含まれています。各技術の技術準備レベル (TRL) は次のようにマークされています。TRL3、概念。TRL4、小さなプロトタイプ。TRL5、大型プロトタイプ。TRL6、大規模なフルプロトタイプ。TRL7、プレコマーシャルデモンストレーション;TRL8、デモンストレーション。TRL10、早期採用。TRL11、成熟。
クリーンな水素による HTA 輸送モードの脱炭素化 モデル化の結果に基づくと、時間はかかるものの、水素は中国の輸送部門を脱炭素化する大きな可能性を秘めています。LDV に加えて、モデルで分析された他の輸送モードには、フリート バス、トラック (軽量/小型/中型/重量)、国内輸送、鉄道が含まれ、中国のほとんどの輸送をカバーしています。LDV の場合、電気自動車は将来もコスト競争力を維持すると考えられます。ZERO-Hでは、水素燃料電池（HFC）のLDV市場への普及率は2060年には5%にとどまる（図3）。ただし、フリート バスの場合、HFC バスは 2045 年には代替の電気バスよりもコスト競争力が高く、ZERO-H シナリオでは 2060 年には全フリートの 61% を占め、残りは電気バスになります (図 3)。トラックに関しては、積載率によって結果が異なります。電気推進は、2035 年までに ZERO-NH の小型トラックの半分以上を駆動します。しかし、ZERO-H では、HFC 小型トラックは 2035 年までに電気小型トラックよりも競争力が高くなり、2060 年までに市場の 53% を占めるようになります。大型トラックに関しては、HFC 大型トラックはZERO-H シナリオでは 2060 年にディーゼル/バイオディーゼル/CNG (圧縮天然ガス) HDV (大型車両) は、2050 年以降、ZERO-NH シナリオと ZERO-H シナリオの両方で市場から撤退します (図 3)。HFC 車は、中国北部と西部で重要な寒冷地での性能が優れているという点で、電気自動車よりも有利です。このモデルは、道路輸送を超えて、ZERO-H シナリオの海運に水素技術が広く採用されていることを示しています。中国の国内海運は非常にエネルギー集約的であり、特に困難な脱炭素化の課題です。クリーンな水素、特に
アンモニアの原料であり、脱炭素輸送のオプションを提供します。ZERO-H シナリオでの最小コストのソリューションは、2060 年にアンモニア燃料船の普及率が 65%、水素燃料船の普及率が 12% になる (図 3)。このシナリオでは、水素は 2060 年に運輸部門全体の最終エネルギー消費の平均 56% を占めることになります。また、住宅の暖房での水素の使用をモデル化しましたが (補足ノート 6)、その採用はごくわずかであり、このホワイト ペーパーでは以下に焦点を当てます。 HTA 産業および大型輸送における水素の使用。クリーンな水素を使用したカーボンニュートラルのコスト削減 中国のカーボンニュートラルな未来は、一次エネルギー消費における石炭の段階的廃止とともに、再生可能エネルギーの優位性によって特徴付けられる (図 4)。非化石燃料は、ZERO-H の下で 2050 年には一次エネルギー ミックスの 88%、2060 年には 93% を構成します。風力と太陽光は、2060 年には一次エネルギー消費の半分を供給します。地域ごとの主要産業の生産能力の地域的不均一性を考慮すると（補足表7）、内モンゴル、福建、山東など、TFECの水素シェアが全国平均よりも高い10の省があります。広東省は、豊富な太陽光、陸上および洋上風力資源、および/または水素に対する複数の産業需要によって推進されています。ZERO-NH シナリオでは、2060 年までにカーボン ニュートラルを達成するための累積投資コストは 20.63 兆ドル、つまり 2020 ～ 2060 年の総国内総生産 (GDP) の 1.58% になります。年間ベースでの平均的な追加投資は、年間約 5,160 億米ドルになります。この結果は、中国の 2050 年までの 15 兆米ドルの緩和計画、つまり年間平均 5,000 億米ドルの新規投資と一致しています (ref. 22)。しかし、ZERO-Hシナリオで中国のエネルギーシステムと産業原料にクリーンな水素オプションを導入すると、2060年までの累計投資額は18兆9100億ドルと大幅に減少し、年間投資は 2060 年には GDP の 1% 未満にまで減少します (図 2)。4)。HTAセクターに関しては、それらの年間投資コストセクターは、ZERO-NH で年間約 3,920 億米ドルになります。エネルギーの予測と一致するシナリオ移行委員会 (4,000 億米ドル) (ref. 23)。ただし、きれいであれば
水素がエネルギー システムと化学原料に組み込まれている場合、ZERO-H シナリオは、主にコストのかかる CCUS または NET への依存を減らすことによって、HTA セクターの年間投資コストを 3,590 億米ドルに削減できることを示しています。私たちの結果は、クリーンな水素を使用すると、2060 年まで水素を使用しない経路と比較して、投資コストを 1 兆 7,200 億米ドル節約し、総 GDP (2020 ～ 2060 年) の 0.13% の損失を回避できることを示唆しています。
図3 |典型的な HTA セクターにおける技術の浸透。BAU、NDC、ZERO-NH、ZERO-H の各シナリオ (2020 ～ 2060 年) での結果。各マイルストーンの年に、さまざまな分野における特定の技術普及率が色付きのバーで示されます。各バーは、100% までの普及率です (完全に網掛けされた格子の場合)。テクノロジーは、さまざまなタイプによってさらに分類されます (凡例に示されています)。CNG、圧縮天然ガス。LPG、液体石油ガス;LNG、液化天然ガス。w/wo、ありまたはなし;EAF、電気アーク炉;NSP、新しい懸濁液予熱乾燥プロセス;WHR、廃熱回収。
投稿時間: 2023 年 3 月 13 日
