Een van 's werelds grootste klimaatuitdagingen is het koolstofarm maken van gebruik van fossiele energie dat niet rechtstreeks kan worden geëlektrificeerd met hernieuwbare energie. Onder de zogenaamde "hard-to-abate" (HTA) sectoren bevinden zich grote industrieën die afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen, hetzij voor energie op hoge temperatuur, hetzij voor chemische grondstoffen. Deze omvatten ijzer en staal, cement, chemicaliën en bouwmaterialen, samen verantwoordelijk voor ongeveer 30% van 's werelds jaarlijkse CO₂ uitstoot.

Een andere HTA-sector is zwaar transport zoals vrachtvervoer en scheepvaart, dat moeilijker te elektrificeren is dan personenvervoer omdat er enorme batterijen voor nodig zijn die het voertuig zwaarder maken en lang duren om op te laden.

Terwijl landen wegen naar decarbonisatie onderzoeken, volgen relatief rijke landen zoals de VS en een groot deel van Europa strategieën die gericht zijn op hernieuwbare energieopwekking en elektrische voertuigen. China staat voor aanzienlijk verschillende uitdagingen vanwege een onderscheidend koolstofemissieprofiel als gevolg van de veel grotere rol die HTA-zware industrieën in zijn economie spelen.

Nieuw onderzoek gepubliceerd in Nature Energy onderzoekt hoe China - verreweg de grootste producent van ijzer, staal, cement en bouwmaterialen - mogelijk schone waterstof ("groene" en "blauwe" waterstof) kan gebruiken om HTA-sectoren koolstofarm te maken en te helpen bij het verwezenlijken van zijn beloften voor decarbonisatie voor 2030 en 2060 . Groene waterstof wordt gemaakt door watermoleculen te splitsen:H₂ O—gebruikmakend van hernieuwbare elektriciteit, terwijl blauwe waterstof conventioneel wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen, maar gecombineerd met koolstofafvang en -opslag.

Het nieuwe artikel van het Harvard-China Project on Energy, Economy and Environment, een samenwerkingsprogramma tussen de VS en China, gebaseerd op de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, is de eerste studie tot nu toe die gebruikmaakt van een geïntegreerde modelleringsaanpak om het potentiële gebruik van schone waterstof in het energiesysteem en de economie van China te evalueren, om de doelstelling voor 2060 netto nul te halen.

"Het opvullen van deze onderzoekskloof zal helpen bij het opstellen van een duidelijkere routekaart voor China's CO₂ emissiereducties", legt hoofdauteur van het artikel Xi Yang, een onderzoeker bij het Harvard-China Project, uit. "Ons doel met deze studie was om een ​​rol te zien voor schone waterstof in de Chinese energie-economie, die vervolgens een referentie kan vormen voor andere ontwikkelingslanden economieën met grote zware industriële en transportsectoren."

De studie evalueerde drie vragen:Wat zijn de belangrijkste uitdagingen van het koolstofarm maken van HTA-sectoren? Wat zijn de toekomstige rollen voor schone waterstof als zowel energiedrager als grondstof in HTA-sectoren? En zou wijdverbreide toepassing van schone waterstof in HTA-sectoren kosteneffectief zijn in vergelijking met andere opties?

Om de kosteneffectiviteit en de rol van schone waterstof in de hele economie van China te analyseren - met de nadruk op de nog niet onderzochte HTA-sectoren - heeft het team een ​​model gebouwd van een geïntegreerd energiesysteem dat vraag en aanbod in alle sectoren omvat. De resultaten tonen aan dat een wijdverbreide toepassing van schone waterstof in HTA-sectoren China kan helpen om op een kosteneffectieve manier koolstofneutraliteit te bereiken in vergelijking met een scenario zonder de productie en het gebruik van schone waterstof. Schone waterstof kan $ 1,72 biljoen aan investeringskosten besparen en een verlies van 0,13% in het totale BBP (2020-2060) voorkomen in vergelijking met een route zonder waterstof.

De onderzoekers onderzochten ook het type schone waterstof - groen of blauw - dat het meest kosteneffectief zou zijn. Hun onderzoek geeft aan dat de gemiddelde kosten van Chinese groene waterstof kunnen worden teruggebracht tot $ 2/kg waterstof in 2037 en $ 1,2/kg in 2050, wanneer het veel kosteneffectiever zal zijn dan blauwe waterstof ($ 1,9/kg).

"China heeft rijke onaangeboorde bronnen van zonne- en windenergie, zowel onshore als offshore", legt Chris P. Nielsen, co-auteur van de paper en uitvoerend directeur van het Harvard-China Project, uit. "Deze middelen geven China voordelen bij de ontwikkeling van groene waterstof voor gebruik in de industriële en transportsectoren."

En hoewel het koolstofvrij maken van dergelijke moeilijk te verminderen sectoren van cruciaal belang is voor klimaatactie, kan het extra voordelen hebben. Nieuwe markten voor groene waterstof kunnen ook helpen bij de overgang van het elektriciteitssysteem naar hernieuwbare bronnen. Nielsen legt uit dat de productie van groene waterstof dit zou doen door een relatief flexibele vorm van elektriciteitsvraag te bieden waaraan niet onmiddellijk hoeft te worden voldaan, zoals de meeste elektriciteitsbelastingen. In plaats daarvan kan het vaak worden gepland, in ieder geval binnen korte tijdsbestekken. Een dergelijke vraagflexibiliteit is waardevol voor netbeheerders en helpt hen om tegemoet te komen aan de inherente variabiliteit van hernieuwbare energiebronnen, aangezien deze worden beïnvloed door veranderende meteorologische omstandigheden. + Verder verkennen

Groene waterstof uit uitgebreide windenergie in China:verlaging van de kosten van verregaande decarbonisatie