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

A’ briseadh a’ bhotail a tha doirbh a lughdachadh ann an slighe Shìona gu neo-eisimeileachd gualain le hydrogen glan

Tha dùthchannan leithid Sìona mu choinneimh cnap-starra nan slighean gu neodrachd gualain: a’ lughdachadh sgaoilidhean ann an gnìomhachasan troma agus còmhdhail trom-dhleastanas.Chan eil ach glè bheag de sgrùdaidhean domhainn air an àite a tha san amharc airson hydrogen glan anns na roinnean ‘doirbh a lughdachadh’ (HTA).An seo bidh sinn a’ dèanamh mion-sgrùdadh modaladh fiùghantach aig a’ chosgais as ìsle.Tha toraidhean a’ sealltainn gum faod, an-toiseach, haidridean glan a bhith an dà chuid na phrìomh neach-giùlan lùtha agus na stòras beathachaidh a dh’ fhaodadh sgaoilidhean gualain bho ghnìomhachas trom a lughdachadh gu mòr.Faodaidh e cuideachd connadh suas ri 50% de chabhlach trucaidh is bhusaichean trom Shìona ro 2060 agus earrannan cudromach de luingearachd.San dàrna àite, dh’ fhaodadh suidheachadh fìor-ghlan de hydrogen a ruigeas 65.7 Mt de chinneasachadh ann an 2060 US $ 1.72 trillean de thasgadh ùr a sheachnadh an taca ri suidheachadh gun hydrogen.Tha an sgrùdadh seo a’ toirt seachad fianais mu luach haidridean glan ann an roinnean HTA airson Sìona agus dùthchannan aig a bheil dùbhlain co-chosmhail ann a bhith a’ lughdachadh sgaoilidhean gus amasan lom-neoni a choileanadh.

Is e misean èiginneach cruinneil a th’ ann a bhith a’ coileanadh neodalachd gualain, ach chan eil slighe ‘aon-mheud a fhreagras air na h-uile’ ann airson prìomh dhùthchannan a tha a’ sgaoileadh a-mach gus an amas seo a choileanadh1,2 .Tha a’ mhòr-chuid de dhùthchannan leasaichte, leithid na Stàitean Aonaichte agus an fheadhainn san Roinn Eòrpa, a’ leantainn ro-innleachdan sàbhalaidh decar le fòcas gu sònraichte air cabhlaichean mòra de charbadan aotrom (LDV), gineadh cumhachd dealain, saothrachadh agus togalaichean malairteach is còmhnaidheach, ceithir roinnean a tha còmhla a’ toirt cunntas air. mòr-chuid de na sgaoilidhean gualain aca3,4 .An coimeas ri sin, tha conomies agus structaran lùtha gu math eadar-dhealaichte aig prìomh luchd-sgaoilidh dùthchannan fo leasachadh, leithid Sìona, a dh’ fheumas prìomhachasan dì-charbonachadh eadar-dhealaichte chan ann a-mhàin a thaobh roinnean ach cuideachd ann an cleachdadh ro-innleachdail de theicneòlasan gun charbon a tha a’ tighinn am bàrr.

Is e prìomh eadar-dhealachaidhean ìomhaigh sgaoilidhean gualain Shìona an taca ri eaconamaidhean an iar earrannan sgaoilidhean mòran nas motha airson gnìomhachasan troma agus bloighean mòran nas lugha airson LDVn agus cleachdadh lùtha ann an togalaichean (Fig. 1).Tha Sìona sa chiad àite san t-saoghal, gu ìre mhòr, a thaobh cinneasachadh saimeant, iarann is stàilinn, ceimigean agus stuthan togail, ag ithe tòrr guail airson teas gnìomhachais agus cinneasachadh còc.Tha gnìomhachas trom a’ cur 31% de sgaoilidhean iomlan Shìona an-dràsta, cuibhreann a tha 8% nas àirde na cuibheasachd na cruinne (23%), 17% nas àirde na na Stàitean Aonaichte (14%) agus 13% nas àirde na cuibhreann an Aonaidh Eòrpaich. (18%) (ref.5).

Tha Sìona air gealltainn na sgaoilidhean gualain aca a ruighinn ro 2030 agus neo-phàirteachd gualain a choileanadh ro 2060. Fhuair na geallaidhean gnàth-shìde seo moladh farsaing ach thog iad cuideachd ceistean mun ion-dhèantachd6 , gu ìre air sgàth a’ phrìomh àite a tha aig ‘doirbh ri lasachadh’ (HTA). pròiseasan ann an eaconamaidh Shìona.Tha na pròiseasan sin gu sònraichte a’ toirt a-steach cleachdadh lùtha ann an gnìomhachas trom agus còmhdhail trom-dhleastanas a bhios duilich a dhealanachadh (agus mar sin gluasad gu dìreach gu cumhachd ath-nuadhachail) agus pròiseasan gnìomhachais a tha a-nis an urra ri connadh fosail airson stocan beathachaidh cheimigeach. 3 a' rannsachadh slighean dì-chàrnaidh a dh'ionnsaigh neodalachd gualain airson planadh siostam lùtha iomlan Shìona ach le mion-sgrùdaidhean cuingealaichte air roinnean HTA.Gu h-eadar-nàiseanta, tha fuasglaidhean lasachaidh a dh’fhaodadh a bhith ann airson roinnean HTA air tòiseachadh a’ tarraing aire anns na bliadhnachan mu dheireadh7–14.Tha dì-charbonachadh roinnean HTA dùbhlanach leis gu bheil iad duilich an dealanachadh gu h-iomlan agus/no gu h-èifeachdach a thaobh cosgais7,8.Dhaingnich Åhman gur e eisimeileachd air slighean am prìomh dhuilgheadas airson roinnean HTA agus gu bheil feum air lèirsinn agus dealbhadh fad-ùine airson teicneòlasan adhartach gus na roinnean HTA fhuasgladh, gu sònraichte gnìomhachasan troma, bho eisimeileachd fosail9.Tha sgrùdaidhean air stuthan ùra agus fuasglaidhean lasachaidh co-cheangailte ri glacadh gualain, cleachdadh agus/no stòradh (CCUS) agus teicneòlasan sgaoilidhean àicheil (NETs)10,11.Anns an t-Siathamh Aithisg Measaidh a chaidh fhoillseachadh o chionn ghoirid aig a’ Phannal Eadar-riaghaltais air Atharrachadh Clìomaid, chaidh cleachdadh hydrogen ‘le sgaoilidhean ìosal’ aithneachadh mar aon de na prìomh fhuasglaidhean lasachaidh airson ioma-roinnean a dh’ionnsaigh coileanadh sgaoilidhean lom-neoni san àm ri teachd12.

Tha an litreachas a th’ ann mu thràth air hydrogen glan gu mòr ag amas air roghainnean teicneòlas cinneasachaidh le mion-sgrùdaidhean air cosgaisean taobh solair15.(Tha hydrogen ‘glan’ anns a’ phàipear seo a’ toirt a-steach an dà chuid haidridean ‘uaine’ agus ‘gorm’, a’ chiad fhear air a dhèanamh le electrolysis uisge a’ cleachdadh cumhachd ath-nuadhachaidh, am fear mu dheireadh a’ tighinn bho chonnadh fosail ach air a dhì-charbonachadh le CCUS.) Tha deasbad air iarrtas hydrogen gu mòr ag amas air roinn còmhdhail ann an dùthchannan leasaichte - carbadan cealla connaidh hydrogen gu sònraichte16,17.Tha cuideaman airson dì-charbonachadh ghnìomhachasan trom air a dhol sìos an coimeas ris an fheadhainn airson còmhdhail rathaid, a’ nochdadh barailean gnàthach gum bi gnìomhachas trom
gu sònraichte duilich a chuir dheth gus an nochd innleachdan teicneòlais ùra.Tha sgrùdaidhean air hydrogen glan (gu sònraichte uaine) air sealltainn gu bheil e aibidh teicneòlasach agus cosgaisean a’ crìonadh17, ach tha feum air tuilleadh sgrùdaidhean a chuireas fòcas air meud mhargaidhean a dh’fhaodadh a bhith ann agus riatanasan teicneòlach ghnìomhachasan gus brath a ghabhail air fàs san t-solar haidridean glan16.Bidh tuigse air a’ chomas a th’ aig haidridean glan gus neo-phàirteachd gualain a thoirt air adhart gu ìre mhòr ma bhios mion-sgrùdaidhean air an cuingealachadh sa mhòr-chuid ri cosgaisean a chinneasachaidh, a chaitheamh anns na roinnean as fheàrr leotha a-mhàin agus mar a thèid a chleachdadh ann an eaconamaidhean leasaichte. gu ìre mhòr air roghainnean teicneòlas toraidh le mion-sgrùdaidhean air cosgaisean taobh solair15.(Tha hydrogen ‘glan’ anns a’ phàipear seo a’ toirt a-steach an dà chuid haidridean ‘uaine’ agus ‘gorm’, a’ chiad fhear air a dhèanamh le electrolysis uisge a’ cleachdadh cumhachd ath-nuadhachaidh, am fear mu dheireadh a’ tighinn bho chonnadh fosail ach air a dhì-charbonachadh le CCUS.) Tha deasbad air iarrtas hydrogen gu mòr ag amas air roinn còmhdhail ann an dùthchannan leasaichte - carbadan cealla connaidh hydrogen gu sònraichte16,17.Tha cuideaman airson dì-charbonachadh ghnìomhachasan trom air a dhol sìos an coimeas ris an fheadhainn airson còmhdhail rathaid, a’ nochdadh barailean gnàthach gum fuirich gnìomhachas trom gu sònraichte duilich a lughdachadh gus an nochd innleachdan teicneòlais ùra.Tha sgrùdaidhean air hydrogen glan (gu sònraichte uaine) air sealltainn gu bheil e aibidh teicneòlasach agus cosgaisean a’ crìonadh17, ach tha feum air tuilleadh sgrùdaidhean a chuireas fòcas air meud mhargaidhean a dh’fhaodadh a bhith ann agus riatanasan teicneòlach ghnìomhachasan gus brath a ghabhail air fàs san t-solar haidridean glan16.Bidh tuigse air a’ chomas a th’ aig haidridean glan gus neodalachd gualain na cruinne a thoirt air adhart gu ìre mhòr claon ma tha mion-sgrùdaidhean air an cuingealachadh sa mhòr-chuid ri cosgaisean cinneasachaidh, caitheamh anns na roinnean as fheàrr leotha a-mhàin agus mar a thèid a chleachdadh ann an eaconamaidhean leasaichte.

Tha luachadh chothroman airson hydrogen glan an urra ri ath-mheasadh a dhèanamh air na h-iarrtasan a tha san amharc mar stòras connaidh is ceimigeach eile air feadh an t-siostam lùtha agus an eaconamaidh gu lèir, a’ toirt a-steach beachdachadh air diofar shuidheachaidhean nàiseanta.Chan eil sgrùdadh cho coileanta ann gu ruige seo air àite hydrogen glan ann an àm ri teachd neoni neoni ann an Sìona.Cuidichidh lìonadh a’ bheàrn rannsachaidh seo le bhith a’ tarraing clàr-rathaid nas soilleire airson lughdachadh sgaoilidhean CO2 ann an Sìona, leigidh e le measadh ion-dhèantachd a gheallaidhean dì-charbonachaidh 2030 agus 2060 agus bheir e stiùireadh do eaconamaidhean eile a tha a’ fàs le roinnean mòra gnìomhachais trom.

Fig. 1 |Sgaoilidhean gualain de phrìomh dhùthchannan agus uidheamachd anailis airson hydrogen san t-siostam lùtha.a, sgaoilidhean gualain Shìona ann an 2019 an coimeas ris na Stàitean Aonaichte, an Roinn Eòrpa, Iapan agus na h-Innseachan, a rèir connadh.Ann an 2019, ghabh losgadh guail a’ chuibhreann as motha de sgaoilidhean gualain ann an Sìona (79.62%) agus na h-Innseachan (70.52%), agus chuir losgadh ola a’ mhòr-chuid ri sgaoilidhean gualain anns na Stàitean Aonaichte (41.98%) agus san Roinn Eòrpa (41.27%).b, sgaoilidhean gualain Shìona ann an 2019 an coimeas ris na Stàitean Aonaichte, an Roinn Eòrpa, Iapan agus na h-Innseachan, a rèir roinne.Tha sgaoilidhean air an taisbeanadh air an taobh chlì agus a’ chuibhreann air an làimh dheis ann an a agus b.Bha a’ chuibhreann de sgaoilidhean gualain bho ghnìomhachas ann an Sìona (28.10%) agus na h-Innseachan (24.75%) mòran nas àirde na cuibhreann nan Stàitean Aonaichte (9.26%) agus an Roinn Eòrpa (13.91%) ann an 2019. c, Slighe teignigeach le teicneòlasan hydrogen air an cur an sàs ann an na roinnean HTA.SMR, ath-leasachadh meatan-smùide;PEM electrolysis, polymer electrolyte membran electrolysis;Pròiseas PEC, pròiseas photoelectrochemical.

Tha an sgrùdadh seo ag amas air trì prìomh cheistean a fhreagairt.An toiseach, dè na prìomh dhùbhlain a th’ ann airson dì-charbonachadh roinnean HTA ann an dùthchannan fo leasachadh leithid Sìona, mar a tha eadar-dhealaichte bhon fheadhainn ann an dùthchannan leasaichte?A bheil teicneòlasan lasachaidh gnàthach ann an roinnean HTA (gu sònraichte gnìomhachas trom) èifeachdach gu leòr gus neodalachd gualain Shìona a choileanadh ro 2060?San dàrna h-àite, dè na dreuchdan a tha san amharc airson hydrogen glan mar gach cuid neach-giùlan lùtha agus stoc beathachaidh ann an roinnean HTA, gu sònraichte ann an Sìona agus dùthchannan fo leasachadh eile a tha dìreach air tòiseachadh a’ faighinn cothrom air cinneasachadh agus cleachdadh san amharc?Mu dheireadh, stèidhichte air optimization fiùghantach de sys lùth Shìona gu lèir

tem, am biodh cleachdadh farsaing de hydrogen glan ann an roinnean HTA èifeachdach a thaobh cosgais an coimeas ri roghainnean eile?

An seo bidh sinn a’ togail modail de shiostam lùtha amalaichte a’ gabhail a-steach an dà chuid solar is iarrtas thar roinnean gus mion-sgrùdadh a dhèanamh air èifeachdas cosgais agus dreuchdan haidridean glan ann an eaconamaidh Shìona gu lèir, le cuideam air na roinnean HTA nach eil air an rannsachadh gu leòr (Fig. 1c).

Ùine puist: Mar-03-2023