化工行业的净零之路

化工行业的净零之路欧盟绿色协议的成本和机遇 前言我们的欧洲化学工业是最早的行业之一站出来支持欧洲绿色协议和欧洲到 2050 年实现气候中和的雄心。知道了方向，我们现在需要把“什么”变成“怎么做”。更好地了解我们在未来几年需要做的事情是开发允许化学品生产的解决方案和途径的基础在欧洲实现气候中和、数字化和循环化，并实现化学战略的目标到 2050 年实现可持续发展。影响评估一直是关键制定合理政策的前提。在该领域气候和能源，其中大部分影响评估基于宏观经济模型。但是，关于欧盟气候法的协议现在强调了更加关注各个部门以及区域和地点的重要性——具体的解决方案，因为没有单一的灵丹妙药或一种适合所有人的尺寸。显然需要启动针对特定部门的气候对话，以更好地了解向过渡到的必要投资气候中性经济。因此，我们非常感谢埃森哲和 NexantECA 所做的工作。这种深入的研究可以帮助建立所需投资的图景以及资金缺口，化学产品的重要性未来可以扩展到碳中和和可再生应用，以及欧洲工业在全球范围内的成本竞争力。这些都是至关重要的考虑因素，因为我们的行业正在为其历史上最大的转型做准备。我们希望看到我们的欧洲化工行业通过向全球提供欧洲解决方案来引领全球转型挑战。我们相信我们可以建造一个混凝土共同迈向气候中和之路！Marco Mensink 总干事头孢克肟化工行业的净零之路：欧盟绿色新政的成本和机遇 2 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇3欧盟委员会于 2019 年宣布，欧盟绿色协议是一系列政策举措，旨在实现一个雄心勃勃的目标——在未来三年内建立一个气候中和的欧洲。 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇4具体来说，绿色协议呼吁减少温室到 2030 年减少 55%（与 1990 年相比），并最终在 2050 年实现“净零”温室气体排放——适用于每个行业甚至每个工厂的目标。1 虽然目标很简单，但它们需要彻底以及跨行业的复杂变化。绿色协议将对化工行业产生特别强大的影响。事实上，这将需要对一个已经发展了几个世纪的行业进行彻底改造，现在已经涵盖了 400 多家工厂 2 甚至超过300 万员工3 生产 100,000 多种产品。4对于化工行业，实现 2050 年净零排放目标提出了一个特别重大的挑战。一个分析埃森哲和 NexantECA 表明它将需要估计 1 万亿欧元的投资，扰乱了运营并带来了工厂网络、就业和社区的变化。这将需要新技术和流程——其中一些尚未开发。但化工行业处于得天独厚的优势地位来自欧盟 (EU) 的净零排放之旅。作为“行业中的行业”，它将能够提供新的产品来帮助其客户——欧洲和世界各地其他行业的品牌所有者和制造商——实现他们的净零承诺并满足终端消费者日益增长的偏好环保产品。随着客户向化学行业寻求越来越多的以净零为重点的创新，需求将会增长。简而言之，到 2050 年实现净零排放将带来一些真正的挑战。但它所需要的转型可能是值得的，因为它将为化工公司创造增长机会和竞争差异化。它还将使他们能够在解决欧洲乃至全球的温室气体排放和气候变化方面发挥关键作用。欧盟绿色协议将对化工行业产生特别强大的影响。事实上，这将需要对一个已经发展了几个世纪的行业进行改造。 温室气体减排差距该行业的温室气体排放主要来自从两个来源。一是意义重大打破和改造化学键所需的能量；该行业约 60% 的排放来自燃烧燃料以产生该过程中使用的蒸汽、热量和压力。另一个来源是二氧化碳（CO2)、氮氧化物 (NOx) 和化学反应本身产生的其他温室气体，约占工业温室气体排放量的 40%。 5在过去的三十年里，欧洲化学工业在减少年度温室气体排放方面取得了重大进展排放，减少 1.71 亿吨（图 1）。这部分归功于技术和流程的改进，以及由此导致的成本最高和污染最严重的资产的关闭。但减少也是由于该行业不断变化的生产足迹，产能减少和工厂关闭导致排放减少。同期，欧洲的氨产量下降了 12%，而全球产能增加了 159%。6 总体而言，欧盟在全球化学品总产量中的份额从 1993 年的 31.6% 下降到 2020.7 的 14.4%从本质上讲，温室气体排放量的减少来自于利用“唾手可得的果实”机会。实现未来几年的目标将更加困难。化工行业的净零之路：欧盟绿色新政的成本和机遇 5 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇6图 1：1990-2050 年欧盟化学工业温室气体减排量年吨二氧化碳当量3501990欧盟级别300250200为实现欧盟 2050 年净零排放目标，化工行业需要将温室气体排放量减少约根据欧洲环境署 (EEA) 的数据，比 2019 年的水平减少了 1.64 亿吨（图 1）。然而，EEA 报告仅包括受管制工厂的温室气体排放量。仔细观察表明，75% 的行业排放是由生产八种产品产生的——氨、乙烯、丙烯、硝酸、炭黑、己内酰胺、纯碱和氟化物。这些是在 236 家工厂生产的欧盟，包括一些不受管制的工厂（图 2）。考虑到工厂的总数，到 2050 年需要解决的温室气体减排总量将增加到每年 1.86 亿吨。2030欧盟目标 55%150100502050欧盟净零01990200020102019203020402050资料来源：欧洲经济区、埃森哲仔细观察表明，75%的工业排放产生通过生产八种产品——氨、乙烯、丙烯、硝酸、炭黑、己内酰胺、纯碱和氟化物。容量减少-51-171技术改进-120-13-164 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇7图 2：八种目标化工产品的资产能力氨乙烯丙烯苏打粉硝酸碳黑己内酰胺含氟化学品研究中的欧盟资产数量5448841438121010资产容量 欧盟平均 欧盟最大 全球平均 100 kt/年注：按工厂产能划分的资产数量可能包括本研究中未审查的流程，因为欧洲的利用率非常低。资料来源：NexantECA、埃森哲 合计费用为了确定欧盟绿色协议净零目标的成本，埃森哲和莱森特ECA 研究了欧洲化工厂用于这八种化学品的生产技术工艺路线。利用 NexantECA 数据库，研究确定实现这些化学品生产的 2050 年目标将需要 4000 亿至 6000 亿欧元的资本支出对于核心设备和设计，设施的建设和改造。过渡将需要另外 200 到 3000 亿欧元停产成本——本质上是由于工厂改造、改进或重建而停产而造成的利润损失。此外，该研究估计，将这八种化学品以外的其他化学品的生产过渡到成本将再增加 2500 亿至 3500 亿欧元，使总“账单”超过 1 万亿欧元。2019 年，欧盟化工行业在资本项目上投资了 215 亿欧元。8 通常，其中约 25% 用于监管合规，以及维持安全可靠的运营以普遍“保持资产运转”。因此，大约 75% 可用于大型新项目，例如温室气体减排所需的项目。将这些资本项目资金转移到现有的资产能力上净零将使化学公司能够应对在实现绿色协议的净零目标方面面临的挑战。这也将减少可用于满足全球需求增长所需的额外产能的投资额。化工行业的净零之路：欧盟绿色新政的成本和机遇 8 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇9每年€34.9B€12.6B€21.5B1,010365其他化学品1645可用资本支出（“生长”）维持资产维持资本支出3必需的投资可用资本支出直到 20502资金缺口160160400485200停机成本八重点化学品资本支出投资250这些数字表明，该行业面临约未来 30 年 3650 亿欧元用于资助净零计划，需要增加资本投资每年超过 120 亿欧元（图 3）。此外，温室气体减排投资将需要激励和支持，以便为化学品生产商带来与传统投资相似的回报。在这些广泛的数字之下是减少温室气体排放将发生在单个工厂层面，工厂的需求和实现净零排放的途径各不相同排放。要了解这些成本是如何产生的，有必要仔细研究两个能源密集型和最大的温室生产活动在化学工业中——氨生产和用于生产乙烯的蒸汽裂解工艺。图 3：2021-2050 年行业的欧盟绿色协议资金缺口（十亿欧元）笔记：1.根据详细涵盖的八种化学品的确定成本推断。2.根据 2019 年化学公司在欧盟 27 个国家/地区的资本支出支出推断。3.假设大约 25% 的资本支出与维持业务资本支出有关。资料来源：Cefic、NexantECA、埃森哲 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇10氨扩展应用炸药纺织品和药品冷藏其他氮肥工业的直接施肥硝酸铵化肥磷酸铵化肥尿素扩展应用传热（能量载体）运输燃料绿色化学品储能与发电氨生产氨是一种重要的化学工业产品——它是化肥工业的关键成分，对全球粮食安全至关重要，也是从药品到制冷剂等一系列化学品的基本组成部分。此外，氨的多功能性可以扩展到可再生运输领域，并且可以用作储能介质，这两者都是实现全球可持续发展和气候中和目标的关键因素（图 4）。在欧盟，有 40 家合成氨厂，平均年龄超过 30 年，平均产能约为世界级新装置的三分之一。氨是通过氢和氮的合成产生的，其生产是欧盟化学工业中最大的温室气体排放物之一。通常，氢气是通过称为蒸汽重整的过程产生的，在高压蒸汽与天然气或燃油发生反应。这个过程非常耗能，需要高达 25 bar 的压力和高达 1,000 °C 的温度。此外，重整器还会从反应和燃料燃烧中排放一氧化碳 (CO)、CO2 和 NOx。图 4：氨的当前和未来使用领域资料来源：NexantECA、埃森哲 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇11幸运的是，许多显着需要的技术减少氨生产中的温室气体排放已经可用，并已成功证明可用于商业用途。这些包括通过水的电解而不是天然气或燃料油的蒸汽重整生产无碳氢，以及基于可再生能源而不是化石燃料产生热量和压力。然而，改造现有的合成氨工厂意味着改造其核心装置，这将需要高达 900 亿欧元的资本支出（基于 2020 年的价格）。这使“净零温室气体排放氨”的资本密集度大约是目前的 4 倍常规氨生产路线。修改一个工厂需要 12 到 18 个月，导致整个行业的停机成本约为 100 亿欧元。此外，未来的技术运行成本将更高，这意味着向净零排放的转变氨会显着增加运营成本。埃森哲和 NexantECA 分析考虑了欧洲工厂层面的不同生产工艺路线，以了解可用于减少温室气体排放的减排方案。当前基于化石燃料的氨需要大约 0.1 MWh 的电力和 920 万 BTU 的燃料气/吨氨来产生热量和压力需要驱动蒸汽重整器中的反应。一种潜在的替代方法是替代燃烧燃气产生的热量使用可再生资源产生的电力。使用可再生能源进行电蒸汽重整需要每吨氨能发电 2.7 MWh。这将转化为大约额外的电力需求欧洲每年 55 TWh。这条路线只有在重整器排放的 CO2 和 CO减少或消耗——例如，在氨合成装置下游的一体化尿素装置中。要在没有碳减排或下游工厂整合的情况下生产净零氨（“绿色氨”），需要用电解槽完全替换重整器。当可再生能源氢考虑到这一点，可再生能源的总体需求增加到约 200 TWh，9 这相当于欧盟目前可再生能源发电量的 18%，相当于欧盟总电力消耗的 7.2%。 10所需的许多技术减少氨生产中的温室气体排放已成功证明可用于商业用途。但是，修改核心单元现有工厂将需要高达 900 亿欧元的资本支出。 化工行业的净零之路：欧盟绿色协议的成本和机遇12蒸汽裂解过程蒸汽裂解用于将石脑油或天然气转化为乙烯、丙烯和芳烃等化学工业基础材料，然后用作合成各种化学品的原料。欧盟44个蒸汽饼干的平均年龄40 年，其中 90% 使用石脑油作为原料。实际发生石脑油裂解的熔炉占化学工业温室气体排放的很大一部分，并且该过程还产生温室气体作为化学反应本身化学计量的一部分。改造熔炉，蒸汽裂解装置的核心组件是一项艰巨的任务，涉及用电炉取代化石燃料炉，仅一个裂解装置就可能需要 12 到 18 个月。在整个欧盟范围内这样做将需要大约 2000 亿欧元和产生 1000 亿欧元的已放弃利润的停顿成本。由于蒸汽裂解需要高于 850 °C 的温度，因此这些电蒸汽裂解炉的能源需求将额外增加 200 TWh，如前所述，这相当于欧盟当今可再生能源发电量的 18% 和 7.2%的欧盟的总用电量。