可持续原料 ： 加速化学品的再碳化

化学品实践 可持续原料：加速化学品的再碳化 减少温室气体排放对于化学公司保持竞争力至关重要。投资于原料来源和转化技术可以帮助将差距缩小到净零。 本文由Tom Brennan，Wen Chyan，Maximilian G ö bel，Per Klevn ä s，Tapio Melgin，Clara Pakari，Markus Pley，AxelSpamann和Christof Witte共同撰写，代表了麦肯锡化学品实践的观点。 并帮助确保其供应商使用高效和可持续的（再生）农业实践。 推动可持续发展正在彻底改变化学工业。我们的研究表明，截至2023年初，66％的欧洲最大的化学最终用户-包括汽车，食品和个人护理行业的参与者-承诺到2030年减少温室气体（GHG）排放，37％的人承诺到2050年实现净零目标。在欧洲最大的经济体德国， 通过原料演变进行再碳化是必要的 该行业的目标是到2030年将二氧化碳排放量减少约35%。1 由于化学工业生产用于其他行业的产品，因此它在整个行业中起着至关重要的作用。3化学品的最终用户广泛；例如，它们包括汽车和建筑行业，这是全球温室气体排放量最高的两个行业。 制造化学品是能源密集型的，一些关键过程会产生大量的二氧化碳作为副产品。而且由于许多化学物质是由碳制成的，因此如果作为废物管理的一部分，产品在寿命结束时被焚化或分解，则会释放出二氧化碳或甲烷。这些因素使得化学工业特别难以减少排放以达到净零排放。虽然有几个步骤。 我们的研究表明，到2030年，两个广泛的举措可以帮助解决化学工业温室气体排放总量的大约三分之一（图表1）。更重要的是，这两个举措都涉及低二氧化碳当量（CO 2 e）减排成本，没有实质性的缺点，并且被公众和监管机构广泛接受。 创造更环保的解决方案-例如通过能源效率和绿色能源减少运营的足迹，捕获和储存二氧化碳，并转向先进的回收以避免焚烧2-仅靠这些措施不会使该行业达到净零。 —提高能源效率和使用绿色能源。使用绿色能源为运营提供动力，并通过热集成和绿色电力采购等措施提高运营的能源效率，可以在2030年之前将化学工业的总排放量减少多达三分之一，并在随后的几年中减少更多（通过使饼干电气化，这是目前最大的化学品排放国）。4更重要的是，这一举措可以通过节约每吨二氧化碳成本低于100欧元的措施来实现。5因此，几乎每个化学参与者都应该优先考虑提高能源效率和使用绿色能源。 缩小差距的一个解决方案是使用可持续的原料，如生物质和二氧化碳。然而，这种方法并非没有挑战，特别是在世界正确地区将正确的原料和转化技术与正确的产品相匹配时。作为回应，公司将需要围绕原料可用性，可持续性性能，技术成熟度和经济性制定评估标准。 This article aims to provide an overview of sustainablefeedstocks in chemicals. Our findings show that players cannavigate nertain by pursuing long - term supply and offtakeagreements, focusing investment - ments where economics arelikely to —回收。针对不同类型的家庭和工业废物的各种技术（例如用于分离塑料和纺织纤维的机械和化学回收，以及用于否则不可回收的有机废物的气化） 已被证明并可以大规模部署。因为这些技术避免了 附件1 即使在雄心勃勃但现实的假设下，如果不采取其他行动，化学工业也无法达到净零。 在雄心勃勃但现实的假设下，化工行业2030年的指示性排放估计，百万公吨二氧化碳当量(CO2e) 麦肯锡公司 到2030年，两个广泛的举措可以帮助解决化学工业温室气体排放总量的约三分之一。 非化石燃料原料，如生物质或二氧化碳，可以转化为化学品 焚烧废物，并为回收材料中固有的碳创造循环性(从而避免了生产过程中的排放 原料和中间体。8对于主要的CO 2排放源，例如大型饼干，CCS通常是大幅减少排放的最清晰，最经济的方法之一（对于饼干，唯一的替代方法是电气化）。但是，根据我们的分析，仅CCS即可解决总排放量的30％至50％。 碳氢化合物），它们有可能在2030年之前将化学工业的总排放量减少多达5％，并且在以后会更多。最终，废物焚烧和垃圾填埋场可以完全取代。6尽管回收“低质量”废物（指混合或其他不可回收的有机废物）固有地导致一些二氧化碳的产生，但现代技术产生的高浓度二氧化碳可用作燃料，化学品和农业的原料。7However, clear regulatory positions on somerecycling output, such as hydrogen from waste气化,sometimes lack behind standards standard, or requiresconfusing together to understanding impacts. This is andidiment to commerreal adopment. 也就是说，CCS无法解决化学品的报废排放问题，这可能会影响想要的参与者 或需要提供净零产品。此外，CCS不适合较小的排放源，并且依赖于经常缺乏的CO 2运输和存储基础设施的访问。这意味着，尽管CCS可能是弯曲整个行业排放曲线的重要技术，但想要快速实现净零排放的参与者将需要额外的技术。 然而，尽管这些措施具有吸引力和重要性，但它们不足以达到化学品的零排放，也不足以抵消当前实施的报废活动（例如废物焚烧）的排放。 希望进一步加速减排的化学公司可以通过植物生物质或机械化学CO 2捕获和转化来寻求新的原料路线。两者都通过从大气中CO 2提供的碳而不是化石来源来减少排放。因此，我们称之为“再碳化”做法。 此外，我们的研究表明，那些只采用这些选择的人往往仍然依赖于其他人来减少自己的排放，特别是上游参与者。这一考虑是相关的，因为许多上游参与者的目标是只有到2040年或2050年才能大规模减排。对于为客户致力于积极脱碳目标的市场（如汽车和消费品）提供服务的化工企业，需要采取额外行动来满足客户对低二氧化碳或零二氧化碳选项的近期需求。 而提前采取行动的化工企业很可能能够实现由需求迅速加速和供应提前期驱动的价格溢价。 可持续原料：生物质和CO2-to-X 减少排放的两条途径包括通过碳捕获和储存(CCS)在源头捕获和隔离二氧化碳排放，以及切换 可以使用两种方法从大气中提取CO 2并将其转化为化学原料：生物质和CO 2 - to - X。后者是指将CO 2转化为可用于合成大量化学产品的产品，例如甲醇和乙醇。 我们已经对各种重要化学品的各种路线的成本和可持续性进行了建模，其中一个例子是乙烯，它是行业中产量最高的分子（图表2）。 回收可以将相对较低的成本与良好的减排结合起来，因为可以避免报废焚烧。第三，成本和减排潜力不仅在路线之间而且在路线内也有很大差异。原因是不同的地点和时间对关键投入的价格非常不同。 例如，二氧化碳对X的成本通常取决于电价，电价在 乙烯被用作各种最终产品的早期中间体，例如包装塑料。结果对于许多其他化学品也是典型的:首先，化石石脑油在当今的技术中往往更便宜，但可持续路线的最低成本执行可能已经达到化石石脑油的成本。第二， regions and countries. The same is true for emission intensity:depending on the source of electricity, it can be where fromzero to large. For such reasons, different routes will likely bebuilt in different places 乙烯的成本和碳足迹因不同的可持续化学路线而异。 麦肯锡正在进行的评估不同路线的经济性和可持续性的计划示例 麦肯锡公司 从有利的监管中利用投入成本优势或其他成本因素。 as another sugar source, before moving to CO 2 - to - Xover the medium to long term (Exhibit 3). As化学公司沿着这条路线前进，他们可以追求可用的转化技术，同时投资开发越来越高效的下一代工艺。 在可持续来源的情况下，来自产糖植物的生物质在短期内是有希望的，可能由木材生物质补充 麦肯锡公司 最终产品（因为总输入原料的排放被分配到更少的最终产品吨）。然而，有可能出现“无细胞”转化技术。从发酵转换到这些技术可以提高大量分子的效率多达50%，从而减少所需的原料输入量。 利用植物的力量：生物质植物在光合作用时吸收大气中的二氧化碳，使它们能够生长并产生糖（包括淀粉在内的C6糖）， 油和木质生物质（木质素和C6和C5糖难以获得聚合物形式：纤维素和半纤维素）。这些中的每一种都可以通过各种方式转化为有用的化学物质。 植物衍生的油覆盖所有目标分子，并且相关的转化技术已经建立，因为油可以直接在很大程度上替代化石油投入，从而重新使用已建立的石化生产资产。然而,植物来源的油比糖更昂贵。废油（例如用过的食用油）供不应求，面临燃料生产的竞争。此外，专门生产用于化学品的油料作物，如棕榈油，可能会引起人们对农业竞争与粮食供应、土地利用变化和生物多样性的担忧。由于这些原因,植物衍生的油应被视为临时解决方案。10 糖是转化为生物燃料和其他有价值的化学物质的最简单起点。它通常也具有最低的生产成本。尽管生物技术转化过程释放了传统化学无法获得的全新分子，9今天的糖转化技术仅涵盖行业目标分子的子集。大多数技术专注于发酵糖，以创造 有机酸（例如乳酸，可以变成聚乳酸聚合物）或乙醇来生产乙烯衍生物。这些衍生物的数量约占该行业主要石化产量的四分之一。尽管这种直接的生产范围错过了几个目标分子，但可以处理乙醇和乙烯衍生物其他化学品(尽管成本大幅增加)，使它们成为更广泛产品的潜在未来平台。 木材生物质是生化物质的一个更复杂的起点。选项包括气化以产生甲醇,水热处理以产生油状输出物,或分馏成其成分(例如木质素和糖)和糖的发酵以产生例如乙醇。由于相对大的转化损失或高复杂性的过程,这些通常比直接从糖开始更昂贵。然而，可持续的木材生物质。 目前可以以较低的成本和较大的数量获得-例如，作为制浆的副产品 另一个需要考虑的因素是糖生产乙醇的排放强度，它直接受到发酵效率的影响，这是因为大量的碳（以及质量）损失 在糖发酵成乙醇的过程中，增加了上游农业对乙醇的排放比例 糖是转化为生物燃料和其他有价值的化学物质的最简单的起点。 （主要用于造纸，但也用于纤维和其他产品）。如果可以发现其目前主要具有低价值出口的大体积成分的用途，主要是木质素，那么木材生物质在经济和可持续性方面都可能具有吸引力。此外，还有 Production setup, position in the value chain, and potentialeconomics. Hence, each sustainable feed - stock option needs acase - by - case consideration. 如上所述，第二代生物质是不能用作人类食物的生物质，例如粮食作物废料和木片。使用本来会被浪费的生物质比使用第一代生物质更可持续，并且可以减轻以下担忧：将过多的粮食作物用于非粮食用途（例如用于燃料或化学品）将导致更直接的温室气体排放，并导致更多的土地转化为耕地（间接土地利用变化）。由于这些原因，第二代生物质在未来几年可能变得更加重要。 使用“第二代”生物质是指非食品生物质的强大压力。因此，随着时间的推移，使用木材生物质的更高成本可能是经济的，特别是对于那些对哪些原料被认为是“可持续的”有更严格规定的地区的公司