美国石化生产的资源

美国去化石化学品生产的资源 Zachary Byrum HIGHTS▪ CONTENTS 实现净零温室气体（GHG）排放将需要应对如化学生产等高排放强度行业的问题，这是美国工业领域中排放量最高的部门。 ▪通过用非化石原料及能源载体替代化石原料及能源，实现化学品的“去化石化”，这是一条途径，当结合其他减排策略时，能够实现净零排放。 ▪减少化学产业的温室气体（GHG）排放也可以解决环境正义问题，特别是如果伴随着责任措施的话，可以减轻对健康不利的影响。 废弃生物质、捕获的二氧化碳 (CO) 、清洁氢气 (H) 和 乙醇可以通过当前或近期的技术加工来制造高价值化学品。尽管这些技术目前尚未能够满足当前或未来的化学需求，但预计在未来几十年内这些技术将得到扩大应用。 ▪美国当前化学产量最高的地区也具有巨大的非化石饲料供应潜力，但需要大幅扩大清洁氢气、捕获CO2和甲烷的产能。2nol 将被要求取代化石原料。 ▪扩大对接近商业化规模技术、工业改造以及大型示范项目的政府支持，并部署和提升清洁能源的获取，可以推动去化石能源化进程的规模化发展。 工作论文包含初步的研究、分析、发现和建议。它们旨在促进及时讨论、激发深入反馈，并影响新兴议题持续辩论。... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...建议引用 ：Byrum, Z. 2024. “美国无化石化学生产资源。”工作论文。华盛顿特区：世界资源研究所。可在doi.org/10.46830/wriwp.23.00096在线获取。 WOR WORLD RE 在 S INSTIT STITUT UTE E... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 执行摘要 背景 为了响应2015年巴黎协定中要求将全球气温上升控制在2摄氏度以下的目标，美国工业部门（IPCC 2018）需要进行根本性的变革。工业排放约占美国温室气体排放的23%，其排放种类多样，需要采取多种减排措施。石油化学行业，约占美国温室气体排放的3%，是排放最高的工业子部门（EPA 2021a）。由于生产数以千计的初级化学品，减少排放需要雄心勃勃的方法之一是用非化石燃料替代用于生产初级化学品的化石燃料原料，从而创造“去化石化”的化学品。 确定满足当前需求所需的替代非化石原料的数量 ， 并确定这些原料的来源和加工地点。尽管作为全球评估的一部分(例如 ， 洛佩兹等人 2023 年) ， 其他工作已经探索了区域原料流动 ， 但这是作者所知的第一篇论文 ， 重点是美国的颗粒设施水平。 本文的研究基于对学术文献、政府及国际组织报告、智库和非政府机构文件的回顾，以及公司公开发布的信息。通过与私营和公共部门的化学行业专家进行访谈，我们进一步了解了技术细节和技术革新目标。设施层面的数据来源于S&P全球商品洞察力的化学生产商目录。其他数据包括公开的政府数据及在先前出版工作中由贡献者整理的数据，这些信息指导了工业CO排放分析。2过程排放。 非化石原料包括废弃生物质、清洁氢气、捕集 CO2和乙醇。通过低碳方式生产或获取的这些原料，可以适度或大幅减少排放。一些分析预测，当配合其他减碳策略时，替代原料可以使化学行业实现净零排放。 本工作文件的目的 一些地区有大量现有的或潜在的非化石原料。原料资源因地区而异，当前化学生产地点附近的最关键库存最为重要。作为最大的化工枢纽，墨西哥湾目前缺乏足够的替代原料，但潜在库存前景乐观。 本分析的主要目的是向工业利益相关者提供信息，以利用机会减少化学生产中的GHG排放，通过消除化石原料。它量化了原料流量，并可视化了美国化学行业去化石化的潜在供应链。与电力部门、重工业，尤其是化学生产相比，这些领域在应对减排方面一直较为滞后，尽管最近的净零承诺表明正在取得进展；截至2023年春季，三分之二的大型化学品公司已承诺至2035年将范围1和2的排放量减少至多50%（DOE 2023a）。 扩大现有政策或开发新的政策以推进工业去碳化将有助于实现化学领域的脱化石进程。降低改造现有设施或建设新低碳设施成本的政策、增强 可再生能源的获取性和可及性、激励二氧化碳去除、并提升执行和监督公平绿色转型行政能力的措施，能够推动对替代原料获取和处理的大规模投资。 本分析的次要目标是帮助政策制定者将去化石化的作用和潜力置于实现美国气候目标的语境中。它探讨了化工行业的排放源、减排途径，其在石油和天然气行业中的角色，以及对社区的影响。这些讨论提供了背景信息和解决方案，应由政策制定者用于设计激励措施、法规和指导方针，以推动实现净零化工行业。理解去化石化的机遇与警示点将更有效地减少排放。然而，为该行业设计具体的净零路径超出了本分析的范围。 关于这份工作文件 本工作文件提供了新的分析，对使用非化石燃料的原料和能源载体生产化学品的好处和机会 - 称为化学去化石。最近关于化学去石化作为减缓气候变化途径的研究，除其他主题外，还审查了技术、减排战略和能源流动，最常见的是在全球范围内。这项分析集中在美国S.化学工业在现有工作的基础上，提出了当前和近期的技术，这些技术可以通过估算来催化无化石供应链的增长。 Findings 化工生产也是有毒污染物排放量第二高的行业（EPA 2023a）。根据美国环境保护署（EPA）编制的2021年《有毒物质释放库存》报告，化工制造商和分销商报告称向环境释放了约176,000吨有毒污染物；如果计入出口用于处理的废物，环境排放可能更高。这些污染物中许多具有致癌性或对人类健康有其他危害，长期暴露会导致健康问题。由于化工生产基地通常位于或邻近城市区域，并且集中在低收入社区或有色人种人口较多的地区附近，因此由此产生的不良健康负担引发了环境正义问题（Bullard 1994；Johnston 和 Cushing 2020）。从气候、环境、公平和健康的角度来看，化工生产需要进行全面改革。 全面去除化工中的化石燃料投入已经得到了较少的关注，这与其他减少策略相比。这可能归因于嵌入式供应链、可持续燃料来源的成本和可用性，以及许多但并非所有潜在技术在商业规模上的新颖性或有限应用。 分析发现，美国有巨大的潜力获取足够的原料以生产大宗化学品。生物燃料和乙醇产业已经发展成熟，并有可能转型生产脱 化石化学品。捕获的CO2现有的政策和市场计划似乎将使未来可获得的清洁氢气库存显著增加，但当前清洁氢气库存远不足以满足全部化工需求。从地区性角度看，逐步去化石化生产化学品可能使这一任务更加可行，因为除了墨西哥湾沿岸以外地区的化工生产分散程度更高，对资源的竞争也较少。同时，行业需要从处理化石燃料转向使用新型原料，这将要求广泛进行改造升级并建设新型设施，以适应尚未成熟的技术。 如同化石燃料一样，石油化工产品几乎嵌入现代社会的每一个方面。它们几乎涵盖了所有非有机、矿物或金属材料，存在于消费品和农业商品中。创新的可再生能源和零碳电能提供了从电力、交通、加热等领域转向化石燃料的有前景途径。然而，要从日常制造品如塑料、织物、油漆、健康产品、化肥等转向，需要付出非凡的努力来重新配置材料的使用方式，尤其是随着全球生活水平的提高和对以氮为基础的化肥的需求增加（国际能源署，2018年）时。 这些挑战很大 ， 但当前的政策为克服这些挑战奠定了坚实的基础。为了将去化石化过程置于稳定、竞争性的轨道上，需要实施并持续执行额外且持久的政策。由于去化石化技术在美国并未根深蒂固，初期的大规模示范及商业化设施很可能需要联邦投资以实现规模扩张。生产氢所需的大量可再生能源电能要求增加可再生能源发电能力，改善区域电力市场与需求响应机制的整合，并商业化更高效的电解系统。最后，应增加行政能力来分配资金，并确保采购和处理原料显著减少排放并惠及当地社区。 石油化工产品需要从化石燃料原料，如石油、天然气和煤炭中获取的碳氢化合物。石油化工厂，以及一定程度上的石油炼油厂，通过多个步骤处理这些化石燃料原料，以生成初级化学品，然后是中间化学品，最终得到终端产品。由于石油化工产品由基于氢和碳的分子构成，因此可以使用其他含有碳氢化合物的材料作为原料。这些包括生物质、纯二氧化碳（CO）等。2) 、一氧化碳、氢气和乙醇 (Speight 2020) 。 INTRODUCTION 减轻最严重的气候影响需要立即全经济范围内的温室气体（GHG）排放减少，这是美国在其中长期净零目标中承诺做到的。重工业流程碳密集且多样：整个工业部门是温室气体排放第三高的行业，占以二氧化碳当量（CO2e）衡量的温室气体总量的23%。2 e) 和包括间接电力使用的情况下的30%（EPA 2021a）。化学石油生产就是这样一个行业，它贡献了工业排放的12%，这是该行业的最高份额（EPA 2021b）。1 从非化石原料生产出的化学产品会被视为“脱化石”化学产品。通过替代原料的途径进行脱化石化可以降低化学产品的生命周期排放，通过改变化学产品中碳氢化合物的来源。例如，传统上塑料从天然气或甲烷（CH）中获取其碳分子。4） ， 可以用生物质中的碳代替。氨(NH 3), 不含碳，但用于制造它的氢气通常是从天然气中产生的；相反，可以使用电力分解水来生产。在这些情况下，生物量和清洁氢气是非化石燃料的替代品- 去化石分析的方法和来源 库存 ， 如果生物质是可持续采购的 ， 电力产生无排放， 非化石原料减少生命周期排放。 对化学工业去石化的全行业分析需要四个步骤 ： 注意，“去化石化”和“脱碳化”是不同的，因为大多数化学品都含有碳，因此无法实现脱碳化。去化石化改变了化学物质中碳分子的来源，而脱碳化更准确地指的是在不燃烧碳的情况下生产能源；例如，通过用可再生能源替代化石燃料。本工作论文专注于去化石化的原料，但进一步的研究可以集中在将这些原料转化为化学品所使用的能源的脱碳化上。 1. 对当前可获取数据且主要不在炼油厂生产的基础化工产品的生产量进行估算：乙烯、丙烯、甲醇和氨。2.确定替代原料和工艺技术。3. 对满足当前化学产品产出所需的非化石原料的量进行估算。4. 制定这些输入来源及其如何被加工成化学品产品的路线图。 方法学和方法 估算化学品产量 这篇工作论文提出了一项新的分析，旨在估算并绘制出满足当前主要化学需求所需的替代（脱化石）原料体积。论文的所有部分均基于已发表的文献信息，包括同行评审的研究、政府及跨国组织报告、智囊团和非政府机构的论文，以及公开公司的声明与信息。附录A提供了用于桌面研究的搜索关键词或主题。 标普全球商品洞察力的化工生产商目录提供了美国甲醇、氨、乙烯、丙烯、氢气和乙醇的总生产量及工厂位置。该数据集包含化学产品的设施级生产能力。由于生产能力并不一定等于实际生产量，因此在整个行业中应用了85%的利用率因子，以获得更为现实的生产量。生