石化行业的净零路径

内容 引言 3 石化工业及5零排放转型 《净零目标的含义》6对于石化行业 当前脱碳状态6努力 可能的脱碳路径6对于石化行业 净零目标的影響對21泰国石化行业 Krungsri Research 观点 26 参考文献 免责声明 除非明确说明，否则本出版物及其所有材料受Krungsri Research版权保护。因此，未经事先书面许可，禁止重新使用、复制或修改本文本或其任何部分。本报告参考了广泛而可靠的来源，但Krungsri Research无法保证所引用材料的绝对真实性。此外，Krungsri Research不对因直接或间接造成的任何损失承担责任。任何使用本报告或其中包含的数据的方式。 本报告中表达的信息、观点和判断均为Krungsri Research的观点，但本出版物并不一定反映Bank of Ayudhya Public Company Limited或同一商业集团内其他公司的观点。本报告准确反映了Krungsri Research在发布日当天的思考和观点，但我们保留在不提前通知的情况下更改这些观点的权利。 订阅我们 引言 Thian Thiumsak 高级分析师 thian.thiumsak@krungsri.com+662 296 4742 石化行业在推动经济增长中发挥着至关重要的作用，因为塑料在现代经济中的重要性不可忽视。塑料产品的广泛应用使其成为包括汽车零部件、电子、建筑材料、包装和日常消费品在内的多种下游产业的关键投入品。因此，塑料需求增长速度超过了其他材料例如水泥、铝和钢材，而全球塑料市场已经价值达到5.7万亿美元，预计到2060年产量将增长四倍。 石化工业在生产原料或原料方面使用石油、天然气和煤等化石燃料，除此之外，它们还作为工业生产过程中能源来源。这使其成为能耗最大的行业，占所有行业总能耗的30%以上，超过其他主要重工业，如钢铁和水泥的生产。此外，该行业还是石油和天然气的最大消费者，与（不包括交通、建筑和能源）其他行业相比，分别占燃料消耗总量的14%和8%（图1和图2）。 石油化工行业通过两个渠道造成二氧化碳排放：（1）直接排放，2并且(ii)间接排放。 1)直接排放：这些来源有三个：（i）生产；（ii）消费；以及（iii）生命周期结束后的处置，无论是通过焚烧还是埋在垃圾填埋场。这意味着，在每年的二氧化碳排放量约为16亿吨的情况下，石化工业是全球第三大碳排放工业源，仅次于钢铁和水泥工业（图3）。 2)间接排放：这些来源于用于生成大量电能的化石燃料，这些大约每年产生0.6吉吨的二氧化碳，占该行业总排放量的近三分之一。 化工行业二氧化碳排放量2 总计每年2.2亿吨 石油化工行业及向碳中和的转型 全球变暖现象，由温室气体大量排放到地球大气中而引发，促使世界各国达成协议，计划减少温室气体排放。这通过设定实现碳中和和净零排放的目标来达成。1/旨在阻止或减缓全球变暖不断升级的影响。 实现净零排放的目标比达到碳中和更具挑战性。这是因为：（i）它涵盖了比仅二氧化碳（CO2）排放更广泛的维度，包括在以下方面：2 计算所有导致全球变暖的温室气体。在二氧化碳、甲烷和氧化亚氮为主要贡献者的情况下；并且（ii）适用于国家和组织层面，需要在整个供应链中实现绝对排放减少。相比之下，碳中和使组织能够通过植树造林项目或购买碳信用额等机制来抵消排放。2/碳中和因此使得排放者能够支付他人代表他们进行减排，这种灵活性在净零排放方法下是不存在的。3/. 为了实现净零目标，石化行业因此需要发展全面的计划在供应链中减少二氧化碳排放。然而，由于固有的化工行业结构，严重依赖于化石燃料作为原材料，碳往往被嵌入产品中。这导致二氧化碳排放不仅限于能耗密集的生产阶段，还涵盖了整个生命周期的排放，包括化工产品的使用和报废处置。这为行业参与者及政府机构合作降低化工行业整个产品生命周期的二氧化碳排放带来了挑战。 石油化工行业实现碳中和目标的启示 当前脱碳努力的现状 在过去几十年中，提高能源效率的技术在降低石油化工行业二氧化碳排放化石燃料消费的比重为 能源来源相对于总消耗（包括能源和原材料）已逐渐降低，从过去几十年中的约60%下降至目前 的40%以上，表明行业能源效率得到改善。然而，尽管取得了这些进步，由于需求增加，该行业的排放量持续上升。从2010年到2020年，全球石化行业生产扩张导致该行业温室气体排放量平均每年增长2.23%（图4）。这表明，尽管提高能源效率有助于减缓排放增长，但不足以实现必要的削减规模。需要增加其他途径的作用并实施技术以帮助石油化工行业实现净零温室气体排放的目标。 石化工业实现脱碳的可行路径 由于石化产品在其生命周期中涉及碳排放，解决行业脱碳的挑战不仅需要继续发展提高能源效率的方法，还需要整合广泛的附加技术。实现这些目标的方法将取决于：(i) 部署碳捕集、利用和储存（CCUS）技术；(ii) 使用基于生物质的原料；(iii) 将绿色氢气作为额外原料；(iv) 更广泛地采用与“循环经济”相关的原则。 I. 碳捕获、利用与储存（CCUS）技术 碳捕获、利用和储存包含一系列旨在在源头减少二氧化碳排放或直接从大气中捕获它的技术。这是通过从大气中分离二氧化碳与存在的其他气体来实现的，要么是通过点源捕获——从工业设施（如石化工厂）产生的排气中移除二氧化碳——要么是通过直接空气捕获。4/从排放这些废气之后的大气中提取它。在通过任何一种方式捕获该气体之后，它会被压缩并通过管道运输到这些气体将会被用于商业过程或存储在某些类型的地质设施中的地点（图5）。 化工行业的核心工业流程通常需要高温，这通常通过燃烧化石燃料来实现。化石燃料燃烧构成了在化工生产过程中产生的所有二氧化碳排放的大约三分之二，其余排放则来自于这些过程中发生的化学反应。在全球范围内，化工生产的排放量每年约为11亿吨，占工业部门所有直接二氧化碳排放量的一半左右。 将CCUS技术应用于工业将涉及从现场产生的废气体中捕获二氧化碳排放。然后，这种捕获的气体将被输送到第二个地点，在那里，如果可能的话，它可以在商业过程中被利用以产生价值；如果不行，它将被准备进行安全的地层储存。在理论上，到2050年，碳捕集与封存（CCUS）技术可用于捕捉化石燃料燃烧产生的约四分之三的排放。因此，这些技术具有显著潜力，有助于推动行业脱碳取得实质性进展。 关键路径的优势： 1)有可能将碳捕集、利用和封存（CCUS）与行业现有的技术和基础设施相结合，其实施不需要对制造流程进行大规模的改造。在这方面，碳捕集、利用和封存（CCUS）与替代途径和技术不同，例如转向使用绿色氢能源，这需要全新供应链的开发。 2)碳捕集、利用与封存（CCUS）可能会与其他途径和技术一同部署。包括生物质原料的使用和循环经济的采用。这增强了减少工业供应链中二氧化碳排放的潜力，并扩大了范围，不仅限于石油化工生产过程的单一关注。例如，它可以在将塑料废物转化为能源（废物转化为能源）的过程中应用，进一步帮助减少石油化工产品的二氧化碳排放。 挑战阻碍广泛采用：尽管其减少二氧化碳排放的潜力巨大，但目前全球仅有大约20个商业化的大规模碳捕集与封存设施在运营，每年处理约5000万吨二氧化碳。相比之下，CCS研究所估计，要实现全球净零排放目标，将需要超过2000个大规模设施。 在CCUS（碳捕获、利用和封存）技术实现广泛应用之前，需要克服的最显著的障碍之一，是成功构建投资案例。发展CCUS设施需要投资于长期资产。除了从空气中捕获二氧化碳所需的技术，公司还需要大量投资于开发其他物理基础设施，包括必要的运输管道和地质储存设施，捕获的排放物将在此处注入。构建这一网络将需要巨额资金投入并延长建设时间表，这对冒险进入CCUS技术广泛应用的企业构成了关键财务挑战。 碳捕集与利用技术的应用目前受到限制，同样受到限制的还有相关技术。 关联利润。该行业主要限于涉及以未转化形式使用捕获的二氧化碳的应用场景，尤其是在石油和天然气行业，该行业将其用于提高采收率（EOR）。此过程包括将气体注入现有油田以提高采收率，同时具有额外优势，即所使用的气体随后将被封存。目前约70%的捕获二氧化碳用于EOR（图6）。 在实践中，从石油化工行业捕获的二氧化碳的使用因此往往局限于经济的相关部门，例如石油提取。一个显著的例子是中国的齐鲁石化-胜利油田CCUS项目，该项目将石油化工、石油提取和碳捕集技术相结合。齐鲁的生产设施使用碳捕集技术从排放物中提取二氧化碳，随后在胜利油田中使用。提高提取率。 高初始投资成本和有限的应用范围对石油化工生产商更广泛地采用碳捕获、利用和储存（CCUS）技术构成了主要的障碍。 机会：一个可能显著提升CCUS技术广泛使用的关键因素是将捕获的二氧化碳转化为各种有价值的产品。一条目前尚未广泛探索的途径。目前二氧化碳的利用率非常低，因此具有巨大的增长潜力。Lux Research估计，基于CO的产品市场价值将激增至2 他们当前的价值约为100亿美元，到2030年将达到总计700亿美元，相当于复合年增长率53%。源自二氧化碳的产品分为四大类：（i）合成矿物骨料，如白垩石和石灰石；（ii）CO固化混凝土，该混凝土使用水2 而不是作为固化剂使用二氧化碳；（iii）商品化学品和燃料；以及（iv）聚合物。正如塑料和合成橡胶（由单体生产的大链分子）5/对于石化行业，石化生产中捕获的二氧化碳是通过绿色氢途径（下文描述）制造石化产品（如甲醇和乙烯）的关键原料。 II. 转向生物质原料 这种方法涉及使用各种类型的生物质作为原料，以替代化石燃料在生产石化产品的过程中。例如，生物聚乙烯塑料（Bio-PE）的生产可以基于（i）甘蔗、玉米和木薯等粮食作物，或（ii）来自农业残留物如稻秆、糖渣或草类的木质纤维素。这些材料随后可以在生物精炼厂中进行生物工艺处理，转化为生物乙醇，该生物乙醇可能随后被用作石化厂生产生物聚乙烯塑料的输入。 使用生物质原料在化工生产过程中具有帮助减少二氧化碳排放的潜力。用作原材料的植物在生长过程中可以从大气中吸收二氧化碳。并且，二氧化碳随后在石化产品的整个生命周期中被固定。在其使用后，通过如焚烧或填埋等过程，释放的二氧化碳被用作原料的植物吸收所抵消，以生物质碳的形式返回循环。这与当前石化生产不同，后者依赖于如石脑油这样的化石燃料，缺乏这种机制，导致新的二氧化碳持续释放到大气层（图7）。 该途径的关键优势：使用生物质原料有两个主要益处。 1)生产商可以在采用互补技术的同时，转向使用生物质原料。例如，碳捕获、利用和储存（CCUS）技术。该技术可应用于捕捉和储存生物质或生物质衍生物燃烧过程中释放的二氧化碳。此过程被称为“碳捕获和储存的生物能源”或BECCS。6/这本质上是一般类别技术及工艺的一个子集，这些技术及工艺被归类于CCUS（碳捕获、利用和封存）之下。与使用生物质原料来稳定大气中碳的释放不同，BECCS（生物能源与碳捕获和封存）可以降低大气中二氧化碳的总浓度，因此，联合部署这两种工艺有可能显著增加脱碳努力的成效（图8）。 2)在这个背景下使用BECCS可能比在经济的其他领域部署该技术更具成本效益。特别地，将贝塔生物能源和碳捕获技术（BECCS）融入生物乙醇生产可能会非常具有成本效益，因为与例如在钢铁、水泥和电力生产行业使用的其他流程相比，乙醇生产过程中的废气具有高浓度的二氧化碳，使得每单位成本相对较低。 挑战阻碍广泛采用：目前，生物塑料仅占所有塑料生产的2%，每年约为220万吨（截至2022年）。然而，为了实现净零排放承诺，生物塑料的生产到2050年需要扩大到约占产出的20%，需要每年约12亿吨生物质——这大致等于目前的生物质能总量。美国的生产能力。这次扩张无疑将使供应紧张，从而提高 对可持续生物质原料可用性的担忧。此外，为了成功将石化行业过渡到对生物质和生物塑料的更大依赖，它必须应对来自其他行业的激烈竞争，这些行业也计划增加对农产品消耗以生产食物和生物燃料。这包括交通运输和电力