股票代碼：正丹股份 (300641)
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化工行業(yè)碳排放每年13億噸，占全國(guó)碳排放13%，高碳重點(diǎn)行業(yè)之一,未來(lái)有望納入碳市場(chǎng)。研究報(bào)告顯示,中國(guó)化工行業(yè)零碳轉(zhuǎn)型面臨3大挑戰(zhàn)、3大機(jī)會(huì)和7大路徑,并分析了經(jīng)濟(jì)成本、路線圖與三種生產(chǎn)模式。化工行業(yè)碳減排可從消費(fèi)側(cè)和供給側(cè)入手,路徑包括消費(fèi)減量、產(chǎn)品高端化、終端替代、效率提升、燃料替代、原料替代、末端處理等十個(gè)方面。從技術(shù)方案看，在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，可從原料低碳、燃料低碳和系統(tǒng)節(jié)能三個(gè)維度考慮碳減排。從經(jīng)濟(jì)性看，綠氫、CCS等顛覆性技術(shù)的成本下降將使化工低碳、零碳生產(chǎn)的成本競(jìng)爭(zhēng)力將大大提升。
路徑一：消費(fèi)減量
消費(fèi)減量可以從源頭降低能耗和碳排放，不同產(chǎn)品的消費(fèi)減量潛能不同。如甲醇和合成氨在交通運(yùn)輸中對(duì)傳統(tǒng)燃料的替代;而在部分傳統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是高耗能高污染行業(yè),消費(fèi)減量的潛能更大，如甲醇下游甲醛制膠板、合成氨下游尿素制化肥、乙烯下游制塑料等，都會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的深入和生活習(xí)慣的改變有一定的下探空間。提高廢塑料回收率、增加化肥利用率和優(yōu)化建筑行業(yè)材料都會(huì)促進(jìn)消費(fèi)減量。
路徑二：產(chǎn)品高端化
產(chǎn)品高端化可有效淘汰落后產(chǎn)能和優(yōu)化低端產(chǎn)能，降低行業(yè)能耗和碳排放。中國(guó)的化工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量和產(chǎn)能均處世界前列，但是在高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈上仍然存在技術(shù)受制于發(fā)達(dá)國(guó)家的問題。以烯烴行業(yè)為例，整體上同質(zhì)化嚴(yán)重,且主要集中在世界石化產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，高端高性能聚烯烴產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)短缺。國(guó)內(nèi)烯烴產(chǎn)業(yè)仍然有較高的當(dāng)量進(jìn)口量,進(jìn)口產(chǎn)品集中于以茂金屬聚乙烯為代表的高端聚烯烴產(chǎn)品。聚甲醛等工程塑料產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈也有很大的深度發(fā)展?jié)撡|(zhì)。
路徑三：終端替代
在滿足服務(wù)功能的同時(shí)，化工產(chǎn)品在終端應(yīng)用上可以由更環(huán)保的產(chǎn)品提供。如在材料上,可以通過(guò)生物基材料的發(fā)展和推廣進(jìn)行替代。根據(jù)Nova Institute的報(bào)告, 2020年全球生物基塑料等結(jié)構(gòu)高分子材料的產(chǎn)量為420萬(wàn)噸，為化石資源基產(chǎn)量的1%。生物基結(jié)構(gòu)高分子材料年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)8%，并預(yù)計(jì)在未來(lái)五年持續(xù)增長(zhǎng)。中國(guó)生物基化學(xué)品研究起步較晚，但在“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃中，生物基材料和生物基化學(xué)品被列為研究核心，下游材料應(yīng)用和商業(yè)模式的發(fā)展獲得大力推動(dòng)。各省政策要求限制和禁止不可降解塑料的使用，也將推動(dòng)可降解生物基材料的推廣。
路徑四：效率提升
化工反應(yīng)大多在高溫高壓催化劑的反應(yīng)條件下進(jìn)行，因此對(duì)于能源消耗有較高的要求，有效管理熱能、催化劑高效化等都是提高能效的有效方法。蒸汽再壓縮等熱能管理技術(shù)可提高熱能利用效率，新型催化劑的應(yīng)用可以降低化學(xué)反應(yīng)所需的溫度，從而減少能源消耗，降低碳排放。例如，林德公司的EDHOX技術(shù)可將烯烴蒸汽裂解的反應(yīng)溫度從870℃降低到400℃以下，該技術(shù)已在德國(guó)開展試點(diǎn)項(xiàng)目。
路徑五：燃料替代-電加熱
電氣化是替代化石能源的重要手段,化學(xué)反應(yīng)中的溫度壓力要求大多可通過(guò)以電為能源的反應(yīng)器達(dá)到，例如電裂解爐可以作為制取烯烴的反應(yīng)器。巴斯夫、沙特基礎(chǔ)工業(yè)和林德公司正在共同開發(fā)推廣電加熱蒸汽裂解爐,并計(jì)劃2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。現(xiàn)階段,電裂解技術(shù)發(fā)展的瓶頸主要來(lái)自電網(wǎng)、設(shè)備、電加熱效率等。使用綠電進(jìn)行電加熱對(duì)該技術(shù)環(huán)境屬性的提升至關(guān)重要，目前中國(guó)的電力結(jié)構(gòu)以煤電為主，電力的碳排放較高。隨著新能源推廣和綠電市場(chǎng)化交易提升，零碳電力將可為化工脫碳提供重要的綠色能源。
路徑六：燃料替代-生物質(zhì)
生物質(zhì)資源包含秸稈、畜禽糞便、林業(yè)廢棄物等,工業(yè)利用的生物質(zhì)燃料多為生物質(zhì)天然氣或生物質(zhì)液體燃料。生物質(zhì)燃料以燃燒的形式供熱，與傳統(tǒng)的化工加熱爐差異較小。目前生物質(zhì)燃料技術(shù)較為成熟,但是經(jīng)濟(jì)性和資源可得性受限。為了緩解原料資源性問題，以?？松梨跒榇淼墓竞涂蒲袡C(jī)構(gòu),投資研發(fā)以非糧食為原料的第二代生物質(zhì)燃料。國(guó)內(nèi)的生物質(zhì)發(fā)展前景、以及是否有充足的生物質(zhì)燃料用于化工行業(yè)，取決于未來(lái)的政策指引、市場(chǎng)情況和第二代生物質(zhì)燃料的技術(shù)進(jìn)展。
路徑七：燃料替代-氫能
氫能是理想的清潔能源，燃燒后僅生成水，且可滿足特定化學(xué)反應(yīng)需要的較高溫度。陶氏化學(xué)與生態(tài)催化技術(shù)公司和西南研究院就“氫氣燃燒與節(jié)能乙烯生產(chǎn)的集成”進(jìn)行合作。未來(lái)氫能在化工的能源應(yīng)用主要集中在溫度需求較高、電爐很難高效率運(yùn)行的場(chǎng)景，或在氫資源條件較好的情況下作為加熱燃料的主要能源或靈活性能源。
路徑八：原料替代—綠氫和Power-to-X (PtX)
綠氫的應(yīng)用可以有效地解決傳統(tǒng)化石能源原料碳?xì)浔绕叩膯栴}。以煤化工為例，煤炭與水通過(guò)水煤氣變換反應(yīng)生產(chǎn)合成氣制取甲醇，由于原料煤碳組分偏高，部分碳以二氧化碳形式排放。如果利用綠氫將這部分碳加以利用，將會(huì)最大化降低化工反應(yīng)過(guò)程的碳排放。而PtX技術(shù)則大幅降低對(duì)化石資源的依賴，利用空氣中或者工業(yè)捕捉的二氧化碳，與綠氫結(jié)合制取化工產(chǎn)品。綠氫和PtX都已有相關(guān)的試點(diǎn),如何通過(guò)技術(shù)革新和政策指引降低成本,將成為未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。
路徑九：原料替代-生物質(zhì)
生物質(zhì)的化工原料利用多以乙醇為中間體,制取乙烯等高附加值化學(xué)品。生物質(zhì)制乙醇的技術(shù)成熟,在部分資源豐富的國(guó)家地區(qū)經(jīng)濟(jì)性尚可，且乙醇制乙烯轉(zhuǎn)化率高。中國(guó)生物質(zhì)資源較為乏，且未來(lái)發(fā)展路徑尚不明晰，大規(guī)模獲取生物質(zhì)原料存在難度，生物質(zhì)制化工品的成本可能長(zhǎng)期處于較高水平。
路徑十：末端處理
對(duì)于經(jīng)過(guò)原料、能源等不同維度的碳減排仍然剩余的碳排放,負(fù)碳技術(shù)將成為支撐全面脫碳的末端處理手段。CCS(碳捕集與封存)將捕集的二氧化碳處理壓縮并注入地下的油氣田或咸水層，并永久封存在地下。為提高經(jīng)濟(jì)性，中短期的CCS可以與成熟油氣田EOR (提高采收率)相結(jié)合,而長(zhǎng)期應(yīng)以咸水層封存為主以提高封存量。
作者：李抒苡、薛雨軍、王珮珊
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