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人类活动使温室气体排放量迅速增长,从而导致的全球变暖正在持续给世界带来负面影响。因此,全人类应该共同采取措施积极应对这一负面影响,与此同时,全球各个国家应该密切合作,共同抵御全球变暖风险。
目前,巴黎气候协定已经设立了长期目标,致力于将全球气温升幅限制在比工业化前水平高 2℃以内,并寻求将气温升幅进一步限制在1.5℃以内。为实现此目标,缔约国家承诺尽快达到温室气体排放的全球峰值,并在本世纪中期达成“气候中和”。为了减少各自的温室气体排放,国家需要提前准备经济和社会转型,因此,所有缔约国家均向联合国提交了《国家自主贡献》(NDCs)。
近几年,在不同政策与技术的支持下,许多国家、地区、城市与企业都在建立各自的碳中和目标,从而促进了全球碳市场的快速增长。截至2020年,全球碳排放许可的总价值超过2,290亿欧元。
根据英国能源与气候智库(Energy & Climate Intelligence Unit)机构统计,截至2020年3月,已有2个国家实现了碳排放目标、6个国家将碳排放目标立法、6个国家与地区将碳排放目标纳入拟议的法案中、20个国家已将其碳排放目标纳入政策文件、还有近100个国家将碳中和列入发展进程。
中国的碳中和之路
2020年9月22日,习近平主席在第75届联合国大会中承诺,中国将在2030年之前实现碳达峰,并在2060年前实现碳中和,碳中和随即成为中国近期的主要任务。2019年,中国的二氧化碳排放量占全球排放总量的30%,是世界上最大的排放国。为了实现2060年碳中和目标,中国需要在未来一段时间内转变经济模式、产业结构和能源系统,加大力度改革。
化工行业是能源消耗大户,二氧化碳排放较高。据统计,2019年中国化工行业的排放量为5.88亿吨,占工业行业总排放量的16.7%,占中国总排放量的6%(图1、2)。目前,化工行业正在积极采取措施,降低碳排放,为中国碳中和提供必要支持。
此外,中国化工行业的碳排放结构相对密集,主要集中在甲醇、合成氨、电石等子领域(图3)。同时,中国石油和化学工业协会(CPCIF)预测,前2,000家化工企业的排放量占全行业的近 65%。巨大的碳排放总量、集中的排放结构,促使化工行业的碳中和势在必行。
17家石油和化工企业、化工园区和中国石油和化学工业协会于2021年1月签署了《中国石油和化工工业碳达峰与碳中和宣言》,宣示将推动化工行业的绿色低碳转型。为了实现碳排放目标,化工行业提出了6个方面的承诺,包括推进能源结构清洁低碳化、大力提高能效、提升高端石化产品供给水平、碳捕获和储存技术、研发投资、大幅增加绿色低碳投资强度等。
考虑到化工行业的主要碳排放源和现有技术,目前合适的减排方案包括以下三大类:
◆ 减少以煤为原料的使用:调整原料结构,增加石油的使用。
◆ 增加产品的碳含量:优化技术和产品需求结构,制造高碳氢化合物比例的产品,以便将原材料的碳固定在产品上。
◆ 降低综合能耗:采用先进的技术工艺(包括余热利用、低品位热回收、变频技术)和有效管理,降低企业的综合能耗和碳排放。
碳减排和碳中和战略
为了解相关策略和措施,AICM邀请了其成员公司参与问卷调查,总共收集了来自35家公司的反馈。在受访公司中,约60%的公司来自欧洲,30%来自美国,约10%来自亚洲。调查发现,大部分受访公司已经设定了碳减排或碳中和目标;部分公司在设定碳中和目标的同时,还设立了阶段性的碳减排目标。这些受访公司从技术创新到工艺改进,制定了包括可再生能源、工艺改进、碳友好产品、碳补偿方法四个方面的减碳战略。
可再生能源
发展可再生能源是实现碳中和的主要途径之一。与煤炭和天然气相比,可再生能源产生的温室气体较少或趋近于零。燃煤发电所产生的二氧化碳排放量为0.6至1.6kg二氧化碳/千瓦时,而可再生能源产生的二氧化碳趋近于零。很多跨国化工企业已通过采购风电、太阳能电力、核电、水电等清洁能源,以减少运营过程中所排放的二氧化碳。随着世界化石燃料储备的减少,采用可再生能源来转变能源结构将是非常重要的。参与调查的AICM成员公司中超过60%的受访公司在其战略中提到了可再生能源(表1)。
◆ 在签署美国和西班牙的电力购买协议( Power Purchase Agreement,PPA)协议之后,Air Liquide已与欧洲最大的电力和热力生产商和零售商之一Vattenfall签订了长期电力购买协议,承诺购买荷兰总计25兆瓦的海上风能。得益于这份长达15年的长期合同,Air Liquide将能够为其在荷兰的部分工业和医疗气体生产基地提供可再生能源,包括该集团在莫尔代克港建造的第一座世界规模的制氧厂。在合同期限内,Air Liquide将为其集团在荷兰的活动提供相当于集团当前消耗量15%的可再生能源,将节省高达75万吨的二氧化碳排放。
◆ DuPont在丹麦格林斯泰兹的工厂是该公司向碳中和设施和价值链迈进的成功案例之一。 该工厂用木屑代替煤炭燃烧。投资前,该厂二氧化碳排放量高达约45,000吨。而这个项目使他们能够实现负排放(即减少的二氧化碳量高于排放的二氧化碳量)。此外,新的设施产生的余热将提供给当地社区,为3,600户家庭供暖,从而达到进一步减排。预计该系统每年将削减64,000吨二氧化碳排放量。截至2017年,该工厂已经实现了100%碳中和。
工艺改进
生产工艺改进具有强大的碳减排潜力。 参与调查的 AICM 成员公司在碳减排战略中提到,监控生产过程的碳足迹,优化资源管理系统,提升能源效率,将成为碳减排的重要举措(表2)。此外,参与调查的成员公司认为投资与创新对于提高工艺效率、优化固废处理系统等绿色低碳技术也至关重要。
◆ BASF与SABIC、Linde合作,共同研发世界上第一台电加热蒸汽裂解炉的试验炉。他们计划用一个电阻加热器或电子炉来加热裂解炉。若该加热系统完全由风能和太阳能等可再生能源提供动力,则该系统可实现零碳排。与传统的裂解炉相比,能源从天然气转换为可再生电力可减少高达90%的二氧化碳排放,并使基础化学品的生产基本实现零二氧化碳排放。
◆ 聚酯再生技术是一种分子或更高级的回收利用形式,它使伊士曼能够将一系列聚酯塑料废物回收,其中包括软饮料瓶、地毯、甚至以聚酯为原料的服装等材料,避免聚酯塑料进入填埋场和垃圾焚烧厂。该技术不仅可以回收透明的一次性水瓶,还包括彩色塑料瓶和地毯纤维等产品。伊士曼的聚酯再生技术可降解聚酯,利用糖酵解或甲醇酵解将其转化为基本单体,从而制造新材料。回收分子所制成的材料与用原生或非回收材料制成的材料基本没有区别。伊士曼通过解聚作用可以使聚酯废物多次回收,使其不再自然降解。与传统技术相比,该技术可以减少20%-30%的温室气体排放量。
◆ 将农业废弃物转化成环保型生物燃料的工艺需要在技术创新和经济效益上取得突破,而Clariant开发的sunliquid®工艺可满足其所有要求。通过利用集成工艺的酶生产、优化的酶、同时将纤维素和半纤维素转化为乙醇和节能的工艺设计,极有可能克服技术上的挑战并充分降低生产成本,以达商业性的推广运用。与汽油相比,用sunliquid®生产的纤维素乙醇可降低约95%的温室气体排放,在整个生产过程中实现能源的自给自足,不需要添加额外的化石燃料。从 2009年开始,Clariant就在慕尼黑研究中心成功运营第一个试点工厂,每年能够生产2吨的乙醇。2012年7月,Clariant在特劳宾试运营了一个工厂,每年生产量高达1,000吨的纤维素乙醇。2018年秋季,Clariant还在罗马尼亚的波达里建设当地第一个商业规模的纤维素乙醇工厂。
碳友好产品
未来,可持续发展将重点关注产品本身的化石碳含量。根据产品的生命周期分析( LCA),产品在达到使用寿命后,处置过程所产生的二氧化碳同样会造成温室效应,而使用生物原料可以减少该类排放。部分 AICM 成员公司已开展对生物基产品的研究和开发(表3)。
此外,部分参与调查的 AICM 成员公司还致力于建立可持续的碳友好供应链。通过与合作伙伴的协作创新以及对供应商的高标准要求等方式,积极减少行业的碳排放。
◆ Covestro于2021年开始制造并提供世界上首批气候中立的聚碳酸酯,这是其实现闭环生产的重要一步,更好地支持客户实现可持续发展目标。这些聚碳酸酯原料均为生物废弃物和一般废弃物,能源均为可再生能源,以实现生产全周期的气候中和。Covestro计划将在欧洲生产首批聚碳酸酯,因为欧洲具备充足的原材料和可再生能源。Covestro聚碳酸酯在全球有5个大型基地和7个小型基地。公司希望通过价值链体系并持续积累原材料和可再生能源,以实现生产零碳排的聚碳酸酯。Covestro希望在中国市场推广这一战略,目前,公司与上游合作伙伴一起积极筹备,积累可再生原材料和可再生能源。Covestro的目标是在全球所有基地逐步实现该计划。Covestro在中国拥有全球最大的聚碳酸酯生产基地,计划在中国基地尽快推行这一战略。
◆ Solvay公司的CYCOM®解决方案有助于减少飞行过程中25%的燃料消耗。具体来说,CYCOM®在商用和军用飞机项目以及极端需求的工业应用中拥有数量最多的合格产品,并同时实现产品的高性能。从主要和次要的飞机结构到内部应用,CYCOM®产品为制造商提供了不同的选择,帮助用户实现减重的同时降低成本,并从价值链上满足用户对低碳产品和服务的需求。
碳补偿方法
碳补偿对于实现碳中和目标至关重要。碳足迹包括从工厂生产到办公运营的各个步骤,其中,一部分碳排放无法通过节能减排实现零排放,而碳补偿技术正是减少这类碳排放的重要措施。
投资碳补偿项目也是另一种实现谈补偿的途径。公司可以通过植树或投资相关项目来实现碳中和目标。近年来涌现了很多新的碳补偿项目,企业通过投资这些项目来抵消其碳足迹,如植树造林和可再生能源的发展相关的项目。Ashland和Lubrizol正在全球范围内植树,而BASF在其战略中提到碳捕集并计划投资碳捕集与封存(CCS)项目,该项目是全球最大的碳捕集与封存(CCS)项目之一。
参与调查的AICM成员公司已经发布了领先的碳目标计划。根据调查问卷中收集到的信息和公开资料,大多数成员公司已经围绕可再生能源、工艺改进、碳友好产品和碳补偿的战略开展实际行动。
◆ExxonMobil是碳捕捉领域的先驱,在碳捕捉与封存(CCS)技术方面拥有超过30年的经验。公司目前的碳捕捉能力共计约900万吨/年。 ExxonMobil是第一家碳捕获超过1.2亿吨二氧化碳的公司,这相当于超过2,500万辆汽车一年的排放量。此外,ExxonMobil投资了全球约五分之一的二氧化碳捕捉项目,其碳捕捉量占全球碳捕捉量约40%。ExxonMobil还宣布创建一个新的业务——ExxonMobil碳解决方案,以实现减排技术的商业化和部署。此业务将专注于碳捕捉与封存,这是实现净零排放和《巴黎协定》中概述的气候目标所需的关键技术之一。
◆Lubrizol承诺增加对气候变化复原力事业的资助。他们与俄亥俄州东北部的克利夫兰大都会公园建立多年合作关系,保护该公园的16,000英亩森林,提升其对气候变化的复原能力。Lubrizol也是向大自然保护协会(The Nature Conservatory)“种植十亿棵树运动”捐款的Berkshire Hathaway公司之一,其目标是在地球上种植十亿棵树。同时,为了保护其员工居住地的生物多样性,Lubrizol基金会还对蒙大拿州公园基金会和德克萨斯州阿曼德河口自然中心提供了资金支持。
展望
2060碳中和计划为中国所有行业的长期减碳计划奠定了基础,而化工行业作为高能耗排放行业之一,制定有效的减碳目标是帮助国家实现碳中和目标不可或缺的重要步骤。
中国未来会有更多支持性的政策与新的机遇,以鼓励更多的企业与行业进行低碳技术投资。在政府与政策的支持下,AICM会持续激励成员企业制定碳中和目标及战略,共同迈向未来的碳中和之路。AICM的会员企业持续致力于制定不同的碳中和战略,如使用可再生能源,改善工艺流程,使用环保产品,碳补偿等。然而,AICM坚信化工行业将会使用更多技术性改善方案,以提升工艺流程中的能源使用效率,并最终达到减少碳排放的目的。
除了技术层面上的发展机遇以外,中国的碳市场也有蓬勃发展之势。在一系列政策的支持下,2020年,中国碳补偿市场的规模扩大了46%,总交易的中国认证减排量达到6,300万。同时,中国的“十四五”规划为未来的碳中和之路与碳交易市场的参与度打下了良好的基础。AICM与其成员企业会及时关注国家碳市场的变化以及其为化工产业带来的机遇。
变化与挑战总是相辅相成的。AICM意识到化工行业对化石燃料有很高的依赖性,而过渡到清洁能源可能会带来很高的技术成本。因此,中小型企业要改变现有的能源结构或使用新技术并不容易。我们相信,随着技术的发展与政策的支持,企业的低碳之路成本将会随之降低。
AICM的成员企业所做出的努力是我们迈向低碳未来的第一步。我们坚信,在技术与政策的支持下,化工行业将有机会改善现有的低碳战略。AICM中将会有越来越多的成员企业克服挑战,共创碳中和的未来。
本文整理自《AICM 2021可持续发展报告》,全文有删减
来源:荣格-《国际塑料商情》
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