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中國化工行業零碳轉型的十大路徑

來源:中國標準化研究院資環分院  撰稿人:  發布時間:2022年05月27日 瀏覽:
摘要:

化工行業碳排放每年13億噸,占全國碳排放13%,高碳重點行業之一,未來有望納入碳市場。根據一份重要研究報告,中國化工行業零碳轉型面臨3大挑戰、3大機會和7大路徑,并分析了經濟成本、路線圖與三種生產模式。

  化工行業碳排放每年13億噸,占全國碳排放13%,高碳重點行業之一,未來有望納入碳市場。根據一份重要研究報告,中國化工行業零碳轉型面臨3大挑戰、3大機會和7大路徑,并分析了經濟成本、路線圖與三種生產模式?;ば袠I碳減排可從消費側和供給側入手,路徑包括消費減量、產品高端化、終端替代、效率提升、燃料替代、原料替代、末端處理等十個方面。從技術方案看,在化工產品生產中,可從原料低碳、燃料低碳和系統節能三個維度考慮碳減排。從經濟性看,綠氫、CCS等顛覆性技術的成本下降將使化工低碳、零碳生產的成本競爭力將大大提升。

  路徑一:消費減量

  消費減量可以從源頭降低能耗和碳排放,不同產品的消費減量潛能不同。如甲醇和合成氨在交通運輸中對傳統燃料的替代;而在部分傳統領域,尤其是高耗能高污染行業,消費減量的潛能更大,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,都會隨著經濟結構的變化、循環經濟的深入和生活習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化建筑行業材料都會促進消費減量。

  路徑二:產品高端化

  產品高端化可有效淘汰落后產能和優化低端產能,降低行業能耗和碳排放。中國的化工產業的產量和產能均處世界前列,但是在高端產品的產業鏈上仍然存在技術受制于發達國家的問題。以烯烴行業為例,整體上同質化嚴重,且主要集中在世界石化產業鏈的中低端,高端高性能聚烯烴產品關鍵技術短缺。國內烯烴產業仍然有較高的當量進口量,進口產品集中于以茂金屬聚乙烯為代表的高端聚烯烴產品。聚甲醛等工程塑料產品產業鏈也有很大的深度發展潛質。

  路徑三:終端替代

  在滿足服務功能的同時,化工產品在終端應用上可以由更環保的產品提供。如在材料上,可以通過生物基材料的發展和推廣進行替代。根據Nova Institute的報告, 2020年全球生物基塑料等結構高分子材料的產量為420萬噸,為化石資源基產量的1%。生物基結構高分子材料年復合增長率高達8%,并預計在未來五年持續增長。中國生物基化學品研究起步較晚,但在“十二五”國家科技支撐計劃中,生物基材料和生物基化學品被列為研究核心,下游材料應用和商業模式的發展獲得大力推動。各省政策要求限制和禁止不可降解塑料的使用,也將推動可降解生物基材料的推廣。

  路徑四:效率提升

  化工反應大多在高溫高壓催化劑的反應條件下進行,因此對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可提高熱能利用效率,新型催化劑的應用可以降低化學反應所需的溫度,從而減少能源消耗,降低碳排放。例如,林德公司的EDHOX技術可將烯烴蒸汽裂解的反應溫度從870°C降低到400°C以下,該技術已在德國開展試點項目。

  路徑五:電加熱

  電氣化是替代化石能源的重要手段,化學反應中的溫度壓力要求大多可通過以電為能源的反應器達到,例如電裂解爐可以作為制取烯烴的反應器。巴斯夫、沙特基礎工業和林德公司正在共同開發推廣電加熱蒸汽裂解爐22,并計劃2025年實現商業化?,F階段,電裂解技術發展的瓶頸主要來自電網、設備、電加熱效率等。使用綠電進行電加熱對該技術環境屬性的提升至關重要,目前中國的電力結構以煤電為主,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:生物質

  生物質資源包含秸稈、畜禽糞便、林業廢棄物等,工業利用的生物質燃料多為生物質天然氣或生物質液體燃料。生物質燃料以燃燒的形式供熱,與傳統的化工加熱爐差異較小。目前生物質燃料技術較為成熟,但是經濟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構,投資研發以非糧食為原料的第二代生物質燃料23。國內的生物質發展前景、以及是否有充足的生物質燃料用于化工行業,取決于未來的政策指引、市場情況和第二代生物質燃料的技術進展。

  路徑七:氫能

  氫能是理想的清潔能源,燃燒后僅生成水,且可滿足特定化學反應需要的較高溫度。陶氏化學與生態催化技術公司和西南研究院就“氫氣燃燒與節能Z烯生產的集成”進行合作。未來氫能在化工的能源應用主要集中在溫度需求較高、電爐很難高效率運行的場景,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:綠氫和Power-to-X (PtX)

  綠氫的應用可以有效地解決傳統化石能源原料碳氫比偏高的問題。以煤化工為例,煤炭與水通過水煤氣變換反應生產合成氣制取甲醇,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,將會最大化降低化I反應過程的碳排放。而PtX技術則大幅降低對化石資源的依賴,利用空氣中或者工業捕捉的二氧化碳,與綠氫結合制取化工產品。綠氫和PtX都已有相關的試點,如何通過技術革新和政策指|降低成本,將成為未來發展的關鍵。

  路徑九:生物質

  生物質的化工原料利用多以乙醇為中間體,制取Z烯等高附加值化學品。生物質制乙醇的技術成熟,在部分資源豐富的國家地區經濟性尚可,恥醇制Z烯轉化率高。中國生物質資源較為乏,且昧撥展路徑尚不明晰,大規模獲取生物質原料存在難度,生物質制化工品的成本可能長期處于較高水平。

  路徑十:末端處理

  對于經過原料、能源等不同維度的碳減排仍然剩余的碳排放,負碳技術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。為提高經濟性,中短期的CCS可以與成熟油氣田EOR (提高采收率)相結合,而長期應以咸水層封存為主以提高封存量。

責任編輯:褚贊贊
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