如何打造更环保的化工行业

A general view of the German chemical company, BASF Schwarzheide GmbH in Schwarzheide, Germany, December 10, 2019.
Reducing emissions in this sector will be tough - but the rewards would be significantImage: REUTERS/Annegret Hilse
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  • 减少化工行业的排放可能对全球产生巨大影响。

  • 要实现这一目标,需要采取多管齐下的方法。

  • 其益处可能远远超出化工领域。

化工行业在气候讨论中发挥着至关重要的作用。一方面,化工产品对许多低碳技术不可或缺,包括可再生能源、住房和交通出行。此外,化学工业还需要开发能够适应更恶劣天气条件的耐用材料。另一方面,化学生产能耗高、二氧化碳排放量大。因此,该行业被归类为“难以减排”行业。

改造化学生产可对全球产生重大影响

目前,化学生产中的关键基础环节会产生大量温室气体(GHG)排放。然而,“难以减排”并不意味着“无法减排”。这确实是一项挑战,但考虑到化工行业巨大的二氧化碳减排潜力,我们必须迎难而上。

三种碳排放强度最高的工业化学工艺Image: 巴斯夫

工业排放量超过建筑业或交通运输业的排放量,且占全球温室气体排放量的30%以上在工业领域,化学生产与水泥生产和金属生产是最大的排放源。因此,化学生产的进步能够对全球产生深远影响。

2014年工业领域排放构成Image: Schneidewind,《大转型》,2018年

我们的产品有50%由碳构成,因此实现化工行业零碳排放根本不可能。尽管化工行业无法避免使用碳,但可以更高效地利用碳并减少温室气体排放。

需要采取多管齐下的方法,研发将发挥关键作用

巴斯夫确定了化工行业应对温室气体排放的三个主要领域(见下图):

化工行业的三个重点领域Image: 巴斯夫

由于大多数公司已经实施了重大能效改进措施,并大幅减少了温室气体排放,进一步提升能效对温室气体排放的影响将相对有限。

过去30年,该行业的排放量下降了60%Image: 欧洲化学工业理事会

因此,我们需要采取多管齐下的方法。在继续关注能效的同时,还必须推动突破性技术并利用可再生能源。同样,实现气候中和的未来需要多种技术。某些技术将帮助我们尽可能避免二氧化碳排放,而二氧化碳捕集以及以可再生或再生材料为基础的新型原料也将发挥重要作用。

理论上,利用现有技术实现化学生产零二氧化碳排放是可行的。但要在欧洲化工行业实现这一目标,所需的可再生能源电力将超过欧洲即使在最乐观的可再生能源情景下所能提供的电量。尽管如此,我们没有理由放弃。这应当激励我们提出革命性的新想法。

我们无法违背热力学定律;化学工业需要能源。但我们可以采用创新而巧妙的方法。甲烷热解就是一个例子,它以相对较少的能量将甲烷分解为固体碳和氢气。如果输入的能量来自可再生能源,这一过程就能在不排放二氧化碳的情况下制取氢气。

时间紧迫。我们不能坐等某一种技术会带来什么成果。因此,巴斯夫正在并行开发多个项目。只有到了以后,我们才能判断哪种技术在何种情况下最为成功。例如,我们碳管理研发计划中的一个项目,是将蒸汽裂解炉等放热工艺电气化。这将使蒸汽裂解产生的二氧化碳排放量最多减少90%。与此同时,我们与林德合作,找到了一种开创性的零排放合成气生产方法。

三种可能的减排路径Image: 巴斯夫

行业内需要共同努力……

单个企业无法独自改造化工行业。首席技术官(CTO)对此深有认识。因此,来自十多家化工企业的首席技术官和专家于2019年夏季齐聚一堂,共同开辟新路径。我们都怀着同一个目标:大幅降低本行业的碳足迹。我们期待探索新的方法,甚至建立能够加快这一进程的法律实体和组织架构。

这是一种全新的做法。传统上,企业强调专有技术,以获得关键竞争优势并在商业上取得成功。但如今,越来越多的企业希望超越双边项目和合资企业,携手改造整个行业。

为什么在开发新的气候友好型技术时,需要采取这种做法?新技术要产生影响,就必须实现规模化。在化工行业,扩大规模需要投入大量材料和人力成本——顺便一提,这也是本行业初创企业稀少的原因之一。成功实现规模化是行业转型的关键转折点。

行业内的合作将提高实现这一目标的可能性。不过,要成功落实,我们还需要跨行业合作。

……以及更多领域

未来的化工行业将同时推进电气化和新工艺,从而增加对可再生电力的需求。因此,电力行业必须迅速转型,为正在开发的技术创造条件。以我们位于路德维希港的最大生产基地为例,我们估计其电力需求将增至目前的三倍,从目前约7太瓦时(TWh)增至未来的20 TWh以上,而这些电力需要来自可再生能源。但如何才能在需要的时间和地点可靠地提供可再生能源?我们迫切需要切实规划并建设可再生电力供应,同时设法整合和输送这些能源。

化工行业转型需要多少电力?Image: VCI《2050年路线图》研究

除了可再生能源的供应能力,价格也是一个问题。价格将决定新的化学工艺能否与高二氧化碳排放工艺竞争。只有具备必要的基础设施,并为先行探索提供激励,低排放技术的潜力才能实现。例如,在全球碳定价机制尚不完善时,可以通过可再生能源定价来提供激励。我们化工行业将加快努力,让这些技术投入应用。也让我们加快步伐,使其具备经济可行性。

化工行业成功转型需要许多环节和各方共同参与,是一项团队事业。其益处也将远远超出这一领域,因为化学工业是许多价值链的起点和基础。一个具有竞争力的化工行业能够提供其他行业实现减排所需的产品,并增强各经济体的工业实力。

转型或许很艰难,也不会一蹴而就,但只要我们齐心协力,就有可能实现。

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