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淨零願景下化學產業減碳技術的發展方向 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2022-07-20 13:40
作者:劉致中/工研院

一、前言

化學產業貢獻了全球1%以上的GDP(Oxford Economics,2019),消耗了全球初級能源產品總量的30%,每日約消耗了全球石油需求的14%(1,400萬桶/日)、全球天然氣需求的9%(約3,150億立方米/日),是全球最大的初級能源產品使用產業,產業整體的碳足跡總量驚人。

二、IEA擘劃的化學產業減碳願景

IEA(國際能源總署)提出2070年全球化學產業可達到的減碳目標。2070年時的化學產業由於業內大幅投資二氧化碳捕捉、封存、再利用技術(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS),二氧化碳捕捉能力由2019年的0.13Gt提升至2070年的近0.6Gt;仍存在的剩餘排放被電力和其他能源產業轉型的負排放所抵消。整體來說,產業總排放量下降了約90%,從2019年的1.4Gt CO2下降至2070年的0.2Gt CO2;排放強度(生產1噸化學品所產生的排放量)也下降了90%。

三、願景下搭配的減碳技術

「材料使用效率增加」主要透過廢塑膠的回收和再利用,減少從礦產原料生產初級化學品(Virgin/Primary Chemical)來提升材料使用效率,目前正在發展的回收技術包括:(1)化學解聚技術-使用化學品將聚合物分解成單體、(2)溶劑溶解技術-使用溶劑來純化和分離出與原始塑膠品質相當的聚合物、(3)熱裂解技術-利用高溫將混合廢塑膠轉化為液態碳氫化合物、(4)水熱法技術升級版-應用超臨界流體分解聚合物,這些技術回收的廢塑膠可在SDS情境中達到近15%的減排量。

四、執行可能遭遇困境

由於下列的關鍵因素,讓全球化學產業的溫室氣體排放量被認為難以減少:

1.石化產品製程的高溫需求:生產乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯的蒸汽裂解裝置(Steam Cracker),和其他大型蒸餾設備需在接近1,000°C的溫度下運作,使用由綠電取代燒煤或天然氣來供應如此大量的熱量目前仍有技術困難度且昂貴(數個降低電氣化成本的計畫近期才開始執行)。其它搭配高溫製程的技術,如:二氧化碳捕捉、儲存與再利用技術(CCUS)和氫的生產技術目前仍尚未達到商業化階段。

2.既有大型資本資產替換不易:蒸汽裂解裝置等上游設備非常巨大,建造成本亦高,通常使用30年以上的一些歐洲和美國的老設備,才有可能提早淘汰。由於須考慮到建造這些設備的巨額投資(大型裂解裝置的成本約為40億美元),未達攤提年限,將會產生巨大的成本損失。

3.貿易競爭考量:大宗化學品及其衍生物的市場,其中許多產品可以具經濟效益的長距離運輸,具有國際性和高度競爭性。這使得生產國很難引入提高成本而不損害其出口的減碳措施,除非所有競爭者都這樣做。碳邊界調整措施(CBAM)也許可以提供一些保護,但在政治上會遭遇化學生產商的挑戰和阻撓。同時化學品國際供應鏈也非常複雜,通常跨越多個國家,因此在某一個司法管轄區採取的減碳措施,可能會對原料和產品市場產生連鎖反應。

4.化石原料替代困難:為了將化學產業供應鏈的溫室氣體排放最小化,包括製造原料、化學品的使用與化學品生命終結後的處置所產生的溫室氣體排放都需考量。如要達到淨零目標,則:原料中的碳和氫成分都必須來自大氣或電解氫、使用後化學產品需全數回收、使用生質能源等。由當前的技術和生質能源的有限性來看,這是一個巨大的長期挑戰。

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更新日期:2020-04-28

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