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產業技術評析

國際化學品大廠主要減碳措施
發表日期:2022-04-27
作者:范振誠(工研院)
摘要:
歐盟執委會(European Commission)於2019年底發佈歐洲綠色新政(European Green Deal),揭示2050年碳中和的目標,使得「淨零碳排」成為國際熱門討論議題。

全文:

一、前言
 

歐盟執委會(European Commission)於2019年底發佈歐洲綠色新政(European Green Deal),揭示2050年碳中和的目標,使得「淨零碳排」成為國際熱門討論議題。為因應全球氣候變遷並致力於環境保護,目前已經超過130個國家宣示或規劃於2050年達到淨零碳排 ,國際大廠也紛紛加入淨零轉型的行列,並逐漸要求合作廠商減少碳排放。淨零碳排的議題在上位政策推動、國際大廠驅動、全球倡議啟動下,已成為企業不可忽視的重要議題。美國《化學與工程新聞》(Chemical & Engineering News,C&EN)每年發布「全球最大的50家化學公司」排行榜,該名單按照化學公司前一年度的化學品銷售額進行排名。工研院產科國際所根據排名前10大化學企業近年的發展動態進行研析,整理前10大企業主要減碳措施。
 

二、2021年全球前10大化學品企業
 

美國《化學與工程新聞》(Chemical & Engineering News,C&EN)每年發布「全球最大的50家化學公司」排行榜,該名單按照化學公司前一年度的化學品銷售額進行排名。2021年前10大化學品企業分別為:巴斯夫(BASF)、中國石化(Sinopec)、陶氏(Dow)、英力士(Ineos)、沙特基礎工業(SABIC)、台塑(Formosa Plastics)、LG化學(LG Chem)、三菱化學(Mitsubishi Chemical)、林德(Linde)、利安德巴塞爾工業(LyondellBasell)。
 

表1全球前10大化學品企業營收狀況

排 名

公 司

化學品營收(億美元)

化學品營收占該公司比例(%)

1

BASF

674.91

100

2

Sinopec

466.56

15.7

3

Dow

385.42

100

4

Ineos

313.10

100

5

SABIC

287.92

92.3

6

Formosa Plastics

277.11

72.4

7

LG Chem

254.77

100

8

Mitsubishi Chemical

253.23

83.0

9

Linde

243.92

89.5

10

LyondellBasell

234.07

84.3

資料來源:C&EN;工研院產科國際所ITIS團隊整理(2022/04)
 

化學品企業身為許多產業上游的原料供應者,若能從源頭供應低碳綠色材料,不僅可達成本身低碳承諾目標,亦可協助下游企業邁向淨零碳排。前5大化學品公司在全球淨零碳排趨勢下,皆已承諾邁向碳中和:BASF承諾2050年達成全球淨零碳排,2030年降低25%的二氧化碳排放,較1990年減少60%的碳排放;中國石化(SINOPEC)目標2060年前實現碳中和;Dow提出2030年範疇一和範疇二的碳排放較2020年減少15%(相當於500萬公噸),以及2050年達到淨零碳排的目標;INEOS承諾2050達到碳中和目標。到 2025 年,目標將每公斤產品的排放量減少 10%;SABIC承諾2050邁向碳中和。

排名6-10位企業對於碳中和的承諾顯得較為保守。Mitsubishi Chemical與LyondellBassel都是在2021年底才承諾2050碳中和目標,LG Chem只是承諾「碳中和成長(註:2050年淨碳排放為1,000千公噸)」。
 

三、八大減碳措施邁向淨零碳排
 

根據分析整理,化學品企業主要減碳措施包含:

  • 採用低碳排能源,立即降低二氧化碳排放
  • 創新減碳製程設計,大幅降低碳排放
  • 電氣化製程取代傳統裂解爐
  • 碳源再利用,包含碳捕捉、封存與再利用
  • 發展綠色氫氣
  • 機械回收塑膠,讓廢棄塑膠成為有價資源
  • 化學回收塑膠,擴大再生塑膠使用路徑
  • 生質化學品

採用低碳排能源,得以立即降低二氧化碳排放,成為前10大化學品企業共同性的減碳策略。龍頭企業BASF全方位佈局各項減碳措施,值得所有化學品企業做為借鏡。
 

表2全球前10大化學品減碳發展措施

表2全球前10大化學品減碳發展措施

資料來源:工研院產科國際所ITIS團隊(2022/04) 
 

(一)採用低碳排能源,立即降低二氧化碳排放

Dow設定2025年使用再生能源750MW的目標,透過和再生能源供應商簽訂長期供電合約,確保取得具價格競爭力的再生能源。目前已在阿根廷、巴西、德州和肯塔基州的製造工廠簽訂再生能源協議,將使用再生能源338 MW,預計減少碳排放22.5萬公噸;LG Chem是韓國首家化學企業提出在全球所有工廠朝向100%使用可再生能源100%使用。LG Chem計畫通過可再生能源的100%使用,將2050年碳排放量預期值減少60%以上;台塑企業配合政府再生能源政策,近年在太陽能、風能與水力發電皆有佈局:

  • 太陽能發電:評估在既有廠房、行政樓或停車場屋頂建置太陽能板,共設置約4,200瓩(kW),其餘園區規劃中的設置容量尚有約5萬瓩以上。
  • 水力發電:台化公司與嘉南農田水利會合作,在不影響灌溉、民生及工業用水的情況下,共同開發包括烏山頭、西口及八田水力發電廠。截至2020年9月已累積發電11萬度,減碳超過61萬公噸。
  • 風力發電:台朔重工將原本在麥寮園區的4部660瓩的風力機組,汰舊換新成3部4,200瓩,再加上台塑石化公司持續規劃增建7部4,200瓩的風力機組,合計共10部風力機組,總投資額約20億元新台幣。

(二)創新減碳製程設計,大幅降低碳排放

開發新製程,取代現有製程也是國際大廠發展重要措施。Dow在丙烷脫氫生產丙烯的製程開發出新的流體催化脫氫技術(Fluidized catalytic dehydrogenation, FCDh),此技術能夠提高觸媒使用效率使碳排放減少20%,生產成本亦減少25%。目前正將新技術導入路易斯安那州Plaquemine廠的裂解爐,預計於2022年啟用,丙烯年產能達10萬公噸。

BASF碳排放前10大的化學品生產製程中有5項需使用「氫氣」,因此BASF將開發新的低碳氫氣生產技術。BASF預計2024年在德國Ludwigshafen的一體化廠Verbund開始建置水電解產氫廠,已申請歐盟IPCEI氫氣技術計畫9千萬歐元經費,將增加8千公噸的年產能。然而,水電解產氫技術的能耗大且成本高,所以BASF著手研發新技術—甲烷熱裂解產氫,此技術將甲烷裂解成固態的碳和氫氣,固態的碳可以直接儲存起來,或是應用於煉鋼,可達到零碳排,能耗較水電解技術少80%。預估在2030年商轉,目前已獲德國聯邦教育與研究部(BMBF)的經費支持。

(三)電氣化製程取代傳統裂解爐

傳統的裂解爐仰賴化石燃料供應能量,國際大廠發展電熱爐計畫以再生能源取代傳統化石燃料,將能在源頭減少90%的碳排放量。

BASF在與SABIC、Linde簽署一項合作協議,將共同開發再生能源發電加熱蒸汽裂解爐(e-FURNACE),取代以往燃燒天然氣加熱的方式,預估將能減少90%的碳排放量。目前為評估階段,預計2023年於BASF Ludwigshafen工廠新建試驗工廠(pilot plant);Dow和Shell也合作投入電加熱裂解爐的開發,目前亦處於評估階段,預計在取得額外資金支持的條件下,於2025年啟動新建試驗工廠(pilot plant)。

(四)碳源再利用,包含碳捕捉、封存與再利用

多數大企業在持續發展高值化產品、減少大宗石化產品產能之際,惟有排名第2名的中國石化(Sinopec)仍處於大宗石化產品擴充的時期。原本中國大陸頒布「能耗雙控」指令,將對中國石化未來新建大型石化基地造成莫大危機。所幸,隨著政策發生變化,中國大陸已經放寬對限制石化產能擴張的嚴格控制。監管機構現在必須將新增原料用能排除在各地區能源消費總量控制以外,讓石化新建計畫得以繼續進行。雖然持續擴充大宗石化產能,中國石化配合政策邁向碳中和目標,積極興建CCUS示範項目。

中國石化參與簽署《中國石油和化學工業碳達峰與碳中和宣言》,同時制定了《碳資產管理辦法》,對下屬所有企業開展碳盤查,積極參與碳交易試點專案,目標2060年前實現碳中和。目前中國石化正在興建百萬公噸級碳捕捉/封存/利用項目(Carbon Capture,Utilization and Storage, CCUS),由齊魯石化捕捉、提供二氧化碳運送至勝利油田進行驅油封存。此項目為中國大陸目前規模最大的示範項目,規劃2022年第一季完工投產。

不論是碳捕捉或是碳源再利用,BASF都有相關的佈局計劃。BASF加入Antwerp@C聯盟,與多家業者共同研議如何將園區內工業排放的碳源捕捉、封存以及再利用。(註:Antwerp@C聯盟目標於在2030年前,實現Antwerp港碳排放量減半。合作成員包括:法國液化空氣公司(Air Liquide)、BASF、北方石油公司(Nord Oil)、艾克森美孚(ExxonMobil)、英力士(Ineos)、道達爾(Total)、安特衛普港(Port of Antwerp)和Fluxys)。

(五)發展綠色氫氣

除了前述BASF發展新製程生產綠色氫氣之外,其他多家企業也開始佈局綠色氫氣。2021年底,INEOS宣佈投資超過20億歐元用於電解水產氫項目。目前規劃在挪威建造第一台配備20MW電解槽的設備,通過電解水生產綠色氫氣。Linde使用再生能源推出低碳足跡電力生產的各種氣體產品,協助合作夥伴降低產品碳足跡。2021年8月, Linde在奧地利英飛凌(Infineon)晶圓廠區興建「綠色氫氣」(Green hydrogen)工廠,生產並儲存高純度氫氣。此綠色氫氣工廠將由100%再生能源自水中分解氫氣後再進行濃縮。新廠預計2022年完工啟用,最大產能每日800公斤氫氣。

(六)機械回收塑膠,讓廢棄塑膠成為有價資源

機械回收是目前廢塑膠主要回收方式,但機械回收有其發展限制,使得回收料的去化往往只能降階使用。國際大廠開始強化廢塑膠機會回收技術。LG Chem正在ABS、PC產品生產上提高廢舊塑膠原料含量的消費後再利用(PCR)產品。目前LG Chem開發了PCR PC(聚碳酸酯)原材料含量占60%的回收再生塑膠,供應至下游客戶。未來,將進一步把PCR PC材料含量提高至最高85%。此類型PCR產品也將繼續擴大至ABS和聚烯烴等。

(七)化學回收塑膠,擴大再生塑膠使用路徑

加速佈局塑膠循環經濟是多數化學品大廠現行主要措施。BASF的化學回收專案、SABIC的TRUCIRCLE計畫、Dow 積極尋求合作取得廢塑膠再生料源,目標2030年供應回收再生廢塑膠達100萬公噸。三菱化學以發展生質塑膠為主要策略,也開始與化學回收技術商合作,積極佈局化學回收廢塑膠;LG Chem持續強化機械回收塑膠的含量,也開始將化學回收技術視為該公司中長期發展策略;LyondellBasell已完成化學回收廢塑膠的試驗工廠,持續朝向大規模商業化邁進。
 

圖1:LyondellBasell生質/機械/化學回收並進發展

資料來源:LyondellBasell;工研院產科國際所ITIS團隊整理(2022/04)

圖1:LyondellBasell生質/機械/化學回收並進發展
 

(八) 生質化學品

許多企業持續佈局生質化學品,BASF持續探索與開發生物基材料或是生物可分解材料。Mitsubishi Chemical以生質塑膠作為該公司發展低碳材料的主要策略。該公司除了擁有以植物為原料,且具有可生物可分解的聚丁二酸丁二醇酯 (Polybutylene Succinate;PBS)產品之外,另有植物由來但不具生物可分解的生質聚碳酸酯「DURABIO」以及聚碳酸酯二醇(Polycarbonate Diols; PCDL)「BENEBiOL」等產品。添加了己二酸(Adipic Acid)的聚丁二酸丁二酯共聚物(Poly-Butylene Succinate Adipate;PBSA)具有高於PBS的分解性,且亦有海洋分解性能,Mitsubishi Chemical亦將對PBSA進行強化開發,擴充該公司生質塑膠的產品線。
 

四、結論
 

根據美國《化學與工程新聞》(Chemical & Engineering News,C&EN)每年發布「全球最大的50家化學公司」排行榜,前10大化學品企業主要減碳措施包含:採用低碳排能源,立即降低二氧化碳排放;創新減碳製程設計,大幅降低碳排放;電氣化製程取代傳統裂解爐;碳源再利用,包含碳捕捉、封存與再利用;發展綠色氫氣;機械回收塑膠,讓廢棄塑膠成為有價資源;化學回收塑膠,擴大再生塑膠使用路徑;生質化學品。

因為採用低碳排能源,得以立即降低二氧化碳排放,成為前10大化學品企業共同性的減碳策略。塑膠化學回收技術則成為最熱門的技術議題,幾乎所有業者都紛紛加入此化學回收技術佈局。原本以機械回收為主的LG Chem、以生質塑膠為主的Mitsubishi Chemical,都加入化學回收的發展行列。

減碳或淨零碳排已是未來國際社會對永續發展的目標,短期內「碳關稅」並不會立刻衝擊塑膠產業的發展,但是品牌廠商的承諾卻會直接給材料供應商施加壓力。化學品廠商身為上游原材料供應者,若能從源頭就供應低碳材料,有助於建構完整低碳產業鏈。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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