碳中和目标下的中国化工零碳之路

碳中中国和化目工标零下碳的之路 2022.04 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(RMI)，是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所致力于借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰及华盛顿特区设有办事处。 作者与鸣谢 作者 李抒苡，薛雨军，王珮珊 *除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。 其他作者 李婷 联系方式 李抒苡，sli@rmi.org 版权与引用 李抒苡,薛雨军,王珮珊,碳中和目标下的中国化工零碳之路,落基山研究所,2022 鸣谢 本报告作者特别感谢中国石油和化学工业联合会和能源转型委员会（EnergyTransitionsCommission）对本报告撰写提供的洞见观点与宝贵建议。 特别感谢AngelaWrightBennettFoundation、BloombergPhilanthropies、ClimateWorks Foundation、QuadratureClimateFoundation、SequoiaClimateFoundation和TheWilliamandFloraHew-lettFoundation对本报告的支持。 此外，我们也向为本研究提供意见和建议的来自企业和研究机构的专家们表示诚挚的感谢。 目录 前言5 第一章开启中国化工零碳之路：挑战与优势6 全球最大化工产品生产和消费国7 中国化工行业零碳转型的挑战9 中国化工行业零碳转型的优势10 第二章零碳图景下化工行业供需展望11 合成氨12 甲醇13 乙烯14 第三章化工行业碳减排路径：立足资源禀赋，发展颠覆技术17 技术可行性：化工行业碳减排路径18 经济可行性：零碳解决方案的成本分析23 第四章中国化工零碳之路：时间、空间演变和转型模式33 中国化工零碳转型时间线34 中国化工零碳产能地理分布37 中国化工零碳转型模式43 第五章政策建议48 报告参考文献51 前言 化工行业i是中国实现碳中和的关键行业之一，全国化工行业的碳排放占工业领域总排放的20%、占全国二氧化碳总排放的13%。化工行业也是难减排行业，其能源和原料难以被电气化完全替代。此外，中国初级化工产品产能较新，也为快速转型带来一定挑战。在双碳目标下，中国已着力构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系ii，增强顶层部署，并抓紧明确重点领域、重点行业以及各地的行动方案。根据《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，高耗能高排放项目严格落实产能等量或减量置换，对煤电、石化、煤化工等实行产能控制，未纳入国家有关领域产业规划的，一律不得新建改扩建炼油项目和新建乙烯项目。目前，中国化工企业在积极推进碳中和进程，例如，中国石化力争在国家目标提前十年实现碳中和，宝丰集团建设全球单厂规模最大太阳能电解水制氢项目以降低煤化工碳排放等等。 落基山研究所（RMI）是国内最早开展中国零碳图景研究的机构之一。早在2019年，落基山研究所与能源转型委员会（ETC）发布 《中国2050：一个全面实现现代化国家的零碳图景》报告，对中国全经济体实现零碳进行了情景分析，力图为国家长远战略目标决策提供技术参考。2021年9月，落基山研究所发布《碳中和目标下的中国钢铁零碳之路》报告，对钢铁行业如何实现零碳转型和助力碳中和目标，进行了具体路线图的分析和搭建。本报告《碳中和目标下的中国化工零碳之路》同样是落基山研究所针对重工业零碳转型的系列研究报告之一，将针对化工行业，开展零碳转型路线图研究。 相比于钢铁和水泥的需求增长放缓，中国化工行业的整体需求随着社会经济水平的提升，需更长的时间达到需求峰值。与控制需求相比，生产技术路径的转型更为重要。本报告的研究聚焦化工行业的零碳生产情景。本报告中，零碳生产即在化工产品的生产过程中达到二氧化碳的净零排放（可利用CCS等末端处理技术），最终产品为零碳化工产品。在此基础上，化工行业应优化原料来源，促进生产过程和原料的零碳，与上下游行业共同努力实现全生命周期净零排放。低碳生产是零碳生产的过渡路径，即大幅度降低生产过程中的碳排放。化工行业需要充分利用多样的碳减排手段，从能源和原料角度，降低甚至消除生产过程中的碳排放，促进化工行业的碳达峰和碳中和。 我们的分析表明，在碳中和目标下，中国三大化工产品合成氨、甲醇和乙烯的需求除了受传统用途驱动外，还将受新型需求点影响。此外，产品结构、原料结构、能耗结构和生产工艺也将发生巨大变化。由于供需关系、技术发展速度、成本构成等因素的不确定性，相比深入地研究和确定脱碳时间表，本研究更聚焦于在假设时间框架下中国化工行业的零碳转型趋势、短中长期安排和技术经济路线图，以期为政策制定、市场方向等提供参考。 i本产业文。中的化工行业是石化和化学工业行业，包含石油原料产业链和非石油原料产业链，是指利用石油、煤炭等上游原材料进行化学加工的ii“是中1+央N”层即面中推国进加“速双构碳建”工碳作达的峰系、碳统中谋和划的和政总策体体部系署，。《其中20，3《0年关前于碳完达整峰准行确动全方面案贯》彻是新碳发达展峰理阶念段做的好总碳体达部峰署碳，“中N和”工则作包的括意能见源》、即工“业１、”，交通保障运方输案、城。乡建设等分领域分行业碳达峰实施方案，以及科技支撑、能源保障、碳汇能力、财政金融价格政策、标准计量体系、督察考核等 挑战与优势 第开启一中章国化工零碳之路： 化工行业的二氧化碳排放占工业领域总排放的20%、占全国二氧化碳总排放的13%。1中国是全球最大的化工产品生产和消费国，中国化工行业零碳转型对全国实现碳中和目标至关重要，也对全球化工价值链低碳转型意义重大。中国化工的零碳转型之路挑战 和优势并存。其中，挑战包括持续增加的需求、高煤炭依赖程度和较年轻的资产。此外，中国化工零碳转型也具备独特的优势，包括较强的新技术部署能力、以具备零碳转型意愿和能力的国有化工企业为主导以及规模化、集成化发展优势等。 全球最大化工产品生产和消费国 化工行业在广义上为石化和化学工业行业，即石油原料产业链和非石油原料产业链。化工行业属于工业生产部门中的过程工业iii，即以自然资源为原料，通过物理和化学反应，生产用于非零售流通领域的通用大宗产品，作为产品工业的原料。化工产品的上游原材料主要包含煤炭、石油、天然气、原盐、石英石等自然资源。中国因为富煤缺油少气的资源特点，煤化工产业相对其他国家占比更大。化工行业产品众多，包含大宗化学品和精细化学品。大宗化学品的生产规模较大、利润水平较低，处于化工产业链上游，包含烯烃、芳烃等，而精细化学品则以大宗化学品为原料深加工而来，规模较小但附加值更高，用于农药、涂料等。 �I�����/���(���) 中国是全球最大的化工产品生产国，国际影响力在逐步扩大。根据欧洲化学工业委员会CEFIC数据，如图表1，2019年中国化工 产品产值合人民币10.4万亿元(1.48万亿欧元)，占全球的40.6%，预计2030年销售额将达到全球销售额的48.6%2。中国的化工行业近年来一直保持快速增长，工业增加值iv2015-2020年年均增长率为5.2%3。 中国也是全球最大的化工产品消费国，且保持消费量的快速增长。根据德国化学工业协会VCI数据，中国2019年化工产品需求消费额折合人民币10.7万亿元(1.54万亿欧元)，占全球总消费额的41.6%，比2018年的39.1%增加了3个百分点4。分产品的全球市场份额也占主导地位，根据IHSMarkit数据，中国的合成氨、甲醇和乙烯消费量分别占全球总消费量的约30%、60%和20%5。其中乙烯消费量为乙烯单体的表观消费量，若涵盖乙烯产业链下游产品，占比可进一步提高，如中国低密度聚乙烯(LDPE)消费量的全球占比为34%。 图表1全球分地区化工产品销售额和消费额(2019) 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0╈㎁ ╈㎁♔㛚◘孙㏐⵲ 埫孙 ��� ⴮紇孙 ��� 䥽┊紇孙 ꪝ孙 㛻嬤孙 ��1k�=7V�7�����k��DI����CEFIC,���DI���VCI iii工业的生原产料部是门工分为工程过业程的工产业品和，产以品物工理业变：化过为程主工，业产的品原大料多为为自人然类资直源接，使包用括，物如理汽变车化、冰和箱化等学的变生化，产如。化工行业、建材行业和冶金行业；产品 iv工增加业的增价加值。是工业企业全部生产活动的总成果扣除了在生产过程中消耗或转移的物质产品和劳务价值后的余额，为工业企业生产过程中新 图表2全球分地区主要化工产品消费量(2020) 100% 90% 80% 70% 90Ð��(%) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%�����3�����3� �����IHSMarkit $�k�$¾���R���$�����0;�� 数据来源：IHSMarkit 整体来看，中国化工行业的低端产品的产能过剩，而高端产品的产能短缺。尿素、电石、烧碱、纯碱等传统化工产品，产能利用率长期较低，行业正努力控制低端产品的过剩产能，从土地供应、能源技术评价、环境影响评价等方面优化结构，利用符合政策要求的先进工艺提升项目整体技术水平和运营效率。高端聚烯烃、特种工 程塑料、高端膜材料等高端产品，对外依存度保持在较高水平，需要国内产能进一步发展以缓解高端产品的进口压力与产业链安全风险。总的来说，多数传统化工产品产能增速放缓或产能总量下降，而化工新材料和专用化学品产能持续发展。 中国化工行业零碳转型的挑战 化工是难减排的重工业行业之一，碳排放主要来自反应过程和能源消耗。中国化工部门碳排放约为每年13亿吨，在全国二氧化碳总排放中的占比为13%，占工业领域总排放的20%。此外，化工行业的非二氧化碳温室气体排放也将增加碳当量排放，如合成氨产业链中产生的氧化亚氮和天然气化工装置逸散的甲烷等。作为重点耗能和排放行业之一，化工行业的企业也有望在未来几年纳入全国碳市场，成为中国实现碳中和愿景的重点关注领域。 中国化工行业零碳转型的挑战主要包括： 从需求端看，行业仍处于上升期，化工产品的总需求整体仍将不断增加。总需求方面，中国人均化工产品消费额为折合人民币8107元，而美国的人均化工产品消费额为9584元，比中国高近 20%。随着国内经济水平和国民生活品质的提升，中国对于化工产品需求总量有较大的增长空间；对外依存度方面，高端化工产品自给率不足，如国内光伏级EVA和茂金属聚乙烯进口依赖度分别为75%和80%6，随着中国化工高精尖技术的突破，和政策资源对于高端产品供给的鼓励，高端化工产品的对外依存度会不断下降且产能会持续增加。 从供给端看，中国化工生产对煤依赖度高，而与煤相关的碳强度大大高于其他原料。中国因为自身的煤炭资源禀赋，煤化工产业体 图表3全球初级化工产品产能年龄构成(2020) 量很大。以甲醇产品为例，中国甲醇产量有75%为煤制，而全球这个比例仅为35%7，美国和欧洲均没有煤制甲醇。煤炭相比其他的原料有更高的碳元素含量，生产碳含量相对较少的产品时，比其他原料碳排放更大。如生产一吨甲醇，煤炭路径的工业过程碳排放约为2.1吨，天然气路径的工业过程排放仅为0.7吨；而生产一吨合成氨的煤炭路径和天然气路径的工业过程碳排放分别为4.2吨和2.1吨8。中国庞大的煤化工产业为脱碳增加了难度。 此外，中国化工生产相关资产仍偏年轻化，快速转型可能带来的搁浅资产风险更高。根据国际能源署IEA数据9，如图表3，中国年龄较新的产能在化工等重工业行业中占据全球总产能的一半以上。例如，中国目前合成氨生产设施投产后的平均运行年限仅13年，甲醇约8年，乙烯约7年，近期仍有不少新增产能规划建设，而典型的设施投产后的寿命均在30年甚至40年以上。与其他国家相应生产设施均接近退役时限的