永續化學發展途徑

主要發現

化學工業「去化石化」

• 化學品被應用於化妝品、肥料、藥品和塑膠等多樣領域，生產約70,000種產品，在人類生活中扮演重要角色。
• 全球發展導致農業肥料、汽車關鍵元件，及各種消費產品與家庭用品（如清潔劑、塑膠瓶、包裝和黏合劑）的需求增加。對甲醇、氨、苯、甲苯和二甲苯以及乙烯和丙烯等七種主要基礎化學品的依賴性也在成長，目前化學工業總碳排量約有52%與這七種化學品的生產有關。 而預估到2050年，這七種關鍵化學品的生產量將較2020年增加近70%，從7.4億噸增至12.55億噸。
• 目前大多數化學品的生產依賴化石燃料作為能源或原料，這使化學業成為第二大碳排放產業，僅次於鋼鐵業。
• 根據雪梨科技大學（UTS）發展的「一個地球氣候模型」（OECM），若要符合巴黎協定的目標，2020至2050年間，化學工業能源相關的碳排額度為196億噸。達成此目標勢必要以氣候友善的方式來生產化學品，落實化學工業「去化石化」。
• 化學工業投入的能源資源和原料須從化石燃料轉變為低碳或零碳來源，例如生物質和綠色分子。同時，產業需要新技術來運用這些原料，確保化學品加工過程中的碳排有所限制。

化學工業永續須從多面向著手

• 即使效率提升，預估生產上述七種關鍵化學品所需的能源量，在2020年至2050年間仍將增加81%。目前約有95%的化學工業原料來自化石燃料，而這七種基礎化學品的能源使用量約占整個化學產業的74%。這意味著，若要達到巴黎協定的目標，在2020至2050年間，這些化學品生產所致的年排放量至少須較2020年減少85%。
• 化學品加工中存在高度的互聯性，烯烴和芳烴基於相同的化學中間原料（乙烷、丙烷和石腦油），而甲醇和氨主要來自天然氣。再生氫（亦稱綠氫）作為新型中間原料具有很大的潛力，因其可用來生產多種化學品。報告預測，從再生來源取得的二氧化碳將成為必要原料，這有助於減少化學品生產過程中對化石燃料的依賴。
• 即便化學工業能再進一步減少排放，恐仍難達到巴黎協定將氣溫升幅限制在高於工業化前水準1.5℃以內的目標。因此，化學品產量成長須放緩，因而需透過循環經濟、減少塑膠消耗、增加產品生命週期等方式減少化學品需求，並利用新技術來提供熱能和電力，以再生原料代替化石燃料。

化學工業的三難課題：
產量與所需能源逐年升高，減碳壓力增

對化石燃料的雙重依賴

• 化學工業對化石燃料有雙重依賴。許多化學過程開始的階段，有賴於使用化石燃料作為原料，如原油、石腦油或天然氣，這些原料被轉化為基礎化學品，再製成最終產品，如塑膠、溶劑、肥料和藥品。同時，化學工業也仰賴化石燃料能源來提供高溫熱能和電力，驅動化學過程。
• 化學工業去化石化的過程中，須解決其總體二氧化碳排放問題，包括能源相關和非能源相關的排放。

化學工業的三個能源需求

• 化學品生產過程有三個主要能源需求（不同化學品根據其生產過程，會有不同的能源特徵）：
  • 熱能所需能源：
    化工產業消耗石油、天然氣等化石燃料，在高溫環境（溫度範圍通常落在500°C到1000°C左右）產製中間原料。整個過程所需的能源約占總使用量的15%至56%（依化學品種類而有不同）。
  • 非能源用途：
    天然氣、石腦油和其他應用於化學轉化的中間原料，屬於化石燃料的非能源用途。非能源排放由化學過程所驅動，二氧化碳是生產過程的副產品；此外，化石燃料轉化為碳氫化合物產品的過程也會產生碳排。根據化學品的不同，這些中間原料約占總使用量的48%到85%。
  • 電力：
    目前中間原料或大型化學基礎材料的產製過程中，電力並非主要能源來源，僅占產業總能源需求的1.1%。但電力在氯氣生產、空氣分離裝置和生產設施所需的輔助過程中有特定用途。隨著熱能過程朝電氣化發展，未來的電力需求將增加。
• 不同化學物質依據生產過程，會有不同的能量配置。舉例來說，乙烯和丙烯在加熱過程中，需要相對較多的能源；而氨和甲醇則需要相對較多的非能源用途（主要為原料用途），是主要的二氧化碳排放源。然而，很難單從非能源用途的原料使用量來預測二氧化碳排放，因為其碳排主要來自化學反應的過程。而在本文談到的七種主要化學物質中，電力提供的能量非常少。

投資三大基礎設施驅動去化石化

• 為達成化學工業「去化石化」，可透過投資三種關鍵基礎設施：
  • 建設新廠房或者改造既有設施，使其能夠生產再生化學品。
  • 為轉化過程提供熱能，主要透過直接電氣化（如電蒸汽裂解爐或熱泵），以及熱能整合與綠色燃料。
  • 再生原料供應（如木質素、生物合成的再生碳和再生氫氣）。
• 本報告估算去化石化過程七種化學品所需的投資範圍，並著重於前兩個項目：工廠基礎設施和熱能供應。結論是：化學工業實現淨零轉型過程中，至2040年預計需投入約4,400億至1兆美元，累計至2050年需投入約1.5兆至3.3兆美元。參考歐洲化學工業協會的資料，2022年全球化學工業的資本支出為2,670億歐元（發布時約為2,900億美元）。但這些投資不僅將帶來環境效益，還可能成為全球持續成長與就業市場的重要推動力。
• 這七種化學品的去化石化機制各不相同。以氨來說，其淨零排放主要透過再生氫來實現；再生甲醇則需要對生物甲醇與電子甲醇進行新生產基地的投資；烯烴（乙烯和丙烯）亦要在新生產基地進行投資，主要用於電氣化蒸汽裂解爐和生物乙醇轉乙烯的轉化過程。

即刻行動的重要性

• 儘管這項研究考察的時間涉及未來幾十年，但仍應高度關注可以立即採取的行動。因化學工業通常會進行較長遠的規劃，項目實施的時間通常落在5~10年，若不即刻採取行動，而持續投入新的傳統工廠，恐壓縮到整體時程，並造成大量閒置資產。根據「一個地球氣候模型」（OECM）預測，若去化石化進程延遲5年，光是在能源用途上，就可能增加60億噸的碳排。
• 「立即行動」是一個良好的商業決策。各產業的公司都已踏上淨零碳排的旅途，這些產業需要提供綠色材料。鋼鐵業就已掌握機會，將綠色鋼鐵作為高階產品進行銷售。而預期化學工業將可從中得到更大的收穫，因其產品面向更為廣泛。