2022年碳中和目标下的中国化工零碳之路 零碳图景下化工行业供需展望

第一章开启中国化工零碳之路：挑战与优势

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。

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，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%。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%。

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IHS Markit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%。

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 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 ，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情况相比，中国化工行业在零碳转 型的过程中，需要同时综合考虑有计划地淘汰高碳产能、在现有设 施基础上进行碳减排改造、直接上新零碳产能等多种方案组合。 因此，如何妥善处置现有资产，规划好转型的时间线并尽量避免 资产搁浅的问题更为棘手。

中国化工行业零碳转型的优势

中国化工行业在零碳转型的挑战中也孕育 着三大机会： 首先，中国具有较强的技术集成水平，且市场规模大，拥有快速规 模化应用新技术的能力。乙烯成套工艺技术是石化产业技术含量 最高、最复杂的技术之一，而2012-2013年中石油大庆石化60万吨 和中石化武汉石化80万吨乙烯装置顺利投产，已标志着国产化大 型乙烯成套技术工业化的成功。此外，随着沈鼓、陕鼓等装备制造 厂技术水平提升，中国已成为世界上第五个可以制造百万吨级乙烯 生产设备“三机”v 的国家。在煤化工方面，继各类技术突破以来， 中国快速实现了2000吨/天大型气化炉、大型变换炉、12万等级的 空分设备、8万等级以上的空压机、百万吨煤制油反应器、60万吨 级甲醇制乙烯（MTO）反应器等的规模化突破。目前，可助力脱碳 的绿氢、CCS等技术初步发展。在未来，得益于中国快速规模化新 技术的能力，这些技术有望快速实现成本降低。

中国化工行业的主要企业以国有企业为主，有能力和资源带动行 业的零碳转型。美国化学与工程新闻（C&EN）发布的2020年全球 化工50强名单中，有5家中国内地企业入选，其中有3家为国有企 业，即中石化、中石油和中国中化控股的先正达。中石化和中石油 分别以616亿美元和227亿美元的销售额远远领先其他中国内地企 业，国有企业占据中国化工市场的主要市场份额。国有企业是双碳 行动的重点主体，一方面，国有企业受国家政策的约束力更强，另 一方面，也承担示范和引领的角色。例如，《国务院关于印发2030 年前碳达峰行动方案的通知》指出，重点领域国有企业特别是中 央企业要制定实施企业碳达峰行动方案，发挥示范引领作用。

此外，规模化布局与产业集成趋势明显，有利于资源、能源的 充分利用和规模经济发挥。大型化装置可以提高能效，从而降 低单位碳排放，如乙烯30万吨/年以下的小型装置能耗限定值为 830kgoe/t，折CO2排放为2.56tCO2/t，而30万吨/以上的大型装置 能耗限定值仅为720kgoe/t，折CO2排放为2.22tCO2/t。园区化 可充分发挥化工产业聚集的协同效应，依靠消费区或资源地，优化 电能和热能利用，形成产业链纽带并实现标准化运营。根据中国 石油和化学工业联合《化工园区“十四五”发展指南及2035中长 期发展展望》，“十四五”期间中国将重点培育70个具有一流竞争 力的化工园区。

由于化工行业中产品种类众多，上下游链条复杂，本报告主要关注 三个代表性产品，即合成氨、甲醇和乙烯。首先，从碳排放角度看， 在中国化工行业的所有子行业中，目前合成氨、炼油和甲醇碳排放 总量最高。考虑到未来成品油需求量增长潜力受限，炼油产业的 产能规模将有收缩的趋势。乙烯产业目前当量自给率约为60%，产 能增长潜能大，未来乙烯产业的碳排放也将随之增长。因此合成 氨、甲醇和乙烯将是未来化工行业碳减排的主要关注点。其次，从 在价值链中的地位看，合成氨、甲醇和乙烯下游产品众多且附加值 高，是化工产业的关键基础化学品。例如，乙烯是石油化工中最重 要的基础化学品之一，乙烯产品占石化产品的75%以上。乙烯下 游的各品类高端塑料也是推动社会全方面发展的重要产品。

第二章零碳图景下化工行业供需展望

随着中国工业化、城镇化逐渐步入后期，钢铁、水泥的需求长期来 看将有较明显的减量趋势。而与钢铁、水泥不同，化工行业零碳转 型的一大挑战是相关产品需求仍有持续上涨趋势。因此，分析化 工零碳转型的第一步，是对行业内主要产品的供给和需求进行展 望，深入分析其影响因素，以及碳中和新约束对产品供求情况的作 用。本章将针对合成氨、甲醇和乙烯三个主要基础化工产品的供需 情况进行分析展望。

合成氨

合成氨的供需量主要受下游需求影响，受进出口影响较小。合成 氨2020年的表观消费量为6000万吨，增速约为2%，主要消费领 域为农业部门和工业部门，未来，船运燃料或将成为合成氨的重 要需求增长点。 农业是合成氨需求的主要来源，其次是工业需求。其中，在农业 领域，合成氨主要用于生产尿素，进而直接施肥或生产复合肥。 在工业中，合成氨可用于生产三聚氰胺、脲醛树脂、炸药、杀虫 剂等。目前，合成氨在农业的消费量占总体的约70%，工业约占 30%。在“减肥增化”的背景下，未来合成氨的农业消费占比将 逐渐下降，而工业方面的需求可呈上涨趋势。此外，在碳中和背 景下，除目前已有用途外，合成氨作为潜在的船运新型燃料，可 能出现新的需求增长点。

合成氨在农业方面的需求呈降低趋势，主要原因是化肥利用效 率的提高。“十三五”以来，我国化肥消费总量呈下降趋势，提前 实现了农业部2015年提出的《到2020年化肥使用量零增长行动 方案》。随着中国人口增长放缓、渐趋稳定并缓慢下降，中国的化 肥消费量将逐渐平稳并下降。从利用效率看，中国目前耕地单位 面积化肥使用量约为主要发达国家水平的两倍，化肥使用效率较 低，2017年仅为35%，远不及美国的52%和欧洲的68%，充分挖 掘效率提升潜力将大大降低化肥需求量。此外，受肥效提高、有机 肥替代、环保治理升级和落后产能加速退出等多重因素影响，未 来农业用合成氨消费将不断减少。事实上，根据国家统计局数据， 近五年国内化肥产量已呈现不断下降趋势，年均降幅达6.3%。

工业方面，合成氨的需求有可能上升。在工业领域，合成氨的主要 产品炸药、脲醛树脂等广泛应用于采石采矿、土木建筑等领域。随 着经济的发展和国民生活品质的提升，相应的合成氨工业需求将 有一定程度上涨。但考虑到中国的工业化、城镇化逐渐步入后期阶 段，相关开发、土建等需求空间有限，这部分的合成氨需求也不会 出现大规模上涨。

合成氨的进口依赖度较低，长期有出口潜能。合成氨在常温下为气 态，需经加压或降温液化以长途船运，相对于常温下固态或液态 的产品更难进出口。2020年合成氨进口量120万吨，仅占合成氨表 观消费量的2%。中短期来看，中国合成氨需求量下降，将进一步 压缩合成氨的进口量。长期来看，合成氨燃料需求将增长，推动国 内合成氨先进产能的发展，促进合成氨燃料的出口。

综合上述三大领域，RMI对零 碳图景下合成氨的需求进行了测 算。，合成氨需求变化将经历三个阶段：2025年前， 合成氨的总需求在6000万吨左右稳中有降，其中农业需求受政策 影响下降，工业需求因下游行业发展而增加；2025年到2035年， 主要受氮肥效率大幅提升带来的合成氨农业需求萎缩影响，合成 氨总需求量下降至2035年的约4600万吨，此时，工业需求量增速 放缓，合成氨作为能源在2030年前后出现试点但并未形成规模化 应用；2035年至2050年，合成氨总需求量由于作为能源的需求扩 张而增加，合成氨作为燃料应用出现规模化商业化应用；到2050 年，燃料端应用达到总需求量的50%，农业端和工业端需求趋于 平稳。

甲醇

中国甲醇供需情况主要受下游消费影响，进出口对中国甲醇供需 的长期影响有限，总体供需趋势为先增后减。2020年，中国甲醇 的表观消费量为8170万吨vi，增速约为6%。甲醇的需求侧有作为 原料甲醇制乙烯（MTO）、传统下游（乙酸、MTBE、甲醛等）和作 为燃料应用，占比分别为51%、34%和15%。未来制乙烯需求占比 不断扩大，而传统下游占比下降，甲醇燃料需求占比稳中有升。 乙酸、MTBE、甲醛等的传统下游需求稳中有降，且长期降幅将逐 步增大。甲醇的传统下游为乙酸、MTBE、甲醛等，主要用于建材装 潢、成品油添加剂等领域。未来，在环保、安监、双控的背景下，传 统下游需求量将受到限制。

MTO的增长潜能较大，MTO可以高效利用煤炭资源，并缓解对进 口原油的依赖。乙烯是重要的石油化工行业基础化工品，利用甲 醇制乙烯将提高甲醇需求端的经济效益。当煤炭价格较低且油价 较高时，煤制甲醇制乙烯的成本优势大于石脑油制乙烯工艺。以 MTO为主的甲醇新型下游需求占比在2020年从44%增至51%。未 来，若乙烯需求量随着下游高端塑料等需求增加而增加，将向上传 导至甲醇需求上涨。但由于现阶段甲醇制取多以煤炭为原料，能耗 和碳排放问题将限制甲醇制乙烯路径需求量。

甲醇燃料是一种较为清洁的液态燃料，其作为燃料的需求有望有 一定增长，但长期需求有限。以甲醇代替煤炭作为燃料，排放的 PM2.5将减少80%以上，氮氧化物减少90%以上。“十三五”期 间，随着对高效、清洁燃料的大力推广和煤改气等政策的执行，甲 醇燃料得到一定程度的发展，应用领域包括甲醇汽油、甲醇汽车、 甲醇锅炉、甲醇灶台以及船舶燃料等。2020年，甲醇燃料消费量为 1220万吨，占甲醇消费总量的15%。在电气化应用受限的领域，甲 醇作为清洁的易储存燃料可以发挥重要作用，且在低温条件下有 比电池更稳定的功能表现。甲醇相对氢有更高的安全稳定性和体 积能量密度，也可作为氢的储存媒介，在应用场景中转化成氢能。 此外，液态燃料属性也使甲醇的应用通过少量改造，可以最大化 地利用现有基础设施，如管道、油库、加油站等。

甲醇进口量将随着国内供需结构的优化而缓步下降。2020年甲醇 进口1300万吨，占总表观消费量的16%，而出口仅在偶有套利空 间时少量发生。国内计划产能和在建产能的陆续投产，将在短期 内减少进口依赖度，中期对产能结构的调整优化使得甲醇进口量 趋于稳定，长期的甲醇需求下降可能进一步压低甲醇进口量。甲醇 的未来需求量也受到绿色甲醇制取技术发展的影响。现有的煤炭 为主的生产路径碳排放高，如果可大规模推广甲醇的低碳、零碳 生产路径，则可从供给端推动需求端发展，进而扩大甲醇行业的市 场规模。

乙烯

国内乙烯的产量主要由下游需求量和进出口量两方面驱动，本研 究主要分析下游需求的影响。由于乙烯不适宜长途运输，全球通常 以乙烯下游衍生物而不是乙烯的形式进行贸易。目前，国内乙烯下 游需求中，聚乙烯、乙二醇、苯乙烯均存在较大进口缺口，2019年 进口依赖度约48%、56%、26%。未来国内煤化工制乙烯路径的 发展有可能降低进口依赖。综上，由于进出口情况还会受各国产 品成本、资源可得性、各类产品供需等多重因素影响，未来发展趋 势不确定因素较大。本研究在假设乙烯需求均来自国内自给的情 景中，分析未来供需情况。

乙烯是石化工业的基 础原料，其 产品占石化产品的 7 5%以 上。2020年，我国乙烯产量为2160万吨，表观消费量3370万吨， 当量消费量6280万吨。聚乙烯是乙烯最大的下游产品，占比61%， 另外，乙二醇占17%、苯乙烯占6.5%、环氧乙烷5%。未来，乙烯的 下游消费中，聚乙烯仍将是最大的增长点，其余领域消费较为平 稳。聚乙烯是被最广泛应用的塑料品种之一，本研究从分析塑料 的未来需求入手，探究对乙烯供需的可能影响。

塑料是数量庞大且未来需求仍将持续上涨的化工终端产品。近10 年来，在经济发展的大背景下，全球塑料市场规模稳步增加。2019 年，全球原生塑料产量达到3.7亿吨。面对需求快速增长，世界自 然基金会预测，如果在废塑料处理技术及管理方式上无重大改 变及发展，则至2030年原生塑料产量将在目前基础上再次提升 40%。中国是全球最大的塑料生产和消费国，目前每年的塑料表 观消费量超过8000万吨。未来，随着生活水平提高，中国对塑料 的需求仍将持续上涨。目前，中国的年人均塑料消费量为45kg左 右，约是主要发达国家的一半，假设到2050年，中国的人均塑料 消费量接近当前部分发达国家的平均消费量，那么届时中国塑料 消费总量将达到1.2亿吨以上。

塑料是乙烯需求的主要来源，其回收利用潜力的充分释放，可大 大降低对初级原料乙烯的需求。此外，生物基等替代原料也可能 降低原料乙烯的需求量。过去5年，中国每年的塑料回收量在1800 万吨左右，目前，按占废塑料产生量的比例计，中国的塑料回收利 用率为27.8%。通过减少低质包装塑料产能，限制包装塑料出 口，提高包装用废塑料回收比例，预计到2030年和2035年废弃塑 料回收利用体系分别增加1000万吨/年、1500万吨/年的回收和处 理能力。进一步，通过新型回收利用技术的发展和有效回收模式 的形成，若到2050年，塑料的回收利用率达到60%，来自替代原 料的塑料制品占到总需求的10%vii，那么来自乙烯原料的塑料需求 将仅占到总需求的55%。如果考虑改善消费习惯从而延长塑料制 品的使用寿命等其他因素，和照常发展情况相比，塑料制品对乙烯 原料的需求量还将进一步降低。

塑料回收利用潜力的释放主要来自于两方面，即由回收体系完善 带动的物理回收viii水平提升，和由技术进步驱动的化学回收ix市 场的扩张。2030年前，塑料回收利用潜力的释放主要来自物理回 收水平的提高，而化学回收在2030年后有望得到较大规模的应用物理回收潜力的释放主要来自前端回收、分类和收集系统的 完善。以欧盟为例，2018年的2910万吨塑料中，混合收集的1510 万吨废塑料只有6%可用于物理回收，而分类收集的1400万吨废塑 料有62%可用于物理回收。

化学回收方面，目前相关关键技术和 成套技术已经有显著的进展和突破，并陆续进入验证示范阶段， 未来需要进一步技术突破和产业链条完善，快速实现规模化。目 前，巴斯夫、科思创、陶氏等领先企业均在塑料化学循环领域进行 了系列布局，在国内，中石油、中石化也一直密切关注相关领域。 例如，中石油在“十四五”期间，全面布局相关研究，包括单一化 塑料材料回收利用技术、新型废塑料优化技术等；中石化也已全面 启动成套技术开发和工业应用，同时着手相关产品标准研究。

第三章化工行业碳减排路径：立足资源禀赋，发展颠覆技术

技术可行性：化工行业碳减排路径

化工行业低碳、零碳转型应从需求侧和供给侧两方面入手，碳减 排抓手包括需求减量、效率提升、燃料和原料替代以及末端处理 等多个方面。消费侧的碳减排举措包括消费减量、产品高端化、终端替代三类；供给侧的碳减排举措包括效率提升、燃料替代、原 料替代和末端处理四大类。

消费侧碳减排路径

消费侧碳减排的重点是减少对能耗密集型产品的依赖度，一方面 是通过提高效率、回收利用等减少同等服务水平下的需求，另一方 面也包括向更绿色、环保、高端的产品或替代产品转移。需求侧碳 减排路径包括消费减量、产品高端化、终端替代等。

消费减量 消费减量可以从源头降低能耗和碳排放，不同产品的消费减量潜 能不同。与未来能源和社会体系相融合的应用将有更高的需求增 长，如甲醇和合成氨在交通运输中对传统燃料的替代；而在部分 传统领域，尤其是高耗能高污染行业，消费减量的潜能更大，如甲 醇下游甲醛制胶板、合成氨下游尿素制化肥、乙烯下游制塑料等， 都会随着经济结构的变化、循环经济的深入和生活习惯的改变有 一定的下探空间。提高废塑料回收率、增加化肥利用率和优化建 筑行业材料都会促进消费减量。

产品高端化 产品高端化可有效淘汰落后产能和优化低端产能，降低行业能耗 和碳排放。中国的化工产业的产量和产能均处世界前列，但是在高 端产品的产业链上仍然存在技术受制于发达国家的问题。以烯烃 行业为例，整体上同质化严重，且主要集中在世界石化产业链的中 低端，高端高性能聚烯烃产品关键技术短缺。国内烯烃产业仍然 有较高的当量进口量，进口产品集中于以茂金属聚乙烯为代表的 高端聚烯烃产品。聚甲醛等工程塑料产品产业链也有很大的深度 发展潜质。

终端替代 在满足服务功能的同时，化工产品在终端应用上可以由更环保的 产品提供。如在材料上，可以通过生物基材料的发展和推广进行 替代。根据Nova Institute的报告，2020年全球生物基塑料等结 构高分子材料的产量为420万吨，为化石资源基产量的1%。生物 基结构高分子材料年复合增长率高达8%，并预计在未来五年持续 增长。中国生物基化学品研究起步较晚，但在“十二五”国家科技 支撑计划中，生物基材料和生物基化学品被列为研究核心，下游材 料应用和商业模式的发展获得大力推动。各省政策要求限制和禁 止不可降解塑料的使用，也将推动可降解生物基材料的推广。

供给侧碳减排路径

供给侧碳减排路径对化工生产提出更高的技术要求。化工行业的 碳排放主要来自反应过程和能源消耗。不同生产路径有不同的 排放结构，如煤制甲醇的主要碳排放来源为反应过程，而乙烷制乙烯的主要碳排放来源为能源消耗。供给侧碳减排主要从反应 过程和能源消耗入手，辅以负碳技术，以充分实现碳减排。具体 措施包括：

效率提升 化工反应大多在高温高压催化剂的反应条件下进行，因此对于能 源消耗有较高的要求，有效管理热能、催化剂高效化等都是提高 能效的有效方法。蒸汽再压缩等热能管理技术可提高热能利用效 率，新型催化剂的应用可以降低化学反应所需的温度，从而减少 能源消耗，降低碳排放。例如，林德公司的EDHOX技术可将烯烃 蒸汽裂解的反应温度从870°C降低到400°C以下，该技术已在德国 开展试点项目。

燃料替代 效率提升是通过减少能源需求量来降低碳排放，而燃料替代是从 燃料本身的角度，通过降低或者消除单位能源对应的碳排放量， 以达到碳减排的目的。具体地，可以利用低碳或零碳的清洁能源 替代传统的高排放化石能源，包括：

电加热 电气化是替代化石能源的重要手段，化学反应中的温度压 力要求大多可通过以电为能源的反应器达到，例如电裂解炉 可以作为制取烯烃的反应器。巴斯夫、沙特基础工业和林德 公司正在共同开发推广电加热蒸汽裂解炉，并计划2025 年实现商业化。现阶段，电裂解技术发展的瓶颈主要来自电 网、设备、电加热效率等。使用绿电进行电加热对该技术环 境属性的提升至关重要，目前中国的电力结构以煤电为主， 电力的碳排放较高。随着新能源推广和绿电市场化交易提 升，零碳电力将可为化工脱碳提供重要的绿色能源。

生物质 生物质资源包含秸秆、畜禽粪便、林业废弃物等，工业利 用的生物质燃料多为生物质天然气或生物质液体燃料。生 物质燃料以燃烧的形式供热，与传统的化工加热炉差异较 小。目前生物质燃料技术较为成熟，但是经济性和资源可 得性受限。为了缓解原料资源性问题，以埃克森美孚为代表 的公司和科研机构，投资研发以非粮食为原料的第二代生 物质燃料。国内的生物质发展前景、以及是否有充足的生 物质燃料用于化工行业，取决于未来的政策指引、市场情 况和第二代生物质燃料的技术进展。

氢能 氢能是理想的清洁能源，燃烧后仅生成水，且可满足特定 化学反应需要的较高温度。陶氏化学与生态催化技术公司 和西南研究院就“氢气燃烧与节能乙烯生产的集成”进行 合作。未来氢能在化工的能源应用主要集中在温度需求较 高、电炉很难高效率运行的场景，或在氢气资源条件较好 的情况下作为加热燃料的主要能源或灵活性能源。

经济可行性：零碳解决方案的成本分析

从经济性看，由于未来绿氢、CCS等颠覆性技术的成本有望大幅 下降，化工低碳、零碳生产的成本竞争力将大大提升。 低碳、零碳生产路径的成本主要取决于燃料和原料成本，相比之 下，设备等的资本投入所起的作用较小，除非需要进行大范围的 改造。此外，由于资源禀赋和市场现状不同，各种零碳生产路径的 成本竞争力在各地区间也有所差异。

绿氢是化工零碳生产的重要原料，其成本的降低主要来自可再生 发电成本的急剧下降、制氢设备成本的降低和转化效率的提升。 电力成本占绿氢成本较高，可高达60%~70%，未来零碳电力成 本的下降将大大推动绿氢成本的下降。目前，在中国绿电资源充 足的地区的制氢成本约为16.0元/kg，根据RMI分析，到2050年， 绿氢成本大概是10.5元/kg，而在可再生能源廉价、技术完备、管 理高效、政府支持等的情况下，绿氢交付价格可以进一步压缩， 如印度的 Reliance Industry 公司声明可降低绿氢成本至1美 元/kg（6.3元/kg）。

设备方面，目前电解槽成本在2000元/kW左 右。随着中国的电解槽技术愈加成熟和规模化增加，电解槽成本 未来很大的下降空间，彭博新能源财经（BNEF）评估的中国电解 槽价格在300美元/kW（1880元/kW），国外的电解槽相关公司也 正加速加强电解槽经济性，如印度的Ambani公司，澳大利亚的 Fortescue Future Industries公司等。到2050年，电解槽成本可 降至670元/kW以下。从转化效率看，2050年制氢用电量可低至45kWh/kg氢气，较目前水平降低约20%。制氢装置的优化进程有 高于预期的可能性，如澳大利亚Hysata公司的技术可将转化效率 提升至41.5kWh/kg。绿色氢气的成本将取决于是利用就地可再生 能源或电网电力。电力市场改革可能给电价的未来走势带来不确 定性，成本模型中的电价和氢气价格是全国平均水平。

化工生产中产生的CO2浓度较高，为相对低成本的CCS应用创造 了绝佳条件。未来，随着技术的迭代和规模效应的凸显，CCS的成 本也将持续下降。到2035年，第一代捕集技术x 成本将较目前降低 15%~25%，随着第二代捕集技术xi实现商业化应用，其成本将比 第一代技术降低5%~10%。到2040年，随着CCS集群初步建成， 第二代捕集技术将比当前降低40%~50%。25到2050年，相应的成 本还将进一步降低。 在中国，由于生物质资源相对有限，尽管未来生物质大规模利用 趋势有望降低基于生物质的零碳化工生产的成本，但和其他零碳 技术相比，生物质扮演的角色有限，仅可能在生物质资源尤其优越 的地区得到较大规模应用。

第四章中国化工零碳之路：时间、空间演变和转型模式

中国化工零碳转型时间线

化工行业零碳转型的举措包括产业结构优化、能源结构调整（含 原料结构调整、燃料结构调整）、节能技术改造、资源循环利用、 末端捕集封存等。由于不同措施技术水平、成本经济性以及和发 展阶段匹配性等因素的不同，需要综合考虑，采取最佳的行动时 间和力度。原料调整是中国化工零碳转型的最主要碳减排抓手之 一，本研究将主要从原料调整的角度出发，探讨中国化工零碳转型 的时间线，并对各时点上其他举措应如何实施进行分析。

在零碳情景下，中国化工行业的转型之路将呈现以下几个主要特 征。首先，当前以煤为主要原料的“一家独大”的生产模式将逐渐 转变为多种原料并重，且由于Power-to-X路径的逐渐扩张，绿氢 将取代煤成为最重要的原料。其次，由于现有的基于化石能源的 资产较年轻，中短期内需规模化地在已有资产上添加CCS，而基于 绿氢路径的规模化发展将更多发生在中长期。此外，在退出落后 产能和碳排放约束双重条件下，即使基于化石能源的生产路径可 配备CCS，但整体来看，基于煤、气等的资产仍然会有较大规模的退出。

中国化工零碳产能地理分布

化 工零 碳 生 产路 径 依 赖于 各类 零 碳 技术 和资源，包 括 零 碳电 力、CCS封存地、生物质资源等。从技术可行性、成本经济性和资 源可得性三个角度综合考虑，化工零碳生产的产能更可能趋近于 上述三类零碳资源条件优越的地区。相应地，从供给侧看，化工生 产的分布将可能从趋近化石能源向趋近零碳资源转变。当然，产 能的分布也将在一定程度上取决于市场的分布。

中国化工产能分布特征

目前，国内的化工产能分布有明显近化石能源资源的区位特征。具体表现在，中国的煤化工生产主要集中在大型煤化工基地，呈 现以能源化工“金三角”xii为核心、以新疆和青海为补充、以东部 沿海为外延的产业发展格局。国内的石油化工同样具 有明显的基地化发展特征，中国七大世界级石化产业基地包括大 连长兴岛、河北曹妃甸、江苏连云港、浙江宁波、上海漕泾、广东 惠州和福建漳州古雷，全部投射沿海重点开发地区，同时立足于 海上原油进口的重要通道。从三种主要的基础化工产 品的产能分布看，主要的合成氨和甲醇的产能均靠近煤炭资源，分 布于大型煤炭基地及其附近，而石脑油和乙烯的产能多沿海分布 于中国七大石化基地。

对于合成氨、甲醇和乙烯，除以煤和石油为原料外，还有天然气、 焦炉气等其他原料。这些产能也有分布于大型基地之外的地区， 但是，未来重点的脱碳区域仍然是以煤和石油为原料的区域。以 甲醇为例，目前国内甲醇生产的原料包括煤、天然气、焦炉气等， 其中煤制甲醇占75%以上。按原料的不同，产能聚集区域也存在 差异。在未来，由于资源限制，即使没有零碳转型压力，天然气和焦炉气制甲醇也将被逐渐淘汰。例如，对于天然气制甲 醇，目前国家已禁止新建或扩建相关项目，且由于天然气需要管道 运输，只有原料资源就近时，才会有成本优势。而对于焦炉气制甲 醇，未来也存在原料供应短缺的问题。因此，在分析中国甲醇产能 地理分布时，主要分析的是煤制甲醇产能分布的变化，以及新型生 产路径产能会在哪些区域分布。

零碳资源的地理分布

中国零碳电力资源分布主要集中在西部和北部地区。其中“三北” 地区（东北、西北和华北）风能资源占中国风能资源的90%以上， 西部和北部地区太阳能资源占总体的80%以上。此外，由于大量 的弃风弃光现象，西部和北部多数省份已经引入了降低可再生能源成本的价格机制。除了西部和北部，西南地区也有丰富的水力资源 和良好的议价机制。中国80%左右的水能资源分布在西南部地区， 西藏、四川、云南和青海等地的水力资源条件优越。对于东部沿海 地区，尽管目前的电价较高，但未来，由于海上风电的进一步发展 和电力市场改革的推进，零碳电力价格也有可能进一步降低。

中国的CCS地质封存潜力约为1.21-4.13万亿吨，适合进行碳捕集 和封存的地点主要集中在东北、西北、华北南部、四川盆地等具 有大量咸水层以及油田、煤层气田、常规天然气田和页岩气田等 地质条件的地区。国内油田主要集中在松辽盆地、渤海 湾盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地，通过CO2强化石油开采技术 （CO2-EOR）可实现51亿吨CO2封存量。气藏主要分布于鄂尔多斯盆地、四川盆地、渤海湾盆地和塔里木盆地，利用枯竭气藏可以 封存约153亿吨CO2，通过CO2强化天然气开采技术（CO2-EGR）可 封存约90亿吨CO2。中国深部咸水层的CO2封存容量约为2.4万亿 吨，其分布与含油气盆地分布基本相同。其中，松辽盆地、塔里木 盆地和渤海湾盆地约占总封存量的一半。苏北盆地和鄂尔多斯盆 地深部咸水层也具有较大封存潜力。

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