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。- 《碳中和目标下的中国化工零碳之路》，落基山研究所

2022年4月29日，落基山研究所发布的《碳中和目标下的中国化工零碳之路》报告针对化工行业进行了零碳转型趋势、短中长期安排和技术经济路线图的研究，并提出，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，此外，该行业需充分利用多样的碳减排手段，从能源和原料的角度，降低（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。

前言

化工行业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，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。

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/t10。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。

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（图表9）。

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（图表14），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。

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。本研究分别对合成氨、甲醇和乙烯零碳转型过程中不同生产路径渗透率和规模变化情况进行分析。

政策建议

在碳中和目标下，中国化工行业要在未来最多40年相对较短的时间内实现低碳甚至零碳转型，势必需要政策引导甚至驱动，充分调动各相关方协同行动。针对绿色溢价问题，政策应从一“推”一“拉”的角度，内部化传统高碳路径的碳排放成本，同时促进零碳路径成本降低。政策应推动重要相关方参与，注重鼓励头部企业，同时注重需求侧激励，以及国际市场的有效利用。此外，还应重点关注化石能源的妥当利用和终端产品循环利用等关键问题。