产品与解决方案

全力减碳

对于化学行业,碳无可替代,但它并非只能从化石资源中获取。可再生碳的使用规模正不断扩大,如今精准测算产品中的再生碳含量在未来将发挥更大的作用。

化工行业的碳需求量惊人。在化合物中,碳是不可或缺的重要成分,几乎不存在完全不含碳原子的产品。德国智库诺瓦研究院在一项研究中指出,每年全球制造的化学品共含有约4.5亿吨碳,并且这一数字将在2050年翻一番。

正因如此,化工行业正在迫切寻求天然气与石油的替代品,比如探索旧轮胎、纤维素废料等可再生原料,避免开采新的碳源,助力实现碳循环。

比如,赢创开发出一种以可再生原料制成的透明聚酰胺TROGAMID® myCX eCO,可用于生产眼镜镜片。BOSS品牌已推出首个采用该产品生产的太阳眼镜系列。缩略词eCO的含义是“去除二氧化碳”(eliminate CO2)。这一创新聚酰胺将40%的化石原料替换为可再生原料,并在生产过程中使用可再生能源,从而使产品碳足迹降低50%。

据统计,目前,所有化学品中85%的碳来自化石资源,其中又有超过四分之三来自石油,四分之一来自天然气。仅有十分之一的化学品为生物基产品,仅有二十分之一的化学品为可循环产品。这种结构必须彻底改变。据诺瓦研究院预计,到2050年,化学品一半以上的碳将来自回收材料,剩余部分将来自人工培育的植物或直接从空气中捕集。

这听起来像一场变革,但实际上是一个循序渐进的过程。化工行业的物质流极为复杂,生产网络也无比庞大,彻底重建并不现实,从环保角度来看也不合理。革新将主要基于现有的生产工艺,在已有的生产中大幅提升可再生原料的使用比例。

“质量平衡法”或提供了一种实现变革的方法。根据该原则,用作化学生产原料的再生碳可被计入价值链终端特定产品的碳含量。比如,生产加工过程中,用于替代等量石油的植物油的碳可以计入成品塑料中的碳含量。在统计中,植物油与石油的碳含量不需要分开统计。“质量平衡法”可将化石原料与可再生原料合并处理,并纳入最终成品碳含量的计算。

从“千瓦/时”到“原子量”

“质量平衡法”的计算方法与可再生电力的计算方法十分相似。原本采用煤炭和天然气供电的电网,现在由风力涡轮机与光伏系统供电。为绿色电力买单的客户并不知道插座中的电流来自何处。不过,他们至少能确定一件事:实际用电量与电网中的可再生电力输电量相符。

在化工行业,统计方法更为复杂。我们需要追踪的数据不是千瓦/时,而是原子量,其中还涉及了众多复杂反应。为此,我们通过行业监管规定与国际标准来确保统计的精准度与透明度,ISCC PLUS便是其中一项标准。

国际可持续发展和碳认证(ISCC)源自德国,对再生材料的可追溯性进行认证,现已发展成为一个国际认可的体系。其中,ISCC PLUS根据质量平衡审计原则,要求最终产品中可再生碳含量与生产工艺中可再生碳的输入量完全一致。因此在这一过程中,生产工艺带来的潜在损失需要考虑其中。

ISCC PLUS专为化工行业制定,目前仍遵循自愿合规原则,但有效的ISCC PLUS认证数量正逐年成倍增长。各大消费品生产商纷纷在婴儿奶嘴、薯片与洗发水包装上印出ISCC PLUS标签,由此带动整条供应链上的需求。

传统生产工艺(上图)要求化石与替代性原料在价值链中分开处理,而质量平衡法(下图)可将不同的物质流混合处理,从而降低额外的生产、加工与物流成本及工作量,并在工艺末端精准确定产品中的可再生原料含量。

探索可持续原料

2021年11月,赢创位于德国马尔与比利时安特卫普的生产工厂先后获得ISCC PLUS认证。它们隶属于高性能中间体业务线,该业务线的产品包括塑化剂、添加剂与中间体,年产量约200万吨,适合洗涤剂、鞋底材料等众多应用。生产这些产品时,最重要的原料是裂解碳四。未来,这一原料有望通过石油炼制厂的可再生余料获得。无论是用于制造橡胶的丁二烯还是用于生产塑料的丁烯,均可从可再生或回收资源中获取,此外,这些原料经质量平衡法认证后,在化学性质上可与标准制品完全相同。高性能中间体业务线的商业与可持续转型负责人Hendrik Rasch表示:“ISCC PLUS认证使我们能够根据市场需求增加可持续产品的比重。”

在赢创内部,对这种认证产品的需求也在不断上升。例如,丁二烯与丁烯可用于生产涂料添加剂、粘合剂、树脂等。赢创近日推出首款由非化石基裂解原料制成的无定形α-聚烯烃VESTOPLAST® eCO。该产品可作为热熔胶原料,应用于卫生、汽车、包装、木材加工等行业。VESTOPLAST® eCO的化学性质与传统产品完全相同,但根据质量平衡法,其中97%的成分来自可再生原料。

此外,赢创还成功开发了基于质量平衡法的交联剂系列产品,可作为可持续原料用于涂料、工业地坪、复合材料等产品。其中,eCO系列异佛尔酮产品由100%可再生丙酮制成。

在处理基于质量平衡法的可再生原料时,工厂无需调整现有的生产工艺。实际上,替代化石碳的技术障碍主要在于价值链开端,行业正在着力开发更多替代性原料,并确保他们的化学性质与传统产品相同。

可再生原料的种类丰富,过去以植物油为主,如今初始材料还包括余料和废料,比如木材边角料、废料残渣、下水道污泥。废料越低劣,生命周期评估结果就会越好。此外,废弃塑料在未来也将发挥更加重要的作用。通向这一目标的一条途径是热解。此种工艺可将无法充分拆解以便机械回收的废弃塑料在无氧环境中加热至数百摄氏度,转化为可循环再利用的油料。

目前,英国石油公司正考虑在德国盖尔森基兴建造一家热解处理厂。位于该基地的炼油厂有一条管道与马尔化工园附近的赢创工厂相连,一旦建造完成,有望打造完整的可再生碳的循环闭环。

化石原料
化石原料

石油、天然气与煤炭是迄今为止化工行业中最重要的能源与原料来源。其中所包含的碳主要来自生物遗骸,经过数百万年的沉淀,封存于地质层中。这些地下储备资源的发现与应用开启了现代工业文明。而在实现气候中和的过程中,我们必须停止开采化石原料。

可再生原料
可再生原料

植物是自然碳循环的一部分。油菜籽、蓖麻油和其他有用植物中的碳主要来自空气中的二氧化碳。因此,将这些植物用作化工原料有利于保护气候。判断成品是否为气候友好型产品时,还需要考虑其他因素,例如生产中使用的能源。

循环原料
循环原料

得益于持续涌现并不断改良的回收与加工处理工艺,废料在未来将转变为宝贵的新品原料。除了机械回收,塑料制品的化学回收将在未来发挥更重要的作用。