化学産業の脱炭素化 - 動向、技術評価、課題、ケーススタディ

化学産業は、世界のCO2排出の14％を占めています。国際エネルギー機関（IEA）によると、化学産業は石油・ガス製品の最大の消費産業でもあります。化学産業は伝統的に、低コストで入手しやすい化石燃料を原料として、またプロセスのエネルギー源として利用してきました。電化できるプロセスもありますが、多くの反応には非常に高い温度が必要です。このため、従来の燃料からの完全な脱却と、より広い部門の脱炭素化は、とりわけ困難なものとなっています。回収されたCO2、グリーン水素、バイオマスや廃棄物などの代替原料は、石油・ガスに代わる炭素および水素の主な供給源となります。一方、産業熱のリサイクルや廃棄化学品の利用を通じてプロセスの効率を高めることは、この部門全体のエネルギー需要の低減に役立ち、脱炭素化の課題をより対処可能なものにします。

2021年に産業排出の14％を占めた化学産業は、ネットゼロ目標達成に向けた重要な介入ポイントですが、排出削減がもっとも困難な部門の1つです。化学産業は、農業、建設業、消費者産業にわたる最終製品によって、現代生活の有形物の多くを支えています。化学産業からの炭素排出は、直接エネルギー需要とプロセス排出に分けられ、いずれも脱炭素化への課題となっています。これら2つの排出源の結果、この部門からの排出を抑制するには、エネルギー転換技術と対策を組み合わせる必要があります。これには、水素、CCUS、プロセス効率の向上、バイオマスや廃棄物の原料利用などが含まれます。

当レポートでは、化学産業の脱炭素化について調査分析し、排出目標を達成するために必要な部門動向の現状と可能性を明らかにし、最適なエネルギー転換技術を紹介しています。

主なハイライト

• 化学産業からの排出の3分の2近くはエネルギー使用によるものです。
• ネットゼロ排出を達成するため、アンモニアは石油への依存を大幅に削減する必要があります。アンモニア生産を脱炭素化するためには、グリーン水素の規模拡大を加速させる必要があります。
• メタノールは2018年の一次化学製品生産の約半分を占め、発展途上国における自動車産業と建設産業からの需要増加により、2023年～2030年に17.56%の需要増加が見込まれています。
• ICCAはパリ協定を支持すると主張していますが、IEAは化学産業を2030年のチェックポイントに「沿っていない」と見なしています。
• 世界の化学部門における炭素回収能力は、今後数年に開始される画期的なプロジェクトが回収能力を増加させ、2020年～2030年にCAGRで14.2%の成長を示すと予測されています。

目次

• エグゼクティブサマリー
• 化学品の炭素排出
• 化学産業の気候変動への寄与
• 炭素排出に対するアンモニアの寄与
• 炭素排出に対するメタノールの寄与
• 化学産業のネットゼロへの進行
• 脱炭素化技術のイントロダクション
• 化学品の4つの主な脱炭素技術
• 技術：脱炭素化可能性別、段階別
• 脱炭素化の障壁となるマクロ経済的課題
• 二酸化炭素の回収、利用、貯留（CCUS）
• 化学産業のCCUS能力の予測
• 回収した炭素を原料として利用する
• カーボンネガティブ化学品
• 水素
• 世界の水素生産能力
• 化学産業のケーススタディ
• プロセス効率
• 化学産業におけるエネルギー使用
• プロセス効率化のケーススタディ
• 原料としてのバイオマスと廃棄物
• バイオマス
• 廃棄物の化学製品へのリサイクル
• 重要事項
• 連絡先

List of Tables

List of Tables

• Assessing decarbonization technologies: advantages and disadvantages
• Key takeaways

List of Figures

List of Figures

• Direction emissions from Industry, 2021
• Supply and demand of base chemicals, 2000-2030
• Petrochemical capacity of top 10 commodities, 2022
• Emissions from ammonia under different climate projection scenarios, 2020 - 2050
• Petrochemical capacity of top 10 commodities, 2022
• Comparison of CO2 emissions intensity from primary chemical production in 2022 and 2030 in a net zero scenario
• Direct emissions intensity of the chemical industry in the net zero scenario
• The top four energy transition technologies for the chemicals industry
• Chemicals sector decarbonization challenges
• Carbon capture capacity from chemicals manufacturing, 2020 - 2030
• Chemical industry hydrogen pipeline estimated capacity share before 2030
• Global hydrogen capacity, 2021 - 2030
• Energy consumption in chemicals under NZE scenario
• Total renewable fuel production capacity, 2023 - 2030

Abstract

This report identifies the current and potential sector trends necessary to meet emissions targets and introduces the energy transition technologies most suited to decarbonizing the chemicals industry. The technologies discussed include hydrogen, alternative fuel sources, CCUS, as well as energy efficiency and optimization measures. The chemicals industry is responsible for 14% of global CO2 emissions. According to the International Energy Agency, the sector is also the largest industrial consumer of oil and gas products. The chemicals industry has traditionally depended on low cost and readily available fossil fuels for feedstock and as a source of process energy. Although some processes can be electrified, very high temperatures are required for many reactions to take place. This makes a complete departure from conventional fuels and the wider sector's decarbonization especially challenging. Captured CO2, green hydrogen and other alternative feedstocks such as biomass and waste can serve to replace oil and gas as the main sources of carbon and hydrogen, while electrification and the use of alternative fuels will aid in the replacement of fossil fuels for process energy. Meanwhile, increasing process efficiency through recycling of industrial heat or utilizing waste chemicals can help to reduce the overall energy demand of the sector, making the decarbonization challenge more manageable.

Accounting for 14% of industrial emissions in 2021, the chemicals industry represents a key point of intervention for achieving net-zero targets but remains a sector whose emissions are among the hardest to abate. The chemical industry underpins much of the materiality of modern life, with its end-products spanning agricultural, construction, and consumer industries. Carbon emissions from the chemical industry can be broken down into direct energy demand and process emissions, both of which represent a challenge to decarbonization. As a result of these two emission sources, a combination of energy transition technologies and measures will need to be required to curb emissions from the sector. These include, hydrogen, CCUS, increasing process efficiency, and the use of biomass and waste as feedstock.

Key Highlights

• Almost two thirds of emissions from the chemicals industry come from energy use. Energy is used to heat and cool reactions, grind and mix compounds, and transport around the plants.
• In order to get on track with net zero emissions, ammonia needs to drastically reduce its petroleum dependency, going beyond the current policies set out. Upscaling of green hydrogen needs to be accelerated to decarbonize ammonia production.
• Methanol made up around half the primary chemical production in 2018 and is expected to see a demand increase of 17.56% from 2023-2030 due to rising demand from automotive and construction industries in developing economies
• Despite the ICCA claiming to support the Paris Climate agreement, the IEA considers the chemicals industry to be 'not on track' for its 2030 checkpoint
• Global carbon capture capacity within the chemicals sector is forecast to see a 14.2% CAGR from 2020-2030, with groundbreaking projects becoming operational in the next few years increasing capacity.

Scope

• The chemical industry's current contribution to carbon emissions
• Key chemicals for decarbonization
• Focus technologies for decarbonizing the chemical sector
• Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS)
• Hydrogen
• Process efficiency
• Biomass and waste as feedstocks

Reasons to Buy

• Obtain the most up to date information on recent developments and policies effecting the chemical industry's energy transition.
• Identify key energy transition technologies for the decarbonization of the chemical industry
• Obtain market insight into current rates of technology adoption and the factors that will shape the sector's decarbonization.
• Identify the companies most active companies across CCUS, hydrogen, process efficiency, and feedstocks derived from biomass and waste within the chemicals sector.

Table of Contents

Table of Contents

• Executive Summary
• Chemicals' carbon emissions
• Chemicals industry's contribution to climate change
• Ammonia's contribution to carbon emissions
• Methanol's contribution to carbon emissions
• Chemicals industry's progress towards net-zero
• Introduction to decarbonization technologies
• Four key decarbonisation technologies for chemicals
• Technologies by decarbonization potential and stage
• Macroeconomic challenges that will pose a barrier to decarbonization
• Carbon Capture, Utilisation, and Storage (CCUS)
• Forecast CCUS capacity in the chemicals industry
• Using captured carbon as feedstock
• Carbon negative chemicals
• Hydrogen
• Global hydrogen capacity
• Case studies from the chemicals industry
• Process Efficiency
• Energy use in the chemicals industry
• Process efficiency case studies
• Biomass and Waste as Feedstocks
• Biomass
• Recycling waste to chemical products
• Key takeaways
• Contact Us