化学産業の脱炭素化 - 2024年

化学産業は排出の約2%を占める、産業界最大のエネルギー消費者です。この部門の炭素排出は、化学反応に必要なプロセスエネルギーと、原料としての化石燃料の使用の組み合わせから生じています。

当レポートでは、この部門の排出フットプリントを改善するための4つの主な方法論として、プロセス効率の向上と電化、グリーン水素、CCUS、バイオマスと廃棄物ベースの原料を挙げています。これら4つの方策は、この部門のプロセスエネルギーと原料の要件に対処するものです。

当レポートで特定されたエネルギー転換技術介入策は、短期的な排出削減と長期的な排出削減を提供する戦略に分けることもできます。短期的な排出削減は、プロセス効率の向上によるエネルギー需要の削減に注力します。当レポートは、AI、IoT、デジタルツインの応用が、設備の非効率性を特定し、化学プラントの運転を最適化するためにどのように利用できるかを概説しています。

しかし長期的には、生産と排出を切り離す必要があり、そのために産業は炭素との関係を劇的に変化させる必要があります。CCUS改造は、プラントからの排出を回避するために利用できますが、この技術はより広大なCCUS輸送・貯蔵インフラの登場が条件となります。一方、グリーン水素、バイオマス、プラスチック廃棄物は、いずれもこの部門の原料とする化石燃料への依存度を下げるために利用できる代替策です。

主なハイライト

• すべての主要な化学製品は、需要の増加に対応して増産が見込まれます。ポリプロピレンとポリエチレンの生産高は、2024年～2030年にそれぞれCAGRで3.8%と2.8%の成長が予測されます。
• 一方、アンモニアなどの主要製品は、同じ期間に1.7%の成長を示すと予測されます。しかし、アンモニア生産の炭素強度は、このわずかな増加が、より広い産業の排出フットプリントに大きな影響を与えることになり、アンモニアだけで化学部門の排出の45%を占めることになります。
• 技術革新は化学生産とエネルギー需要のデカップリングを促進し、短期的な排出削減の鍵となります。
• プロセスエネルギー要件を削減する新たな触媒の開発とエネルギー回収策は、化学部門のエネルギー需要を削減し、廃棄物を防止する鍵となります。
• 農作物や廃棄物などの生物由来の原料を利用することで原料を多様化することは、化石燃料への依存を減らす道をもたらします。さらに、プラスチック廃棄物は、熱分解などのプロセスを通じて、新たな化学製品原料にリサイクルすることができます。
• 産業用エネルギー需要は、2024年～2035年に力強く増加すると予測され、期間中にCAGRで7%の成長が見込まれます。この成長の結果、世界の電力需要に占める産業部門の割合は増加し、その割合は2024年～2035年に2.4%上昇します。

当レポートでは、世界の化学産業について調査分析し、市場動向、大手企業による排出削減活動の評価、主な脱炭素化技術に関する見識、低炭素技術の採用動向などの情報を提供しています。

目次

• エグゼクティブサマリー
• 炭素排出とマクロ見通し
• 化学産業の気候変動への寄与
• 主要な化学製品の需要
• アンモニアの化学物質排出への寄与
• 脱炭素化技術の導入
• 化学品向けの4つの主な脱炭素化技術
• 技術：脱炭素化可能性別、段階別
• 脱炭素化技術の利点と欠点
• 脱炭素化の障壁となるマクロ経済的課題
• 主要企業の目標と排出
• 主な化学・石油化学企業の排出とネットゼロ目標
• プロセス効率
• 化学産業におけるエネルギー使用
• プロセス効率の向上に用いる主な方法
• プロセス効率のケーススタディ
• 化学品における水素
• 低炭素水素の最終用途としての化学品
• 低炭素アンモニア生産
• 化学部門をターゲットとした低炭素水素プロジェクト
• ケーススタディ
• 化学品におけるCCUS
• CCUS処理能力の見通し
• プロジェクトとケーススタディ
• 原料としてのバイオマスと廃棄物
• バイオマスベースの化学品
• 廃プラスチックベースの化学品
• お問い合わせ

List of Tables

• Assessing technologies for decarbonizing the chemical industry
• Advantages and disadvantages of different emission reduction methods
• Emission performance and targets for chemical and petrochemical companies
• Low-carbon hydrogen projects that will target the chemical sector
• Projects applying CCUS to the chemical and fertilizer sector

List of Figures

• CO2 emissions by sector, 2019 - 2022
• Chemical industry emissions, 2010 - 2030 (net-zero scenario
• Major demand markets for petrochemical products, 2018 - 2030
• Demand for major chemicals, 2018 - 2030
• Approximate breakdown of chemical sector emissions by product
• Annual production of major chemical products in 2024 vs 2030
• The top four energy transition technologies for chemicals
• Five macroeconomic challenges that will pose a barrier to decarbonization
• Breakdown of global power demand by sector in 2035
• Process energy for primary chemical production, 2010 - 2030
• Global low-carbon hydrogen capacity by development stage, 2021 - 2030
• Hydrogen plants allocating capacity to the chemical sector, 2021 - 2030
• Breakdown of active and upcoming production capacity by end-product
• Low-carbon ammonia capacity, 2021 - 2030
• Global CCS capacity by development stage, 2022 - 2030
• CCS capacity in chemical sector and project count, 2022 - 2030

The chemicals industry accounts for approximately 2% of emissions and is the largest industrial energy consumer. The sector's carbon emissions stem from the combination of process energy which is required for chemical reactions as well as the use of fossil fuels as a feedstock. This report identifies four key methodologies for improving the sector's emissions footprint: increasing process efficiency and electrification, green hydrogen, CCUS, and biomass and waste-based feedstocks. These four measures address the sector's process energy and feedstock requirements.

The energy transition technology interventions identified within this report can also be broken down into strategies that provide near-term and long-term emission reduction. Shorter-term emission reduction will focus on reducing energy demand through increasing process efficiency. This report outlines how applications of artificial intelligence, Internet of Things (IoT), and digital twins can be used to identify equipment inefficiencies and optimize chemical plant operations.

However, in the longer term, there is a need to decouple production from emissions, which will require the industry to dramatically shift its relationship with carbon. CCUS retrofits can be used to avert emissions from plants, but this technology is contingent on the emergence of a wider CCUS transport and storage infrastructure. Meanwhile, green hydrogen, biomass and plastic waste all represent alternatives that can be used to reduce the sector's reliance on fossil fuels for feedstock.

Key Highlights

• All major chemical products are expected to experience an increase in production in response to increasing demand. Polypropylene and polyethylene are forecast to experience a growth in production of CAGR 3.8% and 2.8%, respectively, between 2024 and 2030.
• Meanwhile major products such as ammonia will experience a slower growth of 1.7% across the same time frame. However, the carbon intensity of ammonia production will cause this small increases to have a significant impact on the emission footprint of the wider industry, with ammonia alone accounting for 45% of the chemical sector's emissions.
• Technological innovation will facilitate a decoupling between chemical production and energy demand, which will be key to short-term emission reductions.
• Developing novel catalysts that reduce process energy requirements and energy recovery measures will be key to cutting the sector's energy demand and preventing waste.
• Diversifying feedstocks by using biogenic materials such as crops and waste products offers a route to decreasing reliance on fossil fuels. In addition, plastic waste can be recycled into new chemical product feedstock through processes such as pyrolysis.
• Industrial energy demand is expected to increase strongly between 2024 and 2035, growing at CAGR of 7% across the time frame. As a result of this growth, the industrial sector will hold an increasing proportion of global power demand, with its share rising by 2.4% between 2024 and 2035.

Scope

• Chemical sector emissions, key chemical companies emission disclosure, chemical decarbonization strategies, low-carbon hydrogen, CCUS, increasing efficiency, alternative waste and biomass-based feedstocks.

Reasons to Buy

• Identify the market trends within the industry and assess what the biggest players in chemical production are doing to reduce emissions.
• Develop market insight of the major technologies used to decarbonize chemical production through case studies from industry leaders.
• Understand the chemical industry adoption trends of emerging low-carbon technologies such as hydrogen and CCUS.

Table of Contents

Table of Contents

• Executive summary
• Carbon emissions and macro-outlook
• Chemicals industry's contribution to climate change
• Demand for major chemical products
• Ammonia's contribution to chemical emissions
• Introduction to decarbonization technologies
• Four key decarbonisation technologies for chemicals
• Technologies by decarbonization potential and stage
• Advantages and disadvantages of decarbonization technologies
• Macroeconomic challenges that will pose a barrier to decarbonization
• Key player targets and emissions
• Emissions and net-zero targets of key chemical and petrochemical players
• Process efficiency
• Energy use in the chemicals industry
• Key methods for increasing process efficiency
• Process efficiency case studies
• Hydrogen in chemicals
• Chemicals as an end-use sector for low-carbon hydrogen
• Low carbon ammonia production
• Low-carbon hydrogen projects that will target the chemical sector
• Case Studies
• CCUS in chemicals
• CCUS capacity outlook
• Projects and Case Studies
• Biomass and waste as feedstocks
• Biomass-based chemicals
• Waste plastic-based chemicals
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