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“双碳”对于涂料行业的影响和应对分析

“双碳”对于涂料行业的影响和应对分析

时 间: 2022-03-18

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摘 要: img{max-width:100%;} img{max-width:10…

作者 盛洪 ,应用技术总监,广东彤德新材料有限公司,中国广东

 

 

 

2020年中央经济会议已经将碳达峰,碳中和工作列为2021年的八大重点工作之一。党的十九届五中全会公报明确提出,到2035年“广泛形成绿色生产生活方式,碳排放达到峰后稳中有降”。2030年碳达峰,2060年碳中和简称双碳。双碳政策的实施无疑会对行业产生巨大的影响,影响有多大,怎样应对?这都是我们现在必须认真思考和面对的问题。

 

中国的CO2排放量从2006年 1 开始超过美国成为世界最大的CO2排放国。中国作为一个负责任的大国,一直致力于对国际民生的改善做出自己的贡献,积极应对全球气候变化。2020年9月22日习近平主席在第七十五界联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时提出“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和” 。

 

本文从国家已出台或者可能出台的双碳政策着手,分析涂料行业面对双碳可能出现的问题,并且给出了部分应对的措施和大致方向,以供涂料从业者参考。

 

 

 

双碳涉及名词:

 

碳达峰:

 

全国二氧化碳每年排放总量达到峰值,以后逐年下降,这个峰值叫碳达峰。

 

碳中和:

 

碳中和是指二氧化碳的排放量=植物吸收,或者采用其他措施捕集、存储或消除的二氧化碳总量,就是经过计算实现二氧化碳的净零排放。

 

碳排放:

 

一般来说二氧化碳的总量排放,简称碳排放。

 

 

 

“双碳”对于涂料行业产生的影响

 

为了应对碳达峰,国家需要对CO2的排放进行总量控制,碳达峰后的CO2排放量会逐年递减。总量控制的实施必然要对主要的排放点(工厂)进行配额管理。

 

例如:给与A工厂10000吨CO2的排放总量,达峰后每年按照一定比例递减。假设A工厂生产1吨产品需要排放1吨CO2,如果工厂想要增加2000吨产品生产,只能有两个途径,一是额外购买2000吨的CO2配额,另外就是降低目前产品的单位CO2排放。

 

这种情况是企业在未来需要面对的,企业要想发展必然需要扩大生产规模,但是CO2总量配额不会增加,额外购买的碳价格会随着需求的增加不断上涨,导致成本不断增加。怎样降低整个工厂单位产品的CO2排放就变成了企业生存和发展的问题。从降低单位CO2排放的角度来看未来的工厂应该做什么,首先要找到主要的CO2排放来源。

 

 

 

 

涂料上下游制造涉及的主要CO2的来源(见表1)主要分为五部分,一是原材料,主要是石化产品,二是热能的产生,三是使用的电力,四是VOC及其处理,五是废物处理,其他的来源CO2产生量较小,例如:生产过程反应产生,食堂,车辆等。一般来说废物处理占比较小,不到5%。

 

 

 

 

涂料行业CO2排放涉及直接产生和间接产生(间接产生涉及到石化源头生产,间接产生对涂料行业的影响比较复杂,这里不做论述)。涂料行业使用煤,燃气,燃油等传统热能产生方式是典型的直接产生CO2的高排放过程,必然是要被国家限制和淘汰的,代之为使用电加热或者其他低碳加热方式。目前的技术基本以电加热为主,那么电加热与传统的加热方式成本差别是多少呢?下面简要进行举例计算。传统热能与用电的成本按照热值等量计算 3 如下:

 

 

 

 

从上面计算结果来看,传统的热能生产如果改为电能将大大增加成本。对于大量使用热能的企业来说,电能的消耗产生的成本将变成主要的制造成本。间接CO2生产消耗的是石化产品及电力,也必然会受到双碳的影响而提高价格或者转移CO2排放配额给相关使用企业,也是增加生产成本。直接加上间接的CO2生产带来的上下游成本上升无疑都会挤压全行业的利润。直接或者间接产生的成本如果平摊到产品上将会出现每公斤几元钱增加 4 。涂料行业的毛利率从全行业来看是一直处于下降的趋势,很多企业都在实行微利经营,双碳的实行带来的成本挤压效应,如果不采取有效应对措施,将会使很多企业出现经营困难,甚至倒闭的风险。只有认真面对,找到应对的方法才能有出路。

 

 

 

面对“双碳”,涂料企业可能的应对措施

 

未来会出现什么样的低碳新技术我们不能预测,从目前的技术水平来看,跟随国家的碳中和实施路线,是企业一个比较好的选择。

 

国家碳中和实施路线(见表2)基本上构建了未来双碳的发展方向,很多的路线国家已经于几年前就开始布局。对于企业来说,跟踪国家规划好的路线是最节省成本的策略,搭车总是最经济的。企业一定要重点关注相关路线的实施进度和实施方法,借鉴相关企业经验,采用各自的方法达到控碳的要求。

 

 

 

 

对于涂料企业如何达到“控碳”的目的,建议企业从以下几个方面入手,并根据企业的实际情况采取积极的应对措施:

 

措施一, 全面电气化,限制和逐步取消煤,燃油,燃气的使用。
措施二,提高电力使用效率,使用能效比高的电气设备。
措施三,优化生产工艺,降低高能耗的生产过程。
措施四,优化产品结构,生产更多的低CO2排放的产品。
措施五,使用生物基材料。

 

 

 

措施一,全面电气化

 

全面电气化主要是针对CO2的直接产生和间接产生过程。逐步降低火电的比重,实现清洁电力是国家的长期标,企业实行全面电气化是必然之路。

 

这里可能涉及到工厂的变革,由烧煤,燃油,燃气集中式加热系统,直接改为电热系统,可能并不经济,代之为反应釜独立加热系统,或者是局部小型集中加热系统会更具价值。改为电加热后估计很多现有的管线要废弃,重新设计和安装加热系统,这些无疑都增加了企业的成本。

 

 

 

措施二,提高电力使用效率

 

提高电力使用效率主要是针对CO2的间接产生过程。国家实行双碳必然会导致电力价格的上升(清洁电力目前成本还是要高于传统的发电成本)。只有采用更多降低能耗的措施,例如:更换能效比高的设备。优化搅拌、分散设备,提高使用效率等。

 

 

 

措施三,优化生产工艺

 

优化生产工艺也是针对间接CO2产生过程,优化生产工艺的目标是提升生产效率,减少单位产品CO2产生量。生产工艺优化需要更深层次的设计、多方面的技术支撑,以及管理等方方面面。

 

 

涂料树脂:

 

更多的采用连续或者半连续法生产,减少降温过程和等待时间。单个合成系统需要更加的智能化,适应不同品种的生产。

 

 

涂料生产:

 

1)降低研磨工艺的使用,更多的使用分散机,或者使用更高效的分散、研磨设备(例如:均质机,新型高效研磨机等)。
2)优化涂料生产工艺,降低高耗能设备使用。

 

 

涂料施工:

 

1)烘烤线,电气化,降低烘烤温度。
2)优化喷涂,转运及其他相关环节,采用更加节能的工艺
3)喷涂低VOC产品

 

 

 

措施四,优化产品结构,生产低CO2排放产品

 

优化产品结构主要是企业需要开发更多的单位CO2排放低的产品进行生产,例如:生产周期短,反应温度低,VOC低的品种。

 

 

 

措施五,使用生物基材料

 

使用生物基材料可以直接或者间接降低CO2排放,生物基材料,例如一次加工的油类,国家基本不会认为榨油企业在减碳,就像国家不会认为火电企业在排碳一样,都会转移到使用者身上,使用天然油类材料可以认为是直接减碳。 对于使用二次加工的生物基材料则是间接减碳。间接减碳国家会出台相应的计算方法给与使用企业一定的减碳额度。

 

目前的生物基材料有很多,一直是研究的热点,国外生物基材料应用已经非常广泛。

 

下面简要介绍一下国外生物基材料在涂料工业的应用以及来源:

 

生物基材料一般分为两类,一类是来源于可食用的的材料,另一类是不可食用的材料。

 

使用可食用的天然材料由于会和人类争夺口粮,使用会大大受限。所以目前主要的开发方向是以不可食用材料为主。

 

可食用的材料:一般是天然油类包括植物油,动物油,糖类,淀粉类等。

 

不可食用的材料:纤维素,木质素,树胶等,还包括一部分工业废物,如:造纸废浆、木材加工锯末、烟草杆、秸秆、稻草等。

 

 

 

 

以上(表3)列举的仅仅是部分生物基材料的来源和应用,还有很多未知的应用有待开发。

 

我国对于生物基材料的应用,要追溯到几千年前我们的祖先就开始使用天然油类作为木器上保护漆料。后来随着技术的发展出现了以天然油类为原料的合成树脂,醇酸树脂和环氧酯。

 

由于醇酸树脂的生产量非常大,应用范围也比较广,下面以醇酸树脂为例简要介绍一下生物基材料在控碳领域的贡献:

 

醇酸树脂的历史非常悠久,是最早的涂料树脂用的成膜物,但是随着丙烯酸树脂,环氧树脂等新型树脂的发明,应用逐渐没落。随着全球对于碳排放的限制,醇酸树脂这种古老的产品又重新焕发生机,受到大量关注。尤其是水性醇酸树脂,一方面使用天然油,另一方面可以做出非常低VOC(溶剂含量接近”0”,不包含中和剂)的水性产品。是非常良好的生物基材料。

 

 

 

 

从上面的计算结果来看,生产水性醇酸树脂是非常有利可图的,每生产1吨的水性醇酸可以带来两倍的CO2节省,节省CO2的量可以用来生产其他产品,弥补CO2的配额。

 

使用生物基材料对于企业的好处是什么?以欧洲为例,欧洲对于生物基材料单元排放是有测算的,生物基材料零排放和负排放,企业使用生物基材料,经过计算能够冲抵企业排放的CO2的量,这样大量使用生物基的企业会有碳排放盈余,这些盈余可以到碳交易所交易带来一定的受益,可以反哺企业。当前某行业的某些企业甚至出现出售碳配额的收益超过产品本身利润的情况,使得碳交易真正变成了企业利润来源。

 

 

 

 

我国已在主要城市建立了碳交易市场,目前我国的碳价格每吨几十元左右,欧洲在每吨几十欧元,我国的碳价格是非常低的,随着国家实行双碳,碳价格会逐渐上涨,将来碳价格出现几百元甚至超过千元是很有可能的。

 

双碳政策对于整个国家的影响会随着相关政策的实施逐步显现,作为涂料的从业人员必须深刻思考怎样应对双碳政策的实行,未雨绸缪,提前做好应对,尤其是涉及到的技术变革,工艺革新这些都需要预先投入人力,物力以及大量的时间才能实现,否则当政策来临时容易措手不及,面临被淘汰的风险。

 

有压力就会有动力,会促使企业进行产业升级,采用更低碳的生产方法,降低单位产品CO2的释放量,优化产品结构,更多的投入到研发、技术革新中。

 

国际企业由于国外碳排放的压力,多年以前就开始注重低碳技术的开发。在低碳技术利用方面已经走在了前面。国内已经有国际企业为了应对限电措施,投资了几千万用于技术改造,取消了耗电大户砂磨机,改为更为高效的分散及研磨设备。该技术的生产效率是原先的2-3倍,限电不再是产能瓶颈。

 

但是该技术的实施也对原材料提出了挑战,该设备的剪切力更高,远高于一般砂磨机,对于水性树脂的耐剪切性提出了更高的要求。新技术的使用必然会带动相关技术的提升,这个也是产业变革的契机。

 

综上所述,双碳是国家未来几十年必然要推行的政策,双碳的影响是全方位的,企业应对双碳必然要经历长期和复杂的过程,从观望、接受到实施不是一朝一夕能够完成的。做为企业来说必然要配合国家的政策实施,聪明的企业能够提前进行有效应对,才是企业的生存之道。

 

 

 

参考资料

 

1 来源于网络公开资料
2 习近平。 在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话(2020年9月22日,北京)[N].人民日报海外版,2020-09-23(2)
3 数据来源于网络公开数据以及行业数据。
4 数据来源于行业数据以及部分企业的制造数据。
图1,参考光大证券行业研究,碳中和与大重构:供给侧改革、能源革命与产业升级,碳中和深度报告(二),图10,重点国家碳排放总量情况绘制。
表1,自主制作
表2,参考光大证券行业研究,碳中和与大重构:供给侧改革、能源革命与产业升级,碳中和深度报告(二)
表3,自主制作,数据来源于网络公开数据。
表3,自主制作,数据来源于网络公开数据

 

 

 

 

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年12月刊中

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