黃岐善

(萬華化學集團股份有限公司 山東 煙臺 264006)

2020年9月22日，習近平主席在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論會上，向全世界鄭重宣布“中國二氧化碳排放力爭于2030年達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，自此國務院及相關部委陸續(xù)出臺大量政策。2021年9月22日，《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》明確提出碳達峰和碳中和(簡稱“雙碳”，本文的“碳”多指CO2)具體目標，2025年單位GDP能耗指標和CO2排放相比2020年分別下降13.5%和18%，聚氨酯行業(yè)發(fā)展有了明確要求。

本文嘗試從碳中和機制分析入手，推演聚氨酯行業(yè)應如何面對雙碳目標所帶來的挑戰(zhàn)，把握雙碳目標所帶來的市場機遇，對行業(yè)發(fā)展思路提出建議。

1 實現(xiàn)碳中和目標的總體思路

碳中和簡而言之即人類和自然活動CO2排放量與自然和人為CO2移除量在一定時間內實現(xiàn)相互抵消，排放總量與吸收總量保持平衡。但目前人類活動所創(chuàng)造的CO2排放量遠遠大于CO2移除量，所以給全球氣候和環(huán)境帶來一系列負面影響。

實現(xiàn)碳中和的基本對策是:對人類活動CO2排放來源進行梳理分析并針對性地治理，以期實現(xiàn)更好的管控和持續(xù)減排；同時在吸收和再利用端除了傳統(tǒng)的生物固碳以外，持續(xù)開發(fā)新技術以更好地實現(xiàn)CO2利用和固碳等，最終實現(xiàn)排放量和移除量平衡。

聚氨酯行業(yè)CO2排放來源主要包括:(1)各類聚氨酯基礎原料，特別是石化基原料會從源頭帶來CO2，且往往基礎原料的制造過程能源消耗較大，通常化工制程的尾氣燃燒及反應過程也會排放CO2；(2)聚氨酯產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程由于能源消耗、化學反應和三廢處置所排放的CO2；(3)聚氨酯產(chǎn)品終端消費過程所排放的CO2，例如低密度聚氨酯泡沫運輸過程或水性聚氨酯干燥過程所消耗的能源等。由此可見，應對上述來源逐項分析，針對性地進行替代或減排，開展相關技術和產(chǎn)品創(chuàng)新，力求從源頭控制CO2排放。

聚氨酯行業(yè)CO2移除目前集中在如何利用CO2，一般以引入CO2生成碳酸酯基團的方式合成低聚物多元醇，例如以環(huán)氧乙烷與CO2在催化劑作用下合成聚醚碳酸酯二醇等，這種方式將CO2結合到聚合物材料中，可以有效地實現(xiàn)對CO2的利用。

聚氨酯典型產(chǎn)品包括聚氨酯硬泡、聚氨酯軟泡和高回彈泡沫、聚氨酯CASE(涂料、膠黏劑、密封膠、彈性體等)，典型下游應用市場有建筑節(jié)能和冰箱冷柜等保溫隔熱市場、床墊沙發(fā)等家居市場、座椅儀表板等交通運輸市場、服裝鞋材等消費市場等。聚氨酯硬泡用作保溫隔熱材料有利于建筑物整體降低運行能耗進而實現(xiàn)CO2減排。使用環(huán)保聚氨酯發(fā)泡劑有利于降低溫室氣體排放。在聚氨酯CASE領域無論溶劑型或水基聚氨酯材料都應向高固含或反應型等技術方向發(fā)展以節(jié)約資源和能源消耗，進而從本質上減少CO2排放。以上這些都是雙碳政策指引下聚氨酯行業(yè)下游應用領域新創(chuàng)造的市場機遇。

2 碳中和對聚氨酯出口市場的影響

碳稅作為貿(mào)易壁壘的實行時間會越來越近，聚氨酯行業(yè)從業(yè)者要高度重視。歐洲議會2021年3月10日通過歐盟碳稅邊境調節(jié)機制(CBAM)決議，自2023年將覆蓋電力、水泥、鋼鐵、鋁、煉油、造紙、玻璃、化工和肥料等高耗能產(chǎn)業(yè)，上述產(chǎn)品進入歐盟將受CBAM約束，所得收入用于支持歐洲綠色新政目標。同時，全球大多數(shù)國家采用經(jīng)濟刺激手段來控制溫室氣體排放，秉承“誰排放誰付費”的基本邏輯，或采取政府指定碳價由市場決定碳排放水平的碳稅模式，或由政府確定最終碳排放水平由市場來定價形成碳交易市場。目前歐盟和中國都是采用碳交易市場模式，歐盟內部已建成全球規(guī)模最大的碳交易市場，中國碳交易市場則剛開始建成，但是目前全球不同區(qū)域碳市場間并未達成大家都能接受的鏈接機制。

中國是歐盟第三大出口市場和最大的進口伙伴，歐盟對華出口占歐盟對外出口10%，主要貿(mào)易商品為機械和車輛(占比52%)以及化學品(占比15%)；歐盟自華進口商品總值占歐盟進口總值的22%，貿(mào)易商品包括機械和車輛(占比56%)、其他制成品(占比35%)和化學品(占比7%)。因此，中歐雙邊貿(mào)易的碳法規(guī)未來會對國內聚氨酯下游行業(yè)如汽車、冰箱和家具等有影響，而終端客戶是這些行業(yè)的聚氨酯下游企業(yè)，應盡早實現(xiàn)聚氨酯產(chǎn)品碳中和，從而在未來的出口市場贏得一席之地。

3 企業(yè)應加速推進碳核算標準體系的應用

除了出口市場的“碳關稅”外，中國目前推行的雙碳政策也會逐漸推高國內碳排放成本。隨著國家“1＋N”政策體系的逐步完善，國內各類市場主體在碳排放數(shù)據(jù)的積累、國內各行業(yè)從配額管理到計算方法等都會越來越完善。行業(yè)內企業(yè)如聚氨酯合成革等高耗能企業(yè)要加快啟動相關工作，包括對工廠碳排放的核算，低碳資源的挖掘和高碳工序的技術改造和清潔能源使用等，為應對未來企業(yè)合規(guī)經(jīng)營和降低“碳成本”提前做好應對準備。

2022年8月19日國家發(fā)改委、統(tǒng)計局和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《關于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計核算體系實施方案》，方案提出到2023年各行業(yè)碳排放統(tǒng)計核算工作要穩(wěn)步開展，初步建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計核算體系。目前國內和國際已有碳足跡核算方法。碳足跡是以生命周期評價方法來評估產(chǎn)品在其生產(chǎn)周期從原料起始到最終被廢置過程中直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放。碳足跡的核算難度和范圍大于碳排放，且碳足跡核算方法還在不斷升級。目前對應企業(yè)層面主要是ISO 14064標準系列《溫室氣體核算體系:企業(yè)核算與報告標準》，產(chǎn)品層面的標準或規(guī)范文件則主要有:國際標準化組織制訂的ISO 14067:2013溫室氣體產(chǎn)品碳足跡量化與交流的規(guī)則與指南，英國標準協(xié)會(BSI)主持制訂的PAS 2050產(chǎn)品和服務生命周期溫室氣體排放評價規(guī)范，世界資源研究所主持制訂的GHG Protocol中的產(chǎn)品生命周期核算與報告標準。

當前國內也有機構或企業(yè)作為第三方可以提供相關的碳足跡和碳排放核算服務。聚氨酯行業(yè)各企業(yè)可以借助專業(yè)的評價機構，來幫助企業(yè)自身建立相應的碳核算體系，以逐步適應國家雙碳法規(guī)的實施要求。同時，只有建立了碳核算體系，企業(yè)才能準確獲知產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的碳排放情況，可以更有針對性地進行技術改造，實現(xiàn)有效節(jié)能減排。

4 生產(chǎn)制程應使用清潔能源和節(jié)能減排新技術

中國能源消費量自2005年的361 369萬t標煤增長至2019年487 000萬t標煤，其中水電、風電和核電等清潔能源消耗量占比從7%提升至15%，而傳統(tǒng)原煤能源消耗量則由2015年72%下降至2019年58%。2020年中國能源結構中原煤消費占比57%，CO2排放量占全產(chǎn)業(yè)比重的66%，因此盡快調整能源結構是降低CO2排放量最重要且直接的手段。

清潔能源通常是指能夠有效降低溫室氣體排放的新能源技術，包括風電、光伏太陽能、水電、氫能和核能等。聚氨酯行業(yè)內的企業(yè)如萬華化學29%參股中核山東核能有限公司，到2030年其股權占比對應電量即可滿足萬華化學煙臺生產(chǎn)基地全部電力需求，屆時能源結構將全部轉為清潔能源?？扑紕?chuàng)2021年參與中國首批綠電交易試點，與寧夏大唐吳忠簽訂光伏供電協(xié)議，2022年科思創(chuàng)上海一體化基地10%用電來源于寧夏的光伏電力。巴斯夫位于上海、江蘇和廣東的6個生產(chǎn)基地也參與中國綠色電力試點交易。

目前聚氨酯行業(yè)中高耗能的低聚物多元醇、聚氨酯合成革、聚氨酯彈性纖維等產(chǎn)業(yè)應盡早實現(xiàn)能源綠色化；在基礎的蒸汽和熱電等能源電力供應上，盡早依托本地或異地的綠色清潔能源，減少生產(chǎn)過程能源消費所排放的CO2。其次，聚氨酯下游產(chǎn)品生產(chǎn)制程中化學反應及三廢特別是尾氣燃燒處理過程所排放的CO2也不容忽視，最好是將化學反應產(chǎn)生的CO2及時收集起來以便二次資源化利用，在尾氣處理過程中采取新型處理技術減排CO2。

5 積極推進生物基原料使用

生物基材料特別是植物產(chǎn)品的利用對實現(xiàn)碳中和目標非常重要，這是因為植物在生長過程中會利用光合作用消耗CO2，相對石化原料已實現(xiàn)CO2生物固化，這部分生物固化CO2與隨后使用生物質原料制造過程所產(chǎn)生的CO2排放量相互抵消，可以很好地實現(xiàn)碳中和。當然，如果最終生物基材料可以進一步實現(xiàn)生物可降解的話，就可以實現(xiàn)完整碳的生態(tài)循環(huán)，有利于緩解氣候變暖，并減少對自然環(huán)境的破壞和破除人類社會發(fā)展的資源瓶頸限制。

聚氨酯行業(yè)基礎原料大類主要包括異氰酸酯、環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷、擴鏈或交聯(lián)劑、低聚物多元醇，實際上聚氨酯行業(yè)已有很多原料本身就是生物基來源，例如聚氨酯硬泡常用的起始劑中的蔗糖、山梨糖醇和糖苷等均為植物來源，植物油多元醇經(jīng)過多年發(fā)展也在業(yè)內得到廣泛應用。目前一些大宗基礎原料已有大量地生物基來源創(chuàng)新，如Croda公司在北美Atlas Point基地建有40 kt/a以生物基乙醇為原料生產(chǎn)生物基環(huán)氧乙烷的商業(yè)化生產(chǎn)裝置；ADM、Oleon和Avantium等企業(yè)共建有120 kt/a生物基1，2-丙二醇商業(yè)化產(chǎn)能；DuPont公司實現(xiàn)80 kt/a生物基1，3-丙二醇商業(yè)化生產(chǎn)，該業(yè)務已于今年6月被華峰集團收購；西湖大學德國洪堡學者曾安平教授利用合成生物電化學技術實現(xiàn)1，3-丙二醇新的清潔生產(chǎn)工藝并已在廣東清遠投建30 kt/a工業(yè)化生產(chǎn)裝置；Genomatica公司等實現(xiàn)30 kt/a生物基1，4-丁二醇商業(yè)化生產(chǎn)；這些綠色生物基來源的基礎原料將非常有助于推動聚氨酯行業(yè)實現(xiàn)碳中和目標。

6 積極開發(fā)聚氨酯回收再利用技術和產(chǎn)品

我國已建立較為完整的廢舊物資回收循環(huán)再利用體系。聚氨酯行業(yè)一些大宗應用產(chǎn)品包括冰箱冷柜及保溫隔熱聚氨酯硬泡、床墊沙發(fā)用聚氨酯軟泡、汽車座椅用聚氨酯高回彈泡沫，對這些聚氨酯終端應用的廢棄物加以回收，循環(huán)利用，有利于從源頭減少對資源的消耗，從而減少碳排放。

通常聚氨酯泡沫等物資的回收過程包括分離、洗滌和純化等，除去垃圾污染物，隨后將聚合物材料或者切割磨碎為小顆粒以填料方式再利用，或者采取化學降解或熱裂解等降解方式回收單體，最終將單體進行二次聚合，得到其各項性能與用新鮮原料制成的聚氨酯相近的聚氨酯材料。將廢舊聚合物以微細填料再利用方式，相對更為經(jīng)濟，回收再利用過程能耗更低。但廢舊聚合物老化程度或分子降解程度差異很大，當廢舊聚合物顆粒作為填充料添加時，聚合物制品的性能和使用壽命存在不確定性，這需要建立廢舊聚合物材料分級再利用體系。從聚合物完全降解回收單體角度來看，單體再次聚合得到制成品時，品質和制程的確定性和自由度更大，且降解過程如果無需分離純化，將廢舊聚氨酯直接送去降解，可大幅減少廢棄聚合物回收成本。

聚氨酯行業(yè)中某些跨國公司，例如Dow公司早已使用回收廢棄聚氨酯軟泡作為填料來制作地毯，BASF公司開發(fā)化學回收技術從聚氨酯軟泡舊床墊來制備低聚物多元醇及其起始材料，Covestro公司的試驗工廠開發(fā)聚氨酯泡沫回收制備低聚物多元醇技術，萬華化學也在寧波基地開展聚氨酯泡沫回收制備聚醚多元醇生產(chǎn)技術，再生聚醚多元醇成功用于冰箱冷柜用聚氨酯硬泡的生產(chǎn)。

7 開發(fā)利用CO2的新技術

CO2作為碳的最高氧化狀態(tài)，也是能量最低的狀態(tài)，其化學穩(wěn)定性好，因此需要開發(fā)新的催化劑和化學工藝來克服其較高的熱力學穩(wěn)定性和動力學惰性。通常二氧化碳基再利用有做甲醇、低碳烯烴、液化石油氣、合成氣等，其中CO2與環(huán)氧化物反應生成環(huán)碳酸酯或CO2基聚碳酸酯等，或CO2與甲醇合成碳酸二甲酯等備受矚目。

美國康奈爾大學Geoffrey W.Coates教授對CO2和環(huán)氧丙烷為原料進行催化研究合成低聚物多元醇取得成功，美國Novomer公司利用該技術實現(xiàn)CO2與環(huán)氧丙烷制備聚醚碳酸酯多元醇的工業(yè)化生產(chǎn)。2016年沙特阿美收購美國Novomer相關產(chǎn)品技術和業(yè)務。2016年德國科思創(chuàng)在多馬根建立利用CO2生產(chǎn)聚醚碳酸酯多元醇工廠，其原料CO2來源于相鄰化學品工廠廢氣排放，產(chǎn)品名為Cardyon，CO2含量高達20%，目前該多元醇已成功應用于聚氨酯床墊軟泡、汽車內飾、膠黏劑和TPU鞋材領域。英國Econic Technologies公司設計特殊催化劑可在較低溫度和壓力下活化CO2來制備CO2質量分數(shù)為10%～40%的聚醚碳酸酯多元醇。

中科院過程所聯(lián)合深圳新宙邦科技公司，在廣東惠州大亞灣石化區(qū)建成10萬t離子液體催化CO2合成碳酸酯工業(yè)裝置，2021年3月至今已實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，其碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯(DMC)產(chǎn)品達到電子級標準。通過上述技術路線得到的DMC可以繼續(xù)生產(chǎn)聚碳酸酯二醇(PCDL)，從而實現(xiàn)綠色清潔的PCDL供應。

8 碳中和給聚氨酯行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇

中國目前CO2每年排放總量約100億t，其中約12.6億t應歸入建筑物建成后的運行排放，如建筑物空調、采暖和照明等用能，因此除了采取清潔能源外，建筑物自身的保溫隔熱性能提升就至關重要。

近幾年國家在建筑節(jié)能法規(guī)和技術標準體系建設方面逐步完善，地方政府也持續(xù)出臺相關政策推動建筑節(jié)能發(fā)展，行業(yè)內也在超低能耗、近零能耗建筑等方面大膽創(chuàng)新，目前如北京的外墻的傳熱系數(shù)已從1996年未保溫時的2～3 W/(m2·K)降低到2021年的0.15～0.20 W/(m2·K)。而建筑物要達到如此低的傳熱系數(shù)，外墻保溫用的聚氨酯硬泡層厚度就需要達到120～170 mm，這對于聚氨酯行業(yè)是一個巨大的市場。同時，傳統(tǒng)的金屬塑鋼門窗框架也被保溫隔熱效果更好的聚氨酯纖維增強門窗框架所替代，進一步提高了建筑的保溫隔熱效果。

同時，聚氨酯行業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品的過程中，要根據(jù)碳足跡的理念來考慮降低產(chǎn)品總的碳排放量，領先市場推出碳足跡較低甚至零碳足跡的創(chuàng)新產(chǎn)品。例如，聚氨酯合成革或彈性纖維及很多聚氨酯CASE應用產(chǎn)品，如溶劑型聚氨酯產(chǎn)品在最終固化成型時往往會向環(huán)境排放有機溶劑，從而造成有機溶劑的資源浪費，進而本質上造成更多的碳排放。又如水基聚氨酯產(chǎn)品在最終固化成型過程中需要消耗大量的能源，本質上也會造成較多的碳排放。因此對于聚氨酯從業(yè)者而言，減少有機溶劑和水使用量，開發(fā)高固含量聚氨酯產(chǎn)品乃至全固體分的粉末級聚氨酯產(chǎn)品，幫助行業(yè)來降低整體碳排放量，降低聚氨酯應用產(chǎn)品的“碳成本”，從而在低碳條件下整體推動行業(yè)增長和技術進步。

9 結語

針對雙碳政策背景下聚氨酯行業(yè)發(fā)展思路，一是行業(yè)各企業(yè)應盡快建立并應用碳核算體系；二是生產(chǎn)過程盡快切換清潔能源的使用并持續(xù)應用節(jié)能減排新技術；三是企業(yè)要在生物基原料技術的開發(fā)和使用、基礎原料引入CO2、廢舊聚氨酯材料回收再利用、高固含量產(chǎn)品開發(fā)等方面加大技術創(chuàng)新，持續(xù)降低產(chǎn)品的碳足跡；四是需要在建筑節(jié)能領域抓住市場機遇，推動聚氨酯行業(yè)長期健康可持續(xù)發(fā)展。