麦肯锡：《工业部门脱碳：下一个前沿领域》（文后附报告下载链接）
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麦肯锡：《工业部门脱碳：下一个前沿领域》（文后附报告下载链接）
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译编：李鑫 校核：成功
今年6月，麦肯锡咨询公司发布报告《工业部门脱碳：下一个前沿领域》，本公众号对报告的执行摘要进行了翻译，并在此分享与大家，希望本订阅号的关注者踊跃转发扩散，在此对各位的厚爱表示感谢。
在2015年的巴黎协定中，成员国同意将全球变暖限制在2℃以内，而不是限定为工业化以前。这就表明到2050年温室气体的排放将会与1990年相比减少80~90%。因为2014年工业部门排放的温室气体（GHG）在全球温室气体排放中的占比达28%，因此为了实现这一目标，必须采取脱碳的措施。工业场所的生命周期较长，因而需要通过升级和替代这些设施以实现碳减排，并且需要提前进行规划和投资。
麦肯锡公司调查了工业部门脱碳的过程，尤其是在水泥、钢铁、乙烯和合成氨部门。这样选择的原因是这些部门碳排放很难削减，同时与其他部门相比，这些部门原料和高温加热的排放占比也相对较高。通过总结认为，工业部门脱碳即使在技术和经济上存在障碍，但是其在技术上是可行的。而且脱碳的成本将会驱动和影响广泛的能源系统。
工业部门既是全球经济的动力室，同时也是温室气体排放的主要排放机
工业部门是全球财富、繁荣和社会价值的至关重要的来源。工业企业提供了全球1/4的GDP和就业，同时其制造的材料和商品也是我们日常生活的必需品，例如化肥支持了全球逐渐增长的人口，钢铁和塑料供了我们驾驶的汽车，水泥则为我们的工作和生活提供了建筑。
2014年，工业过程直接排放的温室气体和因工业部门使用电力而间接排放的温室气体在全球温室气体排放中的占比达28%，排放量为150亿吨二氧化碳。工业过程中直接和间接排放的温室气体中，90%为二氧化碳。1990~2014年，工业部门的温室气体排放增长了69%（年均增长2.2个百分点），同时，其他部门如发电、运输和建筑的排放增加了23%（年均增长0.9个百分点）。
几乎45%的工业部门二氧化碳排放来自于生产水泥、钢铁、合成氨和乙烯，其分别排放了30亿吨、29亿吨、5亿吨和2亿吨的二氧化碳，这4个部门是本研究的关注点。在这4个部门的生产过程中，45%的二氧化碳排放来自于原料，这里的原料是指企业从原材料到工业产品的过程（例如，生产水泥过程中的石灰石和合成氨过程中的天然气）。另外，35%的二氧化碳排放来自于用于高温加热的燃烧燃料。剩余的20%的二氧化碳排放则是其他能源需求的结果：工业场地中使用的化石燃料来生产中间产品、低温供热和其他工业用途所排放的二氧化碳占比约为13%，机械驱动排放的二氧化碳占比约为7%。
在电力、运输和建筑部门取得突破后，工业部门脱碳将是下一个前沿领域
全球的行动驱动了电力、建筑和运输部门脱碳技术的创新和规模化。同时也降低了这些技术的成本（例如近期光伏组件和电动汽车成本的减低）。而工业部门脱碳技术的创新较为缓慢，同时相应成本也并未下降，这样就使得工业部门减少二氧化碳排放的路径并未像其他部门那样清晰。
另外，由于4个原因，以上4个部门的二氧化碳很难减排。第一，来源于原料的45%的二氧化碳排放并不能通过改变燃料来减排，仅能过改变工业过程来实现减排目的。第二，35%的二氧化碳排放来自于通过燃烧化石燃料来进行的高温加热（4个部门中，工业过程中达到的温度从700℃到超过1600℃）。通过转为使用代用燃料，例如无碳的电力来减少排放是很困难的，因为这需要大幅度的修改窑炉设计。第三，因为工业过程都是高度结合的，因此任何一部分的改变必然会伴随着工业过程其他部分的改变。最后，生产设施的生命周期较长，一般都超过了50年（在定期维修下）。在现有的站点上进行工艺流程改变需要投入大量资金进行重建或改造。
经济部门的挑战也在不断增加。在购买决策中，水泥、钢铁、合成氨和乙烯作为商品，成本是决定性的考虑因素。除水泥之外，这些产品均在全球流通，并进行贸易。通常，在这4个部门中，当外部无定价的时候，至今还没有人愿意为可持续的或者脱碳的产品在自己的账单上加上一笔。因此，通过适应低碳工业过程和技术而增加产品成本的企业将会发现，他们将会在工业生产者中产生经济劣势，因此他们并不会这样做。
工业部门可以通过多种多样的方式来实现二氧化碳减排，如通过优化固有能源结构（包括生物质的可利用性、碳储存容量、低成本的低碳电力和氢气）以及改变生产力
脱碳技术的结合能够使工业实现零排放：需求侧的措施、能源效率的提高、供热的电气化、使用水电（零碳电力）作为原料或者燃料、使用生物质作为原料或者燃料、碳捕捉和存储（CCS）和其他创新。
脱碳方式的合理组合很大程度上依赖于当地的一些因素。最重要的因素是使用低成本的零碳电力，使用适用的可持续生物质能，因为在关注的部门中，大多数的工业过程有大量的与能源及其载体相关的原料需求，这将会被一种或两种其他可选择的能源替代。当地拥有的碳储存容量以及公共和监管对碳储存的支持使得CCS也是一项不错的选择。4个重点部门的增长前景也很重要，因为在已有的工业设施（棕地项目）中运用某种脱碳技术在成本上是有效的，但是其他脱碳技术对于新建设施（绿地项目）而言则更具经济性。
由于脱碳的选择的最佳组合与一个个设施之间的关系完全不同，企业需要在特定情况作出的选择进行评价。为了帮助工业企业缩小他们的选择并集中在那些最有期望的选择中，我们提供了如下的发现，这些发现考虑了当前商品的价格和技术：
能源效率的提高能够降低碳排放的竞争力，但是并不能让自身的脱碳更为深入。能源效率的提高能够降低15~20%的燃料消费，对长期而言具有经济性。但是，对于企业，能效关键在于回报时间（有时低于2年），而设备安装启用后可能会比其潜力低15~20%。
当存在碳储存地点时，在现有的商品价格下，CCS是成本最低的脱碳选择。但是CCS并不是脱碳最直接的必要选项。对工业企业而言，CCS增加了一项额外的运营成本，而其他更深层次的创新能够为脱碳提供可选的相对于传统产品更具成本竞争力的选项（例如电气化供热）。CCS只能在拥有碳储存地点的区域以及当地法规和公众的支持下得以应用。而CCS比较突出的是，在现在这是唯一一项能够完全抵消来源于水泥生产而排放的二氧化碳的技术。
零碳电价低于50美元/兆瓦时，使用零碳电力来供热或者是使用零碳的氢气较CCS而言更为经济。低于50美元/兆瓦时的电价在许多地方已经得以实现（例如瑞典电网的水电和核电的价格），同时随着最近可再生能源发电成本下降的趋势，它将会在更多的地方得以实现。对于与部门、当地的化石燃料、其他商品的价格以及产地关联紧密的脱碳而言，使用最低价的零碳电力来脱碳没有应用CCS那么贵。
在电价低于50美元/兆瓦时的情况下，只要可以提供具备很高温度的锅炉，水泥绿地项目电气化供热的成本竞争力要强于使用化石燃料并应用CCS来控制排放。
在电价低于35美元/兆瓦时的情况下，合成氨和钢铁绿地项目中使用氢气的成本竞争力要强于在传统的生产过程中应用CCS。
在电价低于25美元/兆瓦时的情况下，在乙烯绿地项目、水泥和钢铁棕地项目中，供热电气化的成本竞争力将比在传统生产过程中应用CCS要强。
最后，在电价低于15美元/兆瓦时的情况下，在合成氨棕地项目生产中使用水电以及在乙烯生产中电气化供热的成本竞争力要强于在传统生产过程中应用CCS。这就意味着在这个电价的基础上，本文聚焦的4大部门使用电力供热生产和使用电力制氢在脱碳方面较CCS而言是更为经济的方式。
降低固定设备的成本或者创新流程能够在较高电价的情况下使电气化或使用基于氢气的零碳电力更为经济。
在水泥生产和电价高于20美元/兆瓦时的钢铁生产中，使用生物质作为燃料或者原料较电气化供热和使用氢气在经济上更具吸引力。在水泥生产中，在使用生物质作为燃料和原料方面拥有成熟的技术。这些技术较在传统生产过程中使用CCS来减排而言更具经济性。生物质能同样能够取代生产乙烯和合成氨过程中的化石燃料原料。尽管这种方式的成本超过了电气化供热和使用氢气，但是它在生产过程和终端产品中仍然能够减少排放，例如焚烧利用乙烯制造塑料所造成的排放。然而，可持续生产的生物质能的全球供给被认为它在全球水平下会被限制。另外，通过重新造林来抵消碳排放或许是与使用生物质能相对的应用，而不是在工业过程中的运输和使用。
对于脱碳而言，需求侧的措施更为有效，但是并不是本报告的关注点。使用更低排放的选项来代替传统的工业产品（如在建筑方面使用木材代替水泥）将会大幅度减少4大部门的二氧化碳排放。由技术改变驱动的消费模式的根本性改变能够进一步的抵消需求，例如通过自动驾驶来减少道路（水泥）的需求，通过精准农业来减少对氨的需求。此外提高产品的循环性，例如回收和再利用都能减少二氧化碳的排放。通过回收产品来生产材料通常来说比生产原材料消耗的能源和原料更少。举例而言，使用废钢来生产钢铁所需要的能源仅为生产特等钢所需能源的1/4。
工业部门脱碳需要增加对工业的投资，同时也需要加快零碳发电的建设
相较而言，在4个关注部门的能源密集型工业过程实现完全脱碳将会对能源系统产生重要的影响。据测算，它将需要25~55EJ/年的低成本零碳电力。而正常情况下，每年仅需要6EJ的电力，这就表明，无论脱碳选项如何组合，电力消费都会有大量的增长。电力和工业部门的转型应该同期进行。工业部门可能会降低电力部门转型的成本，例如平衡电网，同时它也将是支持装机容量增长的电力承购商。
从目前到2050年期间，实现这4个部门全面脱碳的成本预计会达到21万亿美元。如果零碳电力价格低于化石燃料电力价格，该成本将会更低，成本能达到11万亿美元。该成本预计的基础是没有工艺创新或者资产设备成本的大幅度降低。而且，它们还严重依赖于减排目标、当地商品价格、脱碳技术的选择和产地的现状。预计的完全实现4部门脱碳的年均成本占全球GDP（78万亿美元）的0.4~0.5%。据报告测算，50~60%的成本是由营业费用组成，其余则是由资本支出组成，主要是水泥部门的脱碳。
对不同电价的分析表明，脱碳可能对工业产品的价格有着正面的影响：水泥价格会翻倍，乙烯的价格可能上涨45~50%，钢铁和氨的价格可能上涨5~35%。
提前规划并及时行动能够促进技术成熟化，降低工业脱碳成本，确保工业能源转型与能源供应变化并行发展
政府能够在地方和区域层面为工业部门脱碳制定路线图。为脱碳指定一个长期的方向能够为其他团体的脱碳提供规划的借鉴，包括工业企业、公共事业以及关键基础设施的所有者（例如电网和氢气管道），并且还能够缩短长期回报的时间。就像政府的角色一样（如在关键基础设施中），该路线图应该存在某些视角，例如对产量的展望、资源的可用性（包括碳储存场）、所需的额外资源（零碳电力等）、基础设施和需求侧的措施等。
调整脱碳线路图中的监管和激励，使之协调。各种政策机制支持工业部门实现脱碳。这就包括了对企业脱碳的直接激励以及对公用事业和其他涉及能源产生和分配的公司的财务要求进行调整。
工业企业应该通过对每个投资组合的灵活性进行细节的审查来为其脱碳做准备。审查应该囊括低成本零碳电力的可获得性、零碳氢气、生物质能和设施附近碳储存的能力，因为各个国家之间的基础各不相同。
与其他股东互动，如政府、公共事业公司和其他工业企业，能够促进工业部门与其他部门或者企业脱碳的协同，推动针对性的创兴，降低成本。例如，产业集群中的工业企业或许会从共享的碳储存设施中收益。
政府、工业企业和研究机构能够支持创新，并使脱碳技术规模化，这些都是实现工业部门完全脱碳的必要条件。脱碳技术的创新可能使工业转型的成本下降。政府能对脱碳技术的发展提供支持，包括扩大全球市场的规模，例如在某种生物只能种引入创新以降低实施成本。总的来说，工业部门脱碳就如同各国降低可再生能源发电成本并扩大其规模一样，需要各国政府、工业企业和研究机构的通力合作。
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