For chemical and materials companies, it’s time to ask a $3.5 trillion question: Are we in the early stages of a transformation from emissions-intensive petrochemicals to a new, green production paradigm in which CO2, hydrogen, and renewable energy are used in place of fossil fuels?
Carbon transformation, or CO 2to X as we call it, is rapidly emerging as an economically viable alternative to fossil fuel-based chemical production. Covestro’s CO 2-precursor químico baseado em base, cardyon e CO da Econic 2-based production method for polyols are being used to make sustainable polyurethane foams. Evonik, in collaboration with multiple partners, has launched the PlasCO 2 Projeto, que visa usar CO 2 como matéria -prima na produção de produtos químicos C4. Doze, uma startup que trabalha com Daimler e Procter & Gamble para produzir CO2-based products, recently announced a $130 million Series B funding round. Air Company, another startup, has been selling CO 2-vodka e fragrâncias baseadas em base, entre outros produtos; Ele levantou US $ 30 milhões em financiamento da série A. No total, as empresas de capital de risco investiram cerca de US $ 700 milhões em co 2 transformation and utilization startups in 2022, according to PitchBook. Investment has been rising at an annual rate of 47% since 2018.
como a batida de inovação e financiamento em CO 2-based chemicals grows louder, big companies (especially those with carbon reduction or net zero commitments) need to engage with alternative production inputs and processes.
CO 2 to X
Recent analysis by BCG indicates that CO2 to X is a compelling, and underappreciated, endgame for the descarbonização do setor de produtos químicos - uma indústria que produziu aproximadamente 2,5% das emissões globais de carbono em 2022. CO 2 a x pode ser visualizado como uma das quatro abordagens complementares que aumentam Captura e armazenamento de carbono (CCS) e reduza a intensidade do carbono dos processos de produção química. (Ver Anexo 1.) E como o Economias de escala Para os CCs melhoram, as recompensas acumulam-se para os mais bem preparados para agir. Tais CO
Almost all petrochemicals used today can be produced using CO2, low-carbon hydrogen, and renewables in place of fossil fuels and heat. Such CO 2-Caminhos baseados em Basey podem desbloquear novas opções de redução de gases de efeito estufa que são altamente desejáveis para os usuários a jusante. Por exemplo, a pegada de carbono de etileno produzida usando hidrogênio de baixo carbono e CO2 (from biogenic sources or direct air capture) as feedstocks could be negative compared with the 1.3 to 1.8 tonnes of CO2 per tonne of ethylene generated by today’s gas-cracking process.
Developed at scale and reasonable cost, CO2-based production processes can be an important contributor to a low- or no-carbon chemical industry in which:
- The majority of process heat is provided by hydrogen and green electricity.
- Large shares of petrochemical building blocks based on syngas are produced through CO 2-TO-X Métodos no lugar da reforma do metano a vapor. Carbono de matéria-prima. Renováveis e tecnologias de armazenamento estão avançando rapidamente, e a eletricidade para a indústria pode ser aprimorada ainda mais por tecnologias como pequenos reatores nucleares modulares, que a Dow, entre outros, está buscando. O fornecimento de
- The remaining process emissions are captured and the carbon reused.
- Sustainable CO2 sources (such as biogenic or direct air capture) or recycled materials provide feedstock carbon.
The catalysts for these improvements will be technology developments that are both incremental (such as process optimization) and step change (such as the discovery of new catalytic materials), as well as evolving regulation and widespread green-electricity generation and hydrogen production. Renewables and storage technologies are rapidly advancing, and electricity for industry could be further enhanced by technologies such as small modular nuclear reactors, which Dow, among others, is pursuing. The supply of hidrogênio verde também precisa aumentar; O BCG estima que a demanda por hidrogênio de baixo carbono possa subir para 350 milhões a 530 milhões de toneladas por ano até 2050.
Big Bet, maiores pagamentos de pagamento
To be sure, being a pioneer in green markets is still a bet, but it’s one that could pay off big. Upstream players in industries such as chemicals have long operated in commoditized markets, competing mainly on cost and price. A Janeiro de 2023 Paper Branco Preparado pelo Fórum Econômico Mundial e o BCG relatou que a demanda nesta década para alguns materiais verdes, incluindo produtos químicos e plásticos, poderia superar a oferta. Os primeiros motores que abordam aplicativos para os quais a demanda do cliente por alternativas verdes é alta (como olefinas de baixo carbono derivadas de petróleo de pirólise ou monômeros de biológica para tereftalato de polietileno) já estão capturando prêmios de preços. Aqueles que aguardam a demanda se materializarem antes de investir podem ser tarde demais. O grande desafio é que Co || 3719
CO2 is an attractive feedstock because it is both industrially abundant and a problematic greenhouse gas. The big challenge is that CO2-Os processos para-X ainda são caros e normalmente usam grandes quantidades de energia para criar produtos químicos da plataforma, como o monóxido de carbono (um ingresso-chave em vários produtos químicos industriais) e etileno glicol (um agente antifreeze, como bem como o precursor para os poliestores. No entanto, a economia do CO 2 A utilização está melhorando, com vários caminhos à beira da atratividade econômica. (Consulte o Anexo 2.) O BCG mostrou que CO 2 Processos baseados podem ter emissões mais baixas de escopo 2 e 3 do que os métodos de base biológica, e seus custos estão se tornando competitivos com a rachadura de gás (líquido de subsídios). As mudanças regulatórias da UE pendentes (como o sistema de negociação de emissões e o mecanismo de ajuste de borda de carbono) podem corroer a lucratividade dos processos estabelecidos de produção de alta emissão de carbono, criando incentivos adicionais para a mudança. CO
Many companies have committed to CCS as a key pillar of their sustainability programs. CO 2 a x é uma abordagem complementar: a infraestrutura para capturar e transportar co 2 criará economias de escala para CO2 as a feedstock. For example, ExxonMobil and Mitsubishi Heavy Industries are partnering to use Mitsubishi’s CO 2 Capture Technology como parte das soluções CCS de ponta a ponta industrial da Exxon. Air Liquide, Fluxys Bélgica e o porto de Antuérpia-Bruges receberam € 145 milhões da UE para o Antwerp@C CO 2 Exportar Hub, que coletará e transportará co2 via an intraport, open-access pipeline network.
Tudo o que foi dito, muitas perguntas permanecem. Dada a variedade de tecnologias no desenvolvimento, bem como o número de produtos em potencial que poderiam ser direcionados, avaliar os riscos técnicos, econômicos e comerciais não é uma questão simples. Os pontos cruzados para a economia e a mitigação de gases de efeito estufa dependem da molécula de interesse, da disponibilidade relativa de opções e eletricidade circulares ou de base biológica e incentivos regulatórios. As empresas precisam determinar como os vários CO 2 As rotas de transformação se comparam com outras vias de sustentabilidade, como biodegradabilidade e circularity, from a cost and carbon footprint perspective. The decisions are rarely straightforward. Aliphatic and aromatic value chains require careful consideration based on process economics and maturity.
Many companies have committed to CCS as a key pillar of their sustainability programs. CO 2 a x é uma abordagem complementar.
As empresas precisam fazer três perguntas -chave sobre quando, como e onde implantar as novas tecnologias:
- Quais moléculas optamos por tentar primeiro? Dados os requisitos de escala intensivos em capital e a falta de clareza sobre a disposição dos clientes de pagar um prêmio, existe uma estratégia de entrada no mercado que minimiza os riscos e acelera os cronogramas?
- How should we (and others) assess technology developments and market and energy demands?
- How will the market develop? Given capital-intensive scaleup requirements and a lack of clarity on customers’ willingness to pay a premium, is there a go-to-market strategy that minimizes risks and accelerates timelines?
Quais moléculas?
CO 2 A transformação está nos estágios iniciais da escala de construção, passando de produtos de prêmio para menor custo. Os jogadores devem decidir onde e como jogar com base em sua posição na cadeia de valor e em suas aspirações líquidas zero. (Consulte Anexo 3.) Hoje, estamos vendo a implantação de produtos mínimos viáveis em materiais especiais de alta margem e menor volume com requisitos de baixa energia renovável ou de hidrogênio, como policarbonatos, polióis e carbonatos de dietil (usados para baterias). Esses casos de uso minimizam a concorrência por renováveis escassos, absorvendo os custos extras associados a novos produtos. As colaborações de Twelve com Daimler e Procter & Gamble, bem como a entrada de Covestro e Econic no CO
We expect adoption by the chemical industry to follow an L-shaped curve, starting with high-margin products with low energy needs and spreading to more widely used molecules as costs come down. (See Exhibit 3.) Today, we are seeing the deployment of minimum viable products in high-margin, lower-volume specialty materials with low renewable-energy or hydrogen requirements, such as polycarbonates, polyols, and diethyl carbonates (used for batteries). These use cases minimize competition for scarce renewables while absorbing the extra costs associated with new products. Twelve’s collaborations with Daimler and Procter & Gamble, as well as Covestro and Econic’s entry into the CO 2-Figura de poliuretano baseado em âma. de energia verde e hidrogênio devem levar à produção e diversificação escalar em produtos químicos especiais de margem média, seguidos de movimentos para produtos básicos com menor margem e mais energia intensiva em energia (como syngas e metanol). O deslocamento final dos produtos químicos base de baixa margem e alta energia será a última fase, como CO
Expanding availability of green energy and hydrogen should lead to scaled-up production and diversification into medium-margin specialty chemicals, followed by moves into lower-margin and more energy-intensive base chemicals (such as syngas and methanol). The ultimate displacement of low-margin, high-energy base chemicals will be the last phase, as CO 2 Tecnologias de transformação aumentam a curva de escala. A transformação fornece várias opções com potencial para o desenvolvimento do mercado e redução de carbono. Eles estão em diferentes estágios de maturidade, e cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens e é útil para grupos específicos de produtos. (Consulte o Anexo 4.)
Technology Developments and Market and Energy Demands
At least six technical pathways to CO2 transformation provide multiple options with potential for market development and carbon reduction. They are at different stages of maturity, and each has its own advantages and disadvantages and is useful for particular groups of products. (See Exhibit 4.)
Entendendo quais mercados provavelmente se converterão mais rapidamente envolve a avaliação de fatores como custos de produção, disposição do cliente de pagar, a jusante Compromissos de sustentabilidade e opções a jusante para abordar o escopo 2 e 3 emissões. A Lanzatech, por exemplo, concentrou-se em monoetileno glicol, um precursor para poliésteres usados em inúmeras cadeias de valor do produto de consumo, onde os compromissos são fortes, a disposição de pagar é alta e as opções de redução de 2 e 3 opções de realização estão faltando as empresas a jusante. As empresas precisam analisar o que é atraente em uma tecnologia específica (os biortes são bons para álcoois e ácidos, por exemplo, rotas eletroquímicas para olefinas C2 e rotas térmicas para a maioria dos outros produtos), sua maturidade tecnológica, as matérias -primas necessárias e sua (potencial) disponibilidade nos locais necessários. Os químicos sustentáveis “unicórnios” Solugen determinaram locais de plantas com base na proximidade dos clientes a jusante e na adequação de instalações de menor escala. A Lanzatech procura capturar CO
Determining fit-for-purpose options involves assessing several factors, such as market, value proposition, and net zero commitments. Companies need to analyze what’s attractive about a particular technology (bioroutes are good for alcohols and acids, for example, electrochemical routes for C2 olefins, and thermal routes for most other products), its technology maturity, the feedstocks needed, and their (potential) availability in the required locations.
New models and priorities may be necessary. Sustainable-chemicals “unicorn” Solugen determined plant locations based on proximity to downstream customers and suitability for smaller-scale facilities. LanzaTech looks to capture CO 2 A partir de processos e instalações existentes. Evonik e Siemens localizaram uma instalação importante, onde têm acesso pronto para incentivos de energia renovável e hidrogênio de baixo custo. A escala agora atenderá apenas parcialmente ambições de zero líquido. Uma mistura de tecnologias de próximo e longo prazo será necessária para obter um impacto significativo e duradouro.
How We Expect the CO2-to-X Economy to Develop
CO2 transformation technologies that are viable at scale now will only partially meet net zero ambitions. A mix of near- and longer-term technologies will be necessary to achieve significant and lasting impact.
Near Term. como o CO 2-TO-X Economia ganha tração, dois tipos de jogadores com sinergias naturais podem ser os primeiros adotantes em larga escala. Alguns usuários da Syngas em larga escala com metas agressivas de sustentabilidade já estão buscando co 2 para syngas como uma maneira de reduzir o carbono incorporado, alcançar prêmios de preço e aproveitar a capacidade de produção a jusante existente e o acesso ao mercado. CO 2 a x também fornece uma solução potencial para produtores em larga escala com CO concentrado 2 Fluxos que não têm acesso a CO2 pipelines or geologic storage and could face big carbon emission liabilities. Rather than investing in avoiding those liabilities, such companies could invest in turning them into a product stream.
Uma mistura de tecnologias de próximo e longo prazo será necessária para obter um impacto significativo e duradouro.
médio prazo. Colaborações e alianças ao longo da cadeia de valor oferecem oportunidades para alinhar incentivos, emissões coletivamente baixas e acelerar a escala para moléculas de menor valor e maior energia. Por exemplo, o Total está trabalhando com Axens em Bioetileno e com Stanford University e Startup Cert Systems on Transforming Co 2 em etileno. CO 2 A transformação pode complementar e ser integrada à biografia a X, resíduos em x e óleo em produtos químicos, minimizando os riscos associados a investimentos em alternativas de refinaria flexíveis de alimentação. À medida que o dióxido de carbono evolui de um resíduo que precisa ser enterrado para uma matéria -prima economicamente viável, a economia do processo mudará, recompensando apostas estratégicas nos processos e matérias -primas corretas para a molécula direita.
Longer Term. Capital de risco e investimento do governo impulsionarão novas tecnologias potencialmente perturbadoras (como plasma e eletrocatálise) em relação à maturidade. Isso poderia oferecer a oportunidade de saltar tecnologias existentes e, finalmente, atingir a redução de carbono ou líquido zero objetivos. Até 2040, a vantagem de custo pode não ser mais sobre o acesso a gás natural de baixo custo, mas o acesso a eletricidade de baixo custo, de baixo carbono, hidrogênio e um CO concentrado 2 Stream. Isso teria implicações maciças para a geopolítica petroquímica tradicional, fluxos comerciais e reivindicações de lucros. (See Exhibit 5.)
Guidance for the C-Suite
The pathways to environmentally and financially sustainable CO2-to-X models vary by region and industry segment. (See Exhibit 5.)
But as CO2-to-X costs fall, leaders at all large chemical producers, as well as at other companies, should address the following questions to determine if the technology has a place on their decarbonization AGENDAS:
- Como pode co 2-TO-X TECNOLOGIA MUDANÇA POSIÇÕES COMPRETITIVAS E POUNTOS DE LUCTOS EM NOSSOS PRODUTOS E GEOGRAFIAS POSSA QUE REUSTOS QUE CREATS QUE POSTOS QUE CREATS QUE POSTOS QUE CREATS DOS CRATAS A REURTIMENTOS A REVISTA A REVISTA DA TECRILATA DE TECNOTAÇÃO 3888
- Does our R&D organization possess the capabilities to take advantage of the new technology?
- Where do our assets or value chains create natural partnership options that we can explore?
A fabricação química parece estar presa com uma escolha entre lucratividade e sustentabilidade. Mas estamos na vanguarda de uma revolução tecnológica e comercial em como transformar CO 2 em um colaborador líquido de uma indústria química zero líquida. As empresas químicas podem estar entre os maiores vencedores-se começarem a trabalhar na transformação agora. Inscreva -se
