2013年11月06日09:11
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頁岩氣的主要成分是甲烷，此外還有其他一些有用的副成分。這些副成分是樹脂和涂料等多種有機材料的原料，乙烷就是其中的代表。從頁岩氣中提取的乙烷價格低，美國化工業的成本競爭力將因此而提高。由於擁有了廉價的原料，大規模化工廠在美國相繼開工建設。2016年這些化工廠全面投產后，樹脂的價格有望大幅降低。
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| 圖中的數字是新建乙烯工廠的年產能。此外還有兩座尚未選址的年產能為150萬噸的工廠。這8座工廠中，有6座預定在2016年∼2018年投產。再加上現有工廠的重新啟動和增產，數年后美國的乙烯增產規模將增至約1200萬噸/年。這差不多是2012年日本全國乙烯產量的2倍。 |
頁岩革命將對樹脂等有機材料的價格和採購起到決定性的影響。由此，日本普利司通公司開發的丁二烯新制法受到了關注（圖1）。
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●圖1：普利司通利用採用新制法的合成橡膠試制的輪胎 （a）為利用生物乙醇制造丁二烯后再制成的苯乙烯•丁二烯（SB）橡膠。（b）為利用該SB橡膠試制的輪胎。該輪胎還利用了很多其他的可再生原料。 |
丁二烯是輪胎用合成橡膠的主要原料，沒有丁二烯就造不出輪胎。但三菱化學控股公司認為，“如果以頁岩氣為原料的化工廠全面啟動，丁二烯將變得緊缺”。丁二烯新制法受到關注是因為“普利司通先於其他公司迅速找到了應對未來丁二烯短缺的方法”。
丁二烯新制法是以從甘蔗等提煉的生物乙醇為原料，完全不同於此前以石油和天然氣為原料的傳統制法，因此實現了原料的多樣化，可大大降低造不出輪胎的風險。
普利司通強調：“材料開發的基本方針是原料的多樣化，尤其是要替換為可循環利用的材料，丁二烯也不例外。新制法是本公司的中長期措施，並不是考慮到頁岩革命而開發的，不過當然可以在採用傳統制法的丁二烯緊缺時成為代替技術。”
頁岩革命對有機材料的影響不僅僅是丁二烯，對汽車上大量使用的聚丙烯（PP）、家電產品使用的聚苯乙烯（PS）以及丙烯?-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂（ABS）的供應和價格都會產生巨大影響。有機材料的採購環境正在發生“根本變化”。
為何輪胎的主要原料會因頁岩革命而變得緊缺呢？前面曾說過，隨著美國陸續開建大規模化工廠，樹脂等有機材料的供應將得到緩解，那麼價格應該隨之降低才對。基本趨勢確實如此。但如果頁岩氣在某種化學品的原料中所佔的比例升高，就會改變這種化學品的供需平衡。因此，個別來看，會出現丁二烯變得短缺的情況。那麼，頁岩革命對樹脂材料究竟會有哪些影響呢，下面就具體進行介紹。
頁岩氣的成分不同
樹脂等多種有機材料的制造都是從石腦油、石油伴生氣以及天然氣（頁岩氣）等的分解和分鎦開始的。日本的化學工廠利用通過原油提煉工藝制造的石腦油為起始原料。石腦油中所含的丁二烯和苯類相對較多。美國的化學工廠在頁岩革命以前就多以天然氣為起始原料，近年中東不斷新建的化學聯合工廠也以成分與天然氣類似的石油伴生氣為起始原料。在陸續啟動大型工廠的中國、東亞和歐洲，以石腦油為起始原料的設備較多。利用由此獲得的乙烯、丙烯、丁烷和苯類等為原料，經過各種化學反應就能制造出各類樹脂。
樹脂是通過化學反應使單體（單分子）的基礎化學品結合，變成大的聚合物（高分子）。例如，聚丙烯就是由大量丙烯聚合在一起形成的〔圖2（a）〕。純聚丙烯的原料隻有丙烯一種，因此制造過程非常簡單，而聚苯乙烯需要先通過乙烯和苯制造苯乙烯，然后聚合苯乙烯制成聚苯乙烯〔圖2（b）〕。
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●圖2：原料單體與衍生品（聚合物）的關系 樹脂是使作為原料的單體通過化學反應結合成大的聚合物（高分子）。 |
ABS樹脂就更復雜了，要使丙烯?、丁二烯和苯乙烯三種原料交互結合起來。如果像開篇介紹的一樣，丁二烯因緊缺而價格暴漲，以其為主原料之一的ABS的價格也會大幅上升。因為樹脂價格深受起始原料價格的影響。
但隨著以頁岩氣為原料的化工廠不斷增加，作為起始原料的基礎化學品的供需平衡將發生變化。頁岩氣的構成成分與原來的天然氣基本相同（表1）。用於發電時可直接作為燃料使用，而作為化學品原料使用時則按成分分開。頁岩氣中比例最大的是隻有一個碳原子的甲烷，佔75∼90％。甲烷也主要用作燃料。
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表1：頁岩氣的主要成分及其衍生品 （ABS=丙烯?-丁二烯-苯乙烯共聚樹脂，EPDM=三元乙丙橡膠，EVOH=乙烯-乙烯醇共聚體，PA=聚?胺，PC=聚碳酸酯，PE=聚乙烯，PET=聚對苯二甲酸乙二醇酯，PMMA=聚甲基丙烯酸甲酯，PS=聚苯乙烯，PVA=聚乙烯醇，PVC=聚氯乙烯，SB=苯乙烯丁二烯） |
其他成分由多到少依次為：有2個碳原子的乙烷、3個碳原子的丙烷、4個碳原子的丁烷以及擁有六角形碳骨架的苯類。苯類指BTX（Benzene、Toluene、Xylene）。化學行業取苯（Benzene）、甲苯（Toluene）和二甲苯（Xylene）的首字母，稱之為BTX，為便於了解物質，本文統稱為苯類。這些成分主要用作樹脂等有機材料的原料，但頁岩氣與石腦油相比，丁烷和苯類的含量極少。因此，預計在乙烷和丙烷供給過剩的同時，丁烷和苯類將出現供應短缺（圖3）。丁二烯是由丁烷制造的，因此供應也會變得緊張。
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圖3：頁岩氣各主要成分的用途 頁岩氣與石腦油相比，丁烷和苯類的含量極少。因此，預計在乙烷和丙烷供給過剩的同時，丁烷和苯類將短缺。 |
乙烯生產將快速增加
利用乙烷可以制造最基本的化學原料乙烯。因此，美國正在大規模建設利用頁岩氣中所含的廉價乙烷制造乙烯的工廠。僅近幾年內的新增產量就約達1200萬噸/年（表2），約為2012年日本全國產量（615萬噸）的近2倍。因此，在這些工廠全面投入使用的2016年以后，廉價的乙烯及其衍生品將大量投入市場。也就是說，樹脂等有機材料今后將全面受到頁岩革命的影響。目前正處於“革命前夜”。
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| 表2：美國計劃增設的乙烯工廠 |
英國大型監查及咨詢公司PricewaterhouseCoopers（PwC）的美國子公司PwC US分析了各地區乙烯、高密度PE（聚乙烯）及乙二醇等的生產成本。結果顯示，乙烯的生產成本在美國為316美元/噸，在沙特阿拉伯為455美元/噸，而亞洲是美國的5倍以上，為1717美元/噸。高密度PE的生產成本在美國為526美元/噸，在沙特阿拉伯為692美元/噸，而亞洲為2018美元/噸。防凍液和PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）的原料乙二醇的生產成本在美國為336美元/噸，在沙特阿拉伯為524美元/噸，而亞洲為1378美元/噸。據估算，在沙特阿拉伯作為原料的石油伴生氣的價格為0.75美元/MMbtu（按原油換算約為4.5美元/桶），美國的頁岩氣價格為3美元/MMbtu（按原油換算約為18美元/桶），亞洲的原油價格為100美元/桶。btu是天然氣使用的熱量單位，1btu＝1.054kJ，MMbtu為100萬btu。因此，美國產品在成本競爭力方面具有絕對優勢。
日本經濟產業省2013年4月30日公布了“世界石油化學產品的未來供求動向（對象期間為2004年∼2017年）”（以下簡稱“未來供求動向”）。這是由化學公司、石油公司、貿易公司及金融機構的20位董事級人士組成的世界石油化工產品供求動向研究會，以經濟產業省化學課為秘書處整理出來的報告，經過了縝密的調查分析。
“未來供求動向”中預測，乙烯衍生品的產能（按乙烯換算。乙烯衍生品有很多種類，因此並沒有單純合計，而是換算成衍生品中所含的乙烯的量后來分析。）將隨著北美、中南美、中東、中國及印度增減新設備而大幅增加，2017年全球產能將達到1.8億噸/年以上（表3），而預計2017年乙烯衍生品（按乙烯換算）的需求約為1.53億噸。因此產能將大大超過需求。
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表3：全球乙烯衍生品的產能走勢 世界整體數字包含俄羅斯等表中未出現地區的數據。計算多座工廠的產能時，因存在尾數處理誤差，所以年產能的增加部分與2017年和2011年的年產能之差不一定一致。 |
日本化工行業認為，制造成本的差距與龐大的增產規模是嚴重的問題。為防止供應過剩，已有3座乙烯工廠（年產能合計為113萬噸/年）計劃停產，具體是三菱化學公司的鹿島工廠、三菱化學與旭化成化學公司共同運營的水島聯合工廠（岡山縣倉敷市）及住友化學公司的千葉工廠（千葉縣市原市）。與鋼鐵共同支撐著重工業的石油化學工廠已經開始縮小規模。
丙烯類也將供大於求
預計聚丙烯等的原料丙烯的產能也將大大超過需求（表4）。以前一直以為頁岩氣中所含的丙烷比例較低，因此利用丙烷制造的丙烯和丙烯衍生品會出現緊缺。但最近發現，頁岩氣中其實含有相當多的丙烷。因此，美國計劃建設年產能達到數百萬噸的丙烯制造工廠。
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表4：全球丙烯衍生品的產能走勢 世界整體的數字包含俄羅斯等表中未出現地區的數據。計算多座工廠的產能時，因存在尾數處理誤差，所以年產能的增加部分與2017年和2011年的年產能之差不一定一致。 |
另外，中國接連新建了多座以石腦油而非頁岩氣成分為原料制造丙烯衍生品的大規模工廠。“未來供求動向”中的數據顯示，與2011年相比，2017年北美及中南美的年產能將增加420萬噸，中國將增加1420萬噸。隨著工廠的增加，預計2017年丙烯衍生品的全球總產能將達到1.266億噸/年。但預計需求隻有1.1億噸/年。
另一方面，關於可能會出現原料短缺的苯類，預計2017年甲苯和二甲苯將陷入供不應求的局面。苯的全球總需求為4720萬噸/年，而產量為5010萬噸/年，看起來似乎能確保需求量，但預計甲苯和二甲苯的需求將大於生產。
預計2017年甲苯的需求為2650萬噸/年，而產量隻有2570萬噸/年，將出現80萬噸/年的缺口。同樣，二甲苯的需求為5330萬噸/年，而產量為5030萬噸/年，預計將出現300萬噸/年的缺口。不過，針對這種供不應求的情況，供貨方將採取應對措施，陸續開拓新的供給渠道。例如，三菱化學“正在考慮通過石油精煉工藝提取苯類作為化學原料使用”的方法。
關於丁二烯和丁二烯衍生品，“未來供求動向”中並沒有分析。不過，三菱化學控股公司代表董事社長小林喜光在該公司2013年3月召開的中期經營計劃說明會上表示，（丁二烯和丁二烯衍生品）將受頁岩革命的影響“出現短缺”。
三菱化學控股認為這是一個商機，其旗下的三菱化學正討論使自主開發的丁二烯制法實現業務化。除了開篇提到的普利司通和三菱化學外，旭化成、昭和電工公司及三井化學公司等也開發了丁二烯新制法，正在討論或計劃投入量產。如果新制法能順利推進量產，丁二烯及其衍生品可能就不會出現供給不足的情況。
甲醇的用途越來越廣
在美國，利用頁岩氣的主要成分甲烷制造甲醇的工廠建設計畫也接連涌現。以全球最大的甲醇生產商Methanex公司為首，預計多家企業都會在2014年∼2017年增產，總增產規模預計為500萬噸/年。
三井物產公司與美國大型化工品廠商塞拉尼斯公司（Celanese）各出資50％設立了業務公司，該業務公司計劃建設年產能為130萬噸的甲醇工廠，於2015年中期投入使用（圖4）。總投資達8億美元。
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圖4：將建設甲醇工廠的德克薩斯州Clear-Lake 三井物產和塞拉尼斯共同出資設立的公司將在照片中畫圈的地方建設產能為130萬噸/年的甲醇工廠，計劃在2015年中期投產。 |
新工廠生產的甲醇由兩公司各購買50％，三井物產主要在美國銷售，而塞拉尼斯將作為自公司產品的原料使用。此前，甲醇大多被用作福爾馬林、汽油添加劑和醋酸等的原料，但近年來，通過甲醇經由乙烯和丙烯制造聚乙烯和聚丙烯的技術受到關注。如果能用甲醇制造樹脂，將對樹脂的供求關系產生巨大影響。
接下來是“煤炭革命”？
利用頁岩氣制造甲醇，以此為原料制造聚乙烯和聚丙烯的工廠建設也已經提上議程，但已經有工廠率先展開了行動，那就是以煤氣為原料的工廠。這是一項歷史悠久的技術，但煤炭資源豐富的中國對其進行了改良，使其在最近幾年突然開始受到關注。在盛產煤炭的中國內陸地區，利用煤炭制造乙烯的年產30萬噸的工廠已經投入使用。
“未來供求動向”的數據顯示，中國已公布的利用煤炭制造乙烯和丙烯的工廠產能簡單相加“將超過1000萬噸/年”。不過，“未來供求動向”對確定性高的新設計畫進行的統計結果為，以煤炭為原料的乙烯和丙烯工廠的規模隻有120萬噸/年。但如果按照公布的計劃新建工廠，中國的乙烯和丙烯合計年產能將增加1000萬噸。
這樣一來，中國的化學品進口量將銳減，樹脂等化學品整體的供求和採購環境極有可能從根本發生變化。這可以說是“巨大變化”。樹脂等有機材料是否會在頁岩革命之后掀起“煤炭革命”將成為最大的關注點。（作者：高田憲一，日經能源環境網 供稿）
