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碳纤维迎来双碳时代,面对“减碳”进行时,头部企业都在怎么做?

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-10-30 10:42:35

碳纤维是一种“神奇”的材料,为飞机、风力涡轮机和汽车增加了优异的强度却不增加重量。目前全球致力于改善其生产和回收的新技术意味着未来将带来更大的环境效益。

长期以来,碳纤维一直被誉为工程材料时代的英雄。它是一种超高强度、低重量的物质,由石墨形式的碳原子组成,与铅笔中的碳原子相同,它的强度是钢的十倍,而重量只有钢的四分之一。

航空工业使用碳纤维制造飞机的尾部部件和其他结构件,如空中客车A310,而波音787梦幻客机作为同类型最先进的长途飞机,则采用了碳纤维机身。

因为采用碳纤维机身/车身的飞机和汽车更轻,所以它们需要更少的燃料来推进。这有助于运输业减少碳足迹。但随着欧盟立法者计划在2030年之前将运输业的二氧化碳排放量减少45%,这是一个更加雄心勃勃的目标,需要进一步的技术突破,以开创低碳运输的新时代。

向以可再生能源为动力的电动汽车(EV)的转变是这些努力的前沿,但同时,汽车行业面临着压力,必须确保所有依赖燃料的汽车尽可能保持轻量和节油,特别是在新兴经济体需求推动下,全球汽车保有量持续增长的情况下。

碳纤维迎来双碳时代,面对“减碳”进行时,头部企业都在怎么做?

与此同时,飞机正在变得越来越大。自2013年以来,全球航空业的客运量每年以5%到8%的速度增长。随着运输更多人的需要,飞机的重量也随之增加,对更多燃料的需求也随之增加,这增加了减少排放的挑战。

碳纤维的兴起

碳纤维是由石墨形式的碳原子制成的直径在5到10微米之间的细丝。每根细丝的直径几乎是一根头发直径的十分之一。它们与环氧树脂等材料结合,然后在巨型烘箱中加热固化,制成碳纤维复合材料。

在20世纪60年代,新工艺导致了高性能碳纤维的生产,日本在这方面处于领先地位。碳纤维复合材料现在广泛应用于从自行车到一级方程式赛车,从风力涡轮机到笔记本电脑外壳等各种各样的产品中。尽管现代纤维的强度比以往任何时候都要高,但专家们表示,我们只触及了材料潜力的表面。

东丽公司(Toray)是一家深耕于碳纤维领域的公司,自20世纪70年代以来,它一直是碳纤维开发领域的世界领先者。近年来,东丽开发了一种用于火箭、卫星和飞机的先进产品。由于航空和航天行业所处的恶劣环境,最高质量的材料是必不可少的,而新型T1100G是市场上最坚固、最耐腐蚀的碳纤维之一。采用创新的碳化技术在纳米水平上控制纤维结构,使其能够承受巨大的张力和压缩,并使材料具有高耐腐蚀性、蠕变性和疲劳性。

汽车工业也在向电动汽车的转变中使用碳纤维。例如,东丽的旗舰电动汽车Teewave AR1在其包括发动机罩、仪表板和车顶等在内的基本结构中使用了碳纤维,而碳纤维复合材料制成的减震器具有更大的刚性,在碰撞时提供更大的保护。最重要的是,这辆车也更轻。它比其他商用电动汽车轻三分之一,减少了9%的二氧化碳排放。

碳纤维迎来双碳时代,面对“减碳”进行时,头部企业都在怎么做?

碳纤维对减少碳排放的积极影响

在制造碳纤维时,以精炼石油而获得的丙烯腈为原料,经过纺丝并烧成碳纤维,由于其在1000℃或更高的高温下燃烧,因此当制造1吨碳纤维时排放约20吨CO₂。但即便如此,也不能影响碳纤维是一种环保材料。

其原因在于碳纤维具有出色的比强度和比模量,碳纤维的使用极大地提高了全球变暖的对策。国外碳纤维企业通过对碳纤维复合材料生命周期研究,评估了碳纤维对环境的影响,其主要评估内容包括原材料的开采、碳纤维产品的使用直至废弃的整个生命周期来评估碳纤维对环境的影响。

评估结果表明,产品在10年生命周期内,在将飞机机体结构减轻20%的情况下,可达到减少1,400吨CO2的效果;汽车使用碳纤维将车体重量减轻30%的情况下,可达到每吨碳纤维减少50吨CO2的效果。

如果将碳纤维用于日本乘用车(轻型车除外,拥有4200万辆)和客机(拥有430架),并通过轻量化来提高燃油效率,则最终可以减少CO₂排放量将达到2200万吨。因此,碳纤维是有助于全球环境保护的先进材料,这是减少CO₂的“关键”。

碳纤维迎来双碳时代,面对“减碳”进行时,头部企业都在怎么做?

碳纤维生产需“减碳”

碳中和概念风起,碳中和产业链上的方方面面都迎来了发展机遇。其中,“新材料之王”碳纤维由于在风电、光伏、氢能、新能源汽车领域的广泛引用,得到了巨大的发展契机。

根据《2021全球碳纤维复合材料市场报告》,2021年全球碳纤维需求11.8万吨,预计到2025年将达到24万吨的规模,到2030年可能达到40万吨,2021-2025年CAGR为19.5%,2021-2030年为14.5%。

然而,尽管碳纤维是较为环保的一种材料,但生产碳纤维的过程却并非完全“绿色”。

碳纤维制造本身是一个高耗能行业,每生产一吨碳纤维,就会排放20吨二氧化碳。在碳化和石墨化过程中需要高温处理,这些设备需要大量电力来供温。此外,碳纤维的回收产业仍未成熟,在材料回收环节也可能出现ESG风险。

《ESG Weekly》联合景赋,推出“ESG观察:材料领域”专题,第一站,我们看看碳纤维材料龙头企业,在ESG领域表现如何。

碳纤维需“减碳”,头部企业怎么做?

值得注意的是,两家碳材料龙头企业中,中复神鹰披露了ESG报告,而东邦采用的是CSR报告,即社会责任报告。两种报告在关注重点、披露架构、编制目的上有所区别,但企业究竟在碳中和领域做了哪些努力,还要从具体的内容中一一分析。

首先,企业对气候变化及环保议题的重视度有多大,可以从议题矩阵的位置排列直观看到。然而,采用ESG报告的中复神鹰,未在报告中对重大议题进行识别,这让其ESG报告的完整性有所折扣。与之相对,东邦在CSR报告中将气候变化列为最重要的双重实质性议题,可以见到东邦对环境可持续性的重视,以及对全球气候变化挑战的关注。

具体到减碳目标上,中复神鹰在报告中用了几句话进行描述,包括制定杜绝各类重大环境污染,年度主要污染物减排、环保设施同步运行率、清洁生产持续优化等环境保护目标,并根据目标设立全员年度考核细项,确保目标实现。

不仅篇幅较短,中复神鹰也未披露具体目标,使其减碳目标看起来较为模糊,缺乏规划。

另一边,东邦设立了清晰的长期减碳总目标,到2023年比2018年减少15%,并从3个层面再分解减碳目标。同时,东邦还同步披露了2021年对应的减碳成果,该年其供应链二氧化碳排放减少11%,接近2030年总目标,而集团总二氧化碳排放减少量为7%,与总目标30%的差距还较远。总体而言,东邦对减碳目标的披露更清晰,这使其报告内容更具可信度。

具体而言,两家企业在减碳方面都做了不少的努力。中复神鹰主要用数字化方式进行减碳管理,例如建设能源在线监测平台,全面监测能源消耗情况,建立起全生命周期碳足迹和温室气体排放核算体系等。

东邦则更关注建立碳定价体系和全面实施LCA推动减碳进程。其表示,碳定价体系将碳排放量成本内部化,促使企业在投资决策中考虑碳排放,鼓励更多低碳和环保投资;而LCA方法则增强了透明度,有助于优化产品生命周期中的碳排放。这些努力都积极推动公司实现碳减排目标,提高可持续性绩效,并满足市场的需求。