Die chemische Industrie ist heute weitgehend der Öl- und Gasindustrie nachgelagert, die den überwiegenden Teil ihrer Rohstoffe und Energie liefert. Daher gibt es eine Menge operativer Überschneidungen zwischen Öl- und Gasunternehmen und Chemieunternehmen: Beide sind auf den langfristigen Einsatz von Kapital spezialisiert, konzentrieren sich auf die Suche nach kostengünstigen Ressourcen und unterliegen langfristigen Schwankungen auf den Rohstoffmärkten, denen sie mit verschiedenen Geschäfts- und Technologiestrategien begegnen müssen. Diese Verbindung wird jedoch im Laufe der Zeit schwächer, da die chemische Industrie eine Dekarbonisierung anstrebt. Eine mögliche Version davon ist eine chemische Industrie, die viel stärker mit dem Stromversorgungssektor verbunden ist und Strom als primären Rohstoff für die elektrochemische Produktion von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen durchCO2-Elektrolyse verwendet. Dies ist nicht gerade eine abseitige Theorie: Gruppen wie die Internationale Agentur für erneuerbare Energien haben prognostiziert, dass die elektrochemische Methanolproduktion bis 2050 einige hundert Millionen Tonnen erreichen wird. Was würde es für die chemische Industrie bedeuten, wenn sie in diesem Fall der Versorgungsindustrie nachgelagert wäre? Die Auswirkungen wären enorm, und ich kann sie in diesem Artikel nicht alle behandeln. Stattdessen möchte ich ein Konzept vorschlagen, das mir seit ein paar Wochen im Kopf herumschwirrt: virtuelle Chemiewerke.
Die Versorgungsbranche hat in den letzten zehn Jahren langsam virtuelle Kraftwerksmodelle eingeführt. Die Idee ist recht einfach: Es gibt viele kleine Anlagen im Netz (Heizkessel, Generatoren, Batterien usw.), die sich zu einem großen Gesamtstromangebot und/oder -bedarf summieren. Mit digitalen Werkzeugen lassen sich Hunderte oder Tausende dieser Anlagen problemlos koordinieren und synchron zur Erfüllung der Netzfunktionen einsetzen. Diese Flexibilität wird durch die Tatsache ermöglicht, dass Elektronen in hohem Maße fungibel sind und eine Senkung des Verbrauchs in mehreren Netzszenarien im Wesentlichen mit einer Erhöhung der Produktion gleichzusetzen ist. Wenn die chemische Industrie der Zukunft mehr der Versorgungsindustrie ähnelt, liegt es auf der Hand, dass es virtuelle Chemiewerke geben wird: viele kleinere Anlagen, die koordiniert agieren, um eine Art technische oder Marktfunktion zu erfüllen.
Hört sich das verrückt an? Ich glaube, wir sind dem viel näher, als Sie vielleicht erwarten:
- Der Chemiemarkt ist bereits eine Art virtuelles Chemiewerk - wie jede Industrie, die auf die Kräfte des Marktes reagiert - nur über einen viel längeren Zeitraum und mit einer schlampigeren Kontrolle betrieben. Man denke nur an das derzeitige Überangebot an Olefinen, das dazu führt, dass die Cracker in Europa zu etwa 60 % ausgelastet sind. Das virtuelle Signal ist hier nicht die digitale Steuerung, sondern die Marktkräfte wie der Preis. Das ist ziemlich ineffizient - in den nächsten zehn Jahren wird ein größeres Angebot an Olefinen auf den Markt kommen, was nicht dem entspricht, was die "Kontroll"-Signale vermuten lassen.
- Die chemische Industrie wäre bei einem Anschluss an das Stromnetz wesentlich stärkeren Schwankungen ausgesetzt. Die Preise für Erdöl und Erdgas unterliegen in der Regel saisonalen Schwankungen, während die Strompreise von Stunde zu Stunde oder sogar von Minute zu Minute schwanken. Wenn Chemieunternehmen viele Windparks oder Solaranlagen für die Wasserstoff- oder elektrochemische Produktion bauen, haben sie die Möglichkeit, Strom auf dem Markt zu verkaufen. Sie brauchen eine Möglichkeit, ihre Strom- und Chemikalienproduktion wirtschaftlich zu optimieren, und dabei kann ein virtuelles Chemiewerk helfen.
- Die Produktion von Chemikalien wird bereits flexibler und dezentraler. Herkömmliche, großtechnische Crack-Anlagen laufen gerne zu 100 %, da sie sehr kapitalintensiv sind und die Kosten für das An- und Abschalten anfallen. Viele neue Produktionsmethoden, darunter die elektrochemische Produktion, sind wesentlich flexibler: Man kann sie nicht unbedingt wie einen Lichtschalter ein- und ausschalten, aber sie können viel flexibler hoch- und runtergefahren werden, und einige Verfahren wie die Fermentation können innerhalb weniger Tage statt Jahren von einer Produktionsart auf eine andere umgestellt werden.
- Hinzu kommt, dass die Nachfrage heute flexibler ist. Ein Hauptgrund dafür ist, dass das Recycling neue Angebote auf den Markt bringt - die Hersteller von Kunststoffprodukten können flexibel zwischen Primärkunststoff und recyceltem Kunststoff wählen. Darüber hinaus gibt es für viele Anwendungen zunehmend wettbewerbsfähige Kunststoffalternativen wie Papier.
Wie würde eine virtuelle Chemiefabrik eigentlich funktionieren? Es gibt zwei grundlegende Funktionen: Die eine ist die Bündelung der Nachfrage von kleinen Akteuren auf einer einzigen Plattform, so dass diese Akteure koordiniert werden können. Die zweite ist ein Mechanismus zur Koordinierung dieser Akteure, um eine Verhaltensänderung herbeizuführen, die sich von einem reinen Preissignal unterscheidet - nicht zuletzt deshalb, weil man niemanden mit einem Preis dafür bezahlen kann, etwas nicht zu kaufen. Auf einer gewissen Ebene ist das ganz einfach: Zentralisierte digitale Verkaufsplattformen bündeln bereits viele kleine Quellen der Nachfrage nach Chemikalien und verfügen über die Infrastruktur, um diese Unternehmen dafür zu bezahlen, ihr Verhalten zu ändern. Die digitale Technologie ist zum größten Teil bereits vorhanden. Die eigentliche Frage ist, welche kleinen Produktions- und Nachfragequellen gebündelt werden sollen und welche Art von Wirtschaft dies möglich machen würde. Ich habe ein paar Gedanken dazu:
- Am einfachsten ist es, die Produktion von elektrochemischen Produkten so zu steuern, dass der Verkauf von Strom an das Netz für das Chemieunternehmen rentabel ist. Die Frage ist, wie flexibel oder reaktionsschnell die elektrochemische Produktion sein kann: Viele Elektrolyseure brauchen Stunden, um sich aufzuwärmen und abzukühlen, so dass eine Flexibilität im Minutentakt für Anwendungen wie die Netzstabilisierung im Grunde vom Tisch ist. Es gibt jedoch Fortschritte an dieser Front, da einige der jüngsten Projekte des US-Energieministeriums die Verwendung von grünem Wasserstoff für den langfristigen Lastausgleich untersuchen werden.
- Das wirklich Interessante kommt von der Seite der Nachfragereduzierung. Für die Versorgungsunternehmen ist das einfach: Sie schicken ihren Kunden eine SMS, damit sie ihr Licht ausschalten, ihre Thermostate einstellen oder kontrollieren, wann sie ihre Elektrofahrzeuge aufladen. Chemieunternehmen haben es in der Hand, das Verhalten ihrer Kunden zu beeinflussen. Wenn Chemieunternehmen ihre Stoffe über digitale Plattformen verkaufen, haben sie die Freiheit, die Preise für ihre Stoffe dynamisch zu gestalten, um die Nachfrage zu beeinflussen, oder ganz einfach zu begrenzen, wer was zu welchem Zeitpunkt kaufen kann. Natürlich werden die Großabnehmer darüber nicht glücklich sein, aber wenn die Chemieunternehmen anfangen, direkt an viele kleine Abnehmer zu verkaufen, haben sie einen ziemlich großen Spielraum, um ihren Willen gegenüber den Abnehmern durchzusetzen.
- Werden Chemieunternehmen ihre Kunden dafür bezahlen, keine Kunststoffe zu kaufen? Vielleicht nicht, aber es gibt andere Formen der Verhaltensänderung, die nützlich sein könnten. Von besonderem Interesse wird es sein, kleine Akteure dazu zu bringen, keine nicht recycelbaren Kunststoffprodukte herzustellen - was für das Chemieunternehmen erhebliche Kosten verursachen kann, wenn die erweiterte Herstellerverantwortung (EPR) in Kraft tritt. Da die Recyclingfähigkeit oft vom Formfaktor abhängt, hat der Hersteller des Kunststoffprodukts das Sagen. Für das Chemieunternehmen kann es billiger sein, die Hersteller dafür zu bezahlen, dass sie ihren Formfaktor ändern, als EPR-Gebühren zu entrichten, zumal jeder kleine Hersteller von EPR ausgenommen sein kann (und somit gerne weiterhin Kunststoffprodukte mit negativen Kosten auf den Markt bringt).
- Können Chemieunternehmen dafür bezahlt werden, keine Chemikalien zu produzieren? Es ist nicht so lächerlich, wie es klingt. In der Forstwirtschaft gibt es bereits ein boomendes Geschäft mit Unternehmen, die dafür bezahlt werden, keine Bäume zu fällen. Selbst im Jahr 2050 wird die chemische Industrie wahrscheinlich über ein großes Volumen an bestehenden Anlagen verfügen, die sie zwar gewinnbringend betreiben könnte, die aber aufgrund von Kohlenstoffemissionen, der Produktion schädlicher Chemikalien, der zunehmenden Deponierung von Kunststoffen usw. eine negative Auswirkung auf die Nachhaltigkeit haben würden. Warum sollte man nicht versuchen, einen Käufer dafür zu finden, dass man diese problematischen Materialien nicht produziert. Das hört sich verrückt an, aber es könnte sein, dass es einfacher ist, Anreize für Chemieunternehmen zu schaffen, ein problematisches Produkt wie einen nicht recycelbaren Kunststoff nicht herzustellen, als die nachgeschalteten Anwender davon zu überzeugen, ihn nicht zu verwenden. Zum Beispiel ist der relative Wert von Plastik im Vergleich zu Papier recht hoch, aber die relative Rentabilität der Plastikproduktion könnte ziemlich niedrig sein - warum also nicht einfach das Unternehmen dafür bezahlen, es nicht zu produzieren, anstatt ein Verpackungsunternehmen für einen Wechsel zu bezahlen. Ich bin nicht überzeugt, dass dies eine gute Idee ist - die Mühen der Märkte für Emissionsgutschriften, um keine Bäume zu fällen, sind nicht vielversprechend - aber es ist eine Möglichkeit.
Wenn es einen Punkt gibt, den Sie aus all dem mitnehmen sollten, dann ist es die Tatsache, dass sich die Dynamik und die Triebkräfte der Chemieproduktion wahrscheinlich erheblich verändern werden. Die chemische Industrie hat in den letzten 80-100 Jahren nach einem einfachen Paradigma gearbeitet: Die Nachfrage wächst stark, also muss sie die billigsten Rohstoffe finden und die Produktion so kosteneffizient wie möglich betreiben. Dieses Paradigma wird sich in den nächsten 25 Jahren wahrscheinlich erheblich ändern, was weitaus größere Auswirkungen auf die Funktionsweise und die Koordinierung der Branche haben könnte, als Sie vielleicht denken.
