今日の化学産業は、その原料やエネルギーの圧倒的大部分を供給する石油・ガス産業の下流に位置する。そのため、石油・ガス会社と化学薬品会社の間には、業務上重なる部分が多い：どちらも長期的な資本配分の専門家であり、低コストの資源を見つけることに注力し、長期的な商品市場の変動にさらされ、さまざまな事業戦略や技術戦略でそれを管理しなければならない。しかし、化学業界が脱炭素化を目指す中、この関係は時間とともに弱まりつつある。そのひとつの可能性として、化学産業は電気事業部門との結びつきを強め、CO2電解によって水素と炭化水素の両方を電気化学的に製造するための主要原料として電力を消費するようになる。これは決してフリンジ理論ではない：国際再生可能エネルギー機関のような団体は、2050年までに電気化学的メタノール生産量が数億トンに達すると予測している。この場合、化学産業が公益産業の下流に位置することは何を意味するのだろうか？その意味は非常に大きく、この記事ですべてをカバーすることはできない。その代わりに、数週間前から私の頭の中をグルグル回っているコンセプト、バーチャル化学プラントを提案したい。
電力業界は、過去10年間、徐々に仮想発電所モデルを採用してきた。考え方はいたってシンプルだ：送電網には小規模な資産（ボイラー、発電機、バッテリーなど）が多数存在し、それらを合計すると多くの電力供給や電力需要が発生する。デジタル・ツールを使えば、何百、何千ものこれらの資産を簡単に調整し、グリッド機能を実行するために互いに同期して使用することができる。このような柔軟性を可能にするのは、電子が非常に腐りやすいという事実であり、いくつかのグリッド・シナリオでは、消費を減らすことと生産を増やすことは本質的に交換可能である。将来の化学産業が公益事業に似ているとすれば、バーチャルな化学プラントが存在するのは当然である。
これはクレイジーに聞こえるだろうか？私は、皆さんが予想するよりもずっと近いところにいると思う：
- 化学市場はすでに、市場原理に対応するあらゆる産業がそうであるように、一種のバーチャルな化学工場である。現在のオレフィンの供給過剰を考えてみると、ヨーロッパのクラッカーは約60％の能力で稼働している。ここでの仮想シグナルはデジタル制御ではなく、価格などの市場原理である。これは極めて非効率的である。今後10年間で、より多くのオレフィンが市場に供給されることになるが、これは「コントロール」シグナルが示唆するようなことではない。
- 化学業界は、送電網に接続した場合、より大きな変動にさらされることになる。石油や天然ガスの価格は季節ごとに変動する傾向があるが、電力価格は1時間ごと、あるいは1分ごとに変動する。化学メーカーが水素や電気化学製品を製造するために多くの風力発電所やソーラーパネルを建設する場合、電気を市場に売るという選択肢もあるだろう。そのためには、電力と化学製品の生産を経済的に最適化する方法が必要であり、バーチャル化学プラントはその一助となるだろう。
- 化学製品の生産はすでに、よりフレキシブルで分散型になってきている。従来の大規模な分解装置は、資本集約的な性質と、そのオン・オフに関連するコストのため、100％の稼働率で稼動することを好んでいた。電気化学的生産を含む多くの新しい生産方法は、かなり柔軟性が高い：必ずしも電灯のスイッチのようにオン・オフができるわけではないが、ランプのアップ・ダウンにはより敏捷性があり、発酵のようなアプローチでは、あるタイプの生産から別のタイプへの切り替えを数年ではなく数日で行うことができる。
- 加えて、今日の需要にはより柔軟性がある。プラスチック製品の生産者は、一次プラスチックと再生プラスチックのどちらかを柔軟に選択できる。加えて、多くの用途において、紙のようなプラスチック代替品の競争力が高まっている。
では、バーチャル化学プラントは実際にどのように機能するのだろうか？基本的な機能は2つある：ひとつは、小さなアクターの需要をひとつのプラットフォームに集約し、それらのアクターを調整できるようにすること。もうひとつは、価格決定シグナルとは別の、行動を変えるための調整メカニズムである。あるレベルでは単純なことだ：中央集権的なデジタル販売プラットフォームは、すでに多くの小規模な化学薬品需要源を集約しており、それらの企業に支払いを行って行動を調整するためのインフラを持っている。デジタル技術の大部分はすでに存在しているのだ。本当の問題は、集約される小規模な生産源や需要源とは何か、そしてどのような経済学がこれを機能させるのか、ということだ。私にはいくつか考えがある：
- 最も簡単なのは、電気化学製品の生産を調整して、化学会社にとって利益が出るように電力を送電網に売ることだ。問題は、電気化学生産がどれだけフレキシブルに対応できるかということだ：多くの電解槽はウォームアップとクールダウンに数時間かかるため、系統安定化のような用途に分単位で柔軟に対応することは基本的に不可能だ。しかし、米国エネルギー省の最近のプロジェクトの中には、長期的な負荷分散にグリーン水素を使用することを検討しているものもある。
- 本当に面白いのは需要削減の方だ。電力会社にとっては簡単なことで、電気を消したり、サーモスタットを調節したり、電気自動車を充電するタイミングを制御したりするようテキストを送るだけだ。化学会社には、顧客の行動を調整する力がある。化学品会社がデジタル・プラットフォームを通じて原料を販売する場合、需要を操作するために原料の価格を動的に決定したり、誰がいつ何を買うかを明確に制限したりする自由がある。もちろん、大手の購入者はこれに満足しないだろうが、化学品会社が多くの小規模な購入者に直接販売を開始すれば、購入者に自分たちの意志を強制するためのかなりの自由度を持つことになる。
- 化学薬品会社は、プラスチック製品を買わないように顧客にお金を払うのだろうか？そうではないかもしれないが、価値ある行動修正の方法は他にもある。特に興味深いのは、小規模な事業者にリサイクル不可能なプラスチック製品を製造させないようにすることである。リサイクル可能性は多くの場合、形状に依存するため、プラスチック製品メーカーは運転席に座っていることになる。化学薬品会社にとっては、EPRの料金を支払うよりも、生産者にフォームファクターを変更するよう支払う方が安上がりかもしれない。
- 化学薬品会社は、化学薬品を製造しないことで報酬を得ることができるのだろうか？言うほどばかげた話ではない。林業の分野では、木を伐採しないことで報酬を得るビジネスがすでに活況を呈している。2050年でさえ、化学産業はおそらく大量の既存資産を持っており、利益を上げながら運営することは可能だろうが、炭素排出や有害化学物質の生産、プラスチックの埋め立て増加などにより、持続可能性に与える影響は正味マイナスだろう。そのような問題のある素材を生産しないという行為に対して、購入者を探してみてはどうだろう。奇妙に聞こえるかもしれないが、リサイクル不可能なプラスチックのような問題のある製品を生産しないよう化学品メーカーにインセンティブを与えることは、川下ユーザーにその製品を採用しないよう説得することよりも簡単なことなのだ。例えば、プラスチックと紙の相対的な価値は非常に高いが、プラスチック生産の相対的な収益性はかなり低い可能性がある。私はこれが良いアイデアだとは確信していない。木を切らないための炭素クレジット市場の苦難は有望とは言えないが、可能性はある。
このことから1つだけ教訓を得られるとすれば、それは化学品製造の原動力と推進力が大きく変化する可能性があるということだ。化学産業は過去80～100年間、単純なパラダイムの中で運営されてきた：需要が堅調に伸びているため、最も安価な原料を見つけ、可能な限りコスト効率よく生産を行わなければならない。このパラダイムは、今後25年の間に大きく変化する可能性がある。
