Petrochemie, Kunststoffe und fossile Brennstoffe: Wissen Sie, wie diese Branchen zusammenhängen?

Wussten Sie? Mehr als 99 % der Kunststoffe werden aus Chemikalien hergestellt, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden. Zwischen fossilen Brennstoffen und der Kunststoffindustrie besteht eine enge Verbindung. Um die wachsende globale Plastikverschmutzungskrise anzugehen und die Rolle der Unternehmen in dieser Krise zu identifizieren, ist es von entscheidender Bedeutung, die Zusammenhänge zwischen diesen Branchen und ihre Rolle bei der Förderung der Plastikproduktion und der Investitionen in diese Branchen zu verstehen.

Dieser Artikel ist aus dem Bericht „Petrochemicals, Plastics and Fossil Fuels“ des Center for International Environmental Law (CIEL) zusammengestellt. Es wird die Rolle fossiler Brennstoffe bei der Kunststoffproduktion und der Prozess von fossilen Brennstoffen zu Kunststoffen vorgestellt und die enge Verbindung zwischen fossilen Brennstoffen und der Kunststoffindustrie und ihren Produkten aufgezeigt.

Überblick

• Die bei der Kunststoffproduktion verwendeten Chemikalien werden fast vollständig aus fossilen Brennstoffen gewonnen.

• Da die Produktionsprozesse fossiler Brennstoffe stark lokalisiert sind, konzentriert sich auch die Kunststoffproduktion auf Gebiete mit hoher Produktion fossiler Brennstoffe (insbesondere an der Golfküste der Vereinigten Staaten).

• Flüssiggase (NGL), ein wichtiger Rohstoff für die Kunststoffproduktion, sind über weite Strecken nur schwer zu transportieren. Daher siedeln sich petrochemische Produzenten, die Erdgaskondensat oder Ethan als Rohstoffe verwenden, üblicherweise gerne in der Nähe von Erdgasfördergebieten an. Der aktuelle Schiefergasboom in den USA führt zu einem massiven Ausbau der Infrastruktur der Kunststoffindustrie in der Golfregion von Mexiko.

• Naphtha ist ein weiterer wichtiger Rohstoff in der Kunststoffproduktion. Da es sich um ein raffiniertes Produkt handelt, konzentriert sich seine Produktion auf große Ölunternehmen mit Raffinationskapazitäten. Tatsächlich decken nur fünf große Unternehmen (BP, Chevron, ExxonMobil, Shell und China National Petroleum Corporation) mehr als die Hälfte des weltweiten Naphtha-Absatzes ab.

• Da die Gewinnung fossiler Brennstoffe und die Kunststoffproduktion zusammengeführt werden, besteht zwischen den beiden Branchen ein hoher Grad an vertikaler Integration. viele große Öl- und Gasproduzenten besitzen Kunststoffunternehmen; ebenso besitzen viele große Kunststoffproduzenten auch Öl- und Gasunternehmen. DowDuPont, ExxonMobil, Shell, Chevron und BP sind allesamt integrierte Unternehmen, die beides tun.

Quellen von Plastik

Obwohl wir täglich mit Plastik in Berührung kommen, wissen viele Menschen nicht, woher es kommt oder was die genaue Definition von „Plastik“ ist. Kunststoffe sind im weitesten Sinne Werkstoffe aus organischen Polymeren. Organische Polymere sind lange Ketten von Makromolekülen, die durch die Polymerisation mehrerer kleinerer Moleküle (Monomere genannt) entstehen. Allerdings sind diese einzelnen Elemente der Lieferkette, die fast immer an der Ölquelle, der Bohrinsel oder der Kohlenmine beginnen, selbst Produkte der Lieferkette. Mehr als 99 % der Kunststoffe werden aus Chemikalien hergestellt, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden. Obwohl es viele verschiedene Kunststoffarten gibt, machen die folgenden fünf Arten mehr als 90 % der gesamten Kunststoffproduktion (nach Gewicht) aus:

• Polyethylen (34,4 %),

• Polypropylen (24,2 %)

• Polyvinylchlorid (16,5 %)

• Polyethylenterephthalat (7,7 %)

• Polystyrol (7,3%)[1]

Ethylen ist ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS). Diese Kunststoffe machen etwa 65 % des Gewichts der weltweiten Kunststoffproduktion aus. Propylen ist die Plattformverbindung von Polypropylen①. Infolgedessen lässt sich die überwiegende Mehrheit der Kunststoffe auf zwei Industriechemikalien zurückführen: Ethylen und Propylen[2].

【Notiz】

1. Plattformchemikalien: bezeichnet eine Klasse organischer Basisverbindungen, die in großen Mengen vorhanden, günstig und vielseitig einsetzbar sind, wie etwa Propylen und Benzol. Ausgehend von ihnen kann eine Reihe von Produkten mit riesigen Märkten und hoher Wertschöpfung synthetisiert werden.

Ethylen und Propylen spielen bei der Herstellung von Kunststoffverpackungen eine entscheidende Rolle. Kunststoffverpackungen sind die am schnellsten wachsende Kategorie von Kunststoffprodukten und tragen am meisten zur Plastikverschmutzungskrise bei. In den USA werden etwa 34 % des Kunststoffs für Verpackungen verwendet[3], in Europa sind es 40 %[4]. Darüber hinaus bestehen Kunststoffverpackungen fast vollständig aus den fünf oben genannten Thermoplasten, wobei Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET) die wichtigsten sind [5].

Überall Plastikverpackungen im Supermarkt | Pixabay

Rohstoffauswahl

Aufgrund der reichlichen Erdgasvorkommen in den USA ist Flüssiggas (NGL) der bevorzugte Rohstoff für die Ethylenproduktion. In den Vereinigten Staaten machen ethanreiche Flüssiggase fast 90 % der Ethylenproduktion aus[6]. Darüber hinaus werden fast das gesamte Ethan und ein Drittel des Propans zur Herstellung von Ethylen verwendet[7]. Die großen Erdgasproduzenten (der größte ist ExxonMobil[8]) verfügen bekanntermaßen über eine Erdgasproduktionsmenge, die in etwa der gesamten Erdgasproduktion der Vereinigten Staaten entspricht. Daher lässt sich die in den Vereinigten Staaten produzierte Ethylenmenge auf Grundlage der Erdgasexploration und -produktion grob berechnen[9].

Ähnlich wie in den Vereinigten Staaten wird im Nahen Osten ein großer Anteil an Flüssiggasen zur Ethylenproduktion verwendet[10]. Im Gegensatz dazu wird Ethylen, das in China, Europa, Südostasien und Japan produziert wird, hauptsächlich aus Naphtha hergestellt[11]. Naphtha ist ein Produkt der Rohölraffination. Derzeit macht die Kunststoffproduktion 4 bis 8 % des weltweiten Ölverbrauchs aus[12]. Wenn sich die Trends beim Ölverbrauch und der Kunststoffproduktion jedoch wie erwartet fortsetzen, „könnte die Kunststoffindustrie bis 2050 20 Prozent des gesamten Ölverbrauchs ausmachen.“[13]

Da Naphtha kein Rohprodukt, sondern ein raffiniertes Produkt ist, ist der Naphtha-Markt stark konzentriert. Im Jahr 2014 erwirtschafteten die fünf branchendominierenden Unternehmen – BP, Chevron, ExxonMobil, Shell und PetroChina – mehr als 50 Prozent des Gesamtumsatzes der Branche. „[14]

Olefine sind die chemischen Bausteine ​​für eine breite Palette petrochemischer Produkte, darunter auch Kunststoffe. Bislang sind Ethylen und Propylen die wichtigsten Olefine[15]. Ein wichtiger Unterschied zwischen der Verwendung von NGLs und Naphtha zur Herstellung von Olefinen ist die Transportierbarkeit. Der internationale Transport von NGLs ist schwierig, während der Transport von Naphtha (wie auch anderer Komponenten des Rohölmarktes) einfacher ist. Fast 30 % der Naphtha-Produktion werden international gehandelt[16].

Mit dem Boom in der Erdgasproduktion dürften die Vereinigten Staaten bis 2020 den Nahen Osten als größten Naphtha-Exporteur überholen (da die Inlandsnachfrage nach Naphtha in den Vereinigten Staaten sinkt, wird mehr Naphtha für den Export zur Verfügung stehen)[17]. Das Wachstum der weltweiten Produktion von Erdölrohstoffen wird zudem bis 2020 zu einem Naphtha-Angebotsüberschuss von etwa 14 Millionen Tonnen führen[18].

Die steigenden US-Exporte von Naphtha und Flüssiggas haben die Kunststoffproduktion in anderen Teilen der Welt eher ausgeweitet als ersetzt. Vor dem 21. Jahrhundert war Europa weltweit führend in der Kunststoffproduktion. Seitdem hat sich Asien, allen voran China, zur größten Kunststoffproduktionsregion entwickelt. In China haben die Investitionen in die Kunststoffindustrie nicht nachgelassen. und in Europa plant das Chemieunternehmen INEOS derzeit die Erweiterung von zwei Ethylenanlagen und den Bau einer neuen Propylenproduktionsanlage auf dem Kontinent – ​​die erste größere Investition in die europäische Chemieproduktionskapazität der letzten Jahre[19]. Die Anlagen würden Flüssiggase verwenden, die aus den Vereinigten Staaten geliefert würden, statt Naphtha aus Raffinerien.[20]

Branchenkonsolidierung

Da die Kunststoffproduktion Teil der Lieferkette für fossile Brennstoffe ist, stellen viele Unternehmen der fossilen Brennstoffindustrie entweder direkt oder über Tochtergesellschaften Kunststoffharze und -produkte her. Beispielsweise besitzt ExxonMobil, das weltweit größte private Unternehmen für fossile Brennstoffe, ein Chemieunternehmen, die Exxon Chemical Company. In einer kürzlichen Pressemitteilung hieß es: „Mehr als 90 Prozent der Chemiekapazität von ExxonMobil sind in Großraffinerien oder Erdgasverarbeitungsanlagen integriert.“ [21] Shell, Chevron, Phillips, Total und Sinopec (eines der größten staatlichen Ölunternehmen Chinas) besitzen, betreiben oder haben in eine Kunststoffinfrastruktur investiert.

Giganten der petrochemischen Industrie | CIEL

Umgekehrt sind einige große Kunststoffunternehmen auch im Geschäft mit fossilen Brennstoffen tätig. DowDuPont, der weltweit größte Chemiekonzern, betreibt ein Kohlenwasserstoffgeschäft. Seinem Jahresbericht zufolge ist das Unternehmen mit diesem Geschäftsbereich „einer der weltweit größten Hersteller von Ethylen, das vom Hersteller Performance Plastics (mit Sitz in Ohio) als interner Rohstoff für den Eigenverbrauch verwendet wird“[22]. Dies hat DowDuPont zu einem unerwarteten, aber großen Akteur bei der Erschließung neuer Gebiete für die Erdgasproduktion gemacht (beispielsweise in der Region Vaca Muerta in Argentinien).[23] LyondellBassell, der zweitgrößte Kunststoffproduzent, betreibt ebenfalls eine Raffinerie in der Golfküstenregion der USA.

Für Unternehmen ist diese Integration nicht nur praktisch und bringt erhebliche Umsatzsteigerungen mit sich, sondern dient auch als Absicherung gegen das Risiko volatiler Preise für fossile Brennstoffe. Wenn die Ölpreise fallen, sinken die Gewinne des Unternehmens im Upstream-Geschäft, aber die Gewinnmargen im Chemiesektor steigen, sodass das Unternehmen einen Teil seiner Gewinne zurückgewinnen kann[24]. Im Jahr 2015 erwirtschaftete die Chemiesparte von ExxonMobil 10 % des Umsatzes des Unternehmens, aber mehr als 25 % des Gewinns.[25]

Ethylen und Propylen

Marktdynamiken, die sich auf die Ethylenproduktion auswirken, wirken sich auch auf die Propylenproduktion aus. Als chemisches Produkt entsteht Propylen hauptsächlich als Nebenprodukt im Ethylenherstellungsprozess. Dieselben Crackanlagen, die Ethan in Ethylen umwandeln, wandeln auch Propan in Propylen um. Allerdings verändern zwei Trends die globale Propylenproduktionslandschaft: Erstens ist die Propylenproduktion in den Vereinigten Staaten aufgrund von Veränderungen bei den Rohstoffen zurückgegangen. Zweitens nutzt China zur Herstellung von Propylen seine riesigen Reserven an fossilen Brennstoffen.

Bei verschiedenen Crackverfahren entstehen unterschiedliche Mengen an Propylen. Aufgrund des Erdgasbooms stellten viele Ethylenproduzenten in den Vereinigten Staaten von der Herstellung von Propylen durch Cracken von Naphtha auf die Herstellung von Erdgaskondensat um, wobei bei dem neuen Verfahren weniger Propylen produziert wurde[26]. Darüber hinaus produzieren Crackanlagen, die reine Ethanströme produzieren (im Gegensatz zu gemischten Flüssiggasen, die Ethan, Propan, Butan, Isobutylen und Pentane enthalten), wenig oder kein Propylen [27]. Als sich dieser Wandel langsam durchsetzte, begannen die Hersteller mit dem Bau und Betrieb von Anlagen zur „gerichteten“ Herstellung von Propylen, wobei Propan bewusst als Ausgangsstoff und nicht nur als Nebenprodukt zur Herstellung von Propylen verwendet wurde.[28] Diese Änderung könnte zwar die explizite Verbindung zwischen der Ethylen- und Propylenproduktion aufheben, die Propylenproduktion in den USA jedoch stärker dezentralisieren und nachvollziehbar machen.

Propylen fällt nicht mehr nur als Nebenprodukt an | Pixabay

Ein noch wichtigerer Faktor, der die Entwicklung der weltweiten Propylenproduktion beeinflusst, ist Chinas Entscheidung, massiv in neue Propylenproduktionsanlagen zu investieren. China ist bereits der weltweit größte Produzent von Propylen. Man geht davon aus, dass die Propylenproduktion Chinas schneller wachsen wird als in jedem anderen Land der Welt, und bis 2025 könnte die Produktion des Landes auf mehr als die Hälfte des weltweiten Marktanteils anwachsen[29]. Bis dahin wird der überwiegende Teil der weltweiten Propylenproduktion sowie die Ethylenproduktion Chinas von staatlichen Unternehmen kontrolliert werden[30].

abschließend

Zwar werden nicht alle fossilen Brennstoffe zur Herstellung von Kunststoffen verwendet, doch werden fast alle Kunststoffe aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Darüber hinaus sind die größten Akteure sowohl in der fossilen Brennstoffindustrie als auch in der Kunststoffindustrie – DowDuPont, ExxonMobil, Shell, Chevron, BP und Sinopec – allesamt integrierte Unternehmen, die sowohl fossile Brennstoffe als auch Kunststoffe produzieren. Um die wachsende globale Plastikverschmutzungskrise anzugehen und die Rolle der Unternehmen in dieser Krise zu identifizieren, ist es von entscheidender Bedeutung, die Zusammenhänge zwischen diesen Branchen und ihre Rolle bei der Förderung der Plastikproduktion und der Investitionen in diese Branchen zu verstehen.

Endnoten

[1] Siehe PlasticsEurope, The Plastic Industry 3 https:// committee.iso.org/files/live/sites/tc61/files/ The%20Plastic%20Industry%20Berlin%20 Aug%202016%20-%20Copy.pdf (zuletzt besucht am 11. Juli 2017).

[2] Siehe PlasticsEurope, Polyethylenterephthalat (PET): Flaschenqualität (2008), verfügbar unter http://www.plasticseurope.org/Documents/Document/20100312112214-FINAL_EPD_PET_BottleGrade_270409-20081215-016EN-v1.pdf; Geschichte der Erdöltechnologie, Teil 2 – Nebenprodukte der Raffination, http://www.greatachievements.org/?id=3679 (zuletzt besucht am 12. Juli 2017).

[3] Siehe American Chemistry Council, 2012 Distribution of Plastic Resin Sales and Captive Use (2013), verfügbar unter https://plastics.americanchemistry.com/resin-reportsubscriptions/Major-Markets-2012-Report.pdf.

[4] Siehe PlasticsEurope, Plastics – The Facts 2016 (2016), verfügbar unter http:// www.plasticseurope.org/documents/document/20161014113313-plastics_the_facts_2016_final_version.pdf

[5] Siehe ebd.; American Chemistry Council, siehe Anmerkung 3.

[6] Siehe „How Much Oil Is Used to Make Plastic?“, Energy Information Administration (zuletzt aktualisiert am 17. Mai 2017), https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=34&t=6; Mitsubishi Chemical Techno-Research, Global Supply and Demand of Petrochemical Products relied on LPG as Feedstock (7. März 2017), verfügbar unter http://www.lpgc.or.jp/corporate/information/ program5_Japan2.pdf [im Folgenden Mitsubishi-Präsentation]; Jan H. Schut, Wie Schiefergas Propylen verändert, Plastics Engineering (20. Februar 2013), https://plasticsengineeringblog. com/2013/02/20/how-shale-gas-is-changingpropylene/.

[5] Siehe ebd.; American Chemistry Council, siehe Anmerkung 3.

[6] Siehe „How Much Oil Is Used to Make Plastic?“, Energy Information Administration (zuletzt aktualisiert am 17. Mai 2017), https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=34&t=6; Mitsubishi Chemical Techno-Research, Global Supply and Demand of Petrochemical Products relied on LPG as Feedstock (7. März 2017), verfügbar unter http://www.lpgc.or.jp/corporate/information/ program5_Japan2.pdf [im Folgenden Mitsubishi-Präsentation]; Jan H. Schut, Wie Schiefergas Propylen verändert, Plastics Engineering (20. Februar 2013), https://plasticsengineeringblog. com/2013/02/20/how-shale-gas-is-changingpropylene/.

[7] Siehe Charles K. Ebinger & Govinda Avasarala, Natural Gas Liquids 7 (2013), verfügbar unter https://www.brookings.edu/wpcontent/uploads/2016/06/Natural-Gas-Liquids. pdf

[8] Siehe Top 40 Produzenten, Natural Gas Supply Association, http://www.ngsa.org/download/ analysis_studies/Top%2040%202015%20 2nd%20quarter.pdf.

[9] Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass diese Aufteilung nicht exakt ist: Das Verhältnis von NGL pro Kubikmeter Erdgas in den Vereinigten Staaten variiert zwischen etwa 10 % bei „trockenem Erdgas“ und 30 % bei „nassem Erdgas“. Siehe Kinder Morgan, Die Rolle von Flüssiggasen (NGLs) im amerikanischen Petrochemieboom 2 (2017), verfügbar unter https://www.kindermorgan.com/content/docs/White_Natural_Gas_Liquids.pdf.

[10] Siehe Mitsubishi-Präsentation, siehe Fußnote 6, S. 9.

[11] Ebd.

[12] Siehe „The New Plastics Economy: Rethinking the Future of Plastics“, Weltwirtschaftsforum 7 (2016), verfügbar unter http://www3. weforum.org/docs/WEF_The_New_Plastics_Economy.pdf.

[13] Ebd.

[14] Siehe „Naphtha Market Analysis By Application (Chemical, Energy & Fuel) And Segment Forecasts To 2022“, Grand View Research (März 2015), verfügbar unter http:// www.grandviewresearch.com/industry-analysis/ naphtha-market [im Folgenden „Naphtha Market Analysis“).

[15] Siehe Produkte & Technologie: Olefine, American Chemistry Council, https://www. americanchemistry.com/ProductsTechnology/Olefins/ (zuletzt besucht am 11. September 2017).

[16] Siehe Pressemitteilung von HIS Markit: „Bis 2020 werden die USA zum größten Exporteur von leichtem Naphtha, das für die Produktion von Benzin und Chemikalien unerlässlich ist, werden“, so HIS (21. April 2015), verfügbar unter http://news.ihsmarkit.com/press-release/chemicals/2020-us-emerge-largest-exporterlight-naphtha-essential-production-gasoline-.

[17] Siehe ebenda.

[18] Siehe ebenda.

[19]Siehe Pressemitteilung, INEOS, INEOS plant massives europäisches Expansionsprogramm (12. Juni 2017), https://www.ineos.com/news/ineosgroup/ineos-plans-massive-european-expansionprogramme/.

[20] Siehe ebenda.

[21] Siehe Pressemitteilung „ExxonMobil, ExxonMobil erwirbt eine der weltweit größten Aromatenanlagen“ (10. Mai 2017), verfügbar unter http://news.exxonmobil.com/press-release/exxonmobilacquire-one-worlds-largest-aromatics-plants.

[22] Siehe Dow Chemical Company, Jahresbericht auf Formblatt 10-K, S. 13, eingereicht bei EDGAR am 9. Februar 2017, verfügbar unter https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/29915/000002991516000066/ dow201510k.htm.

[23] Siehe Reuters Staff, Argentina Sees Vaca Muerta Investment Reaching up to $8 Billion This Year, Reuters (26. April 2017, 15:55 Uhr),

http://www.reuters.com/article/us-argentina-energyvaca-muerta/argentina-sees-vaca-muertainvestment-reaching-up-to-8-billion-this-yearidUSKBN17S2Q5.

[24] Siehe Adam Levine-Weinberg, Big Problems Ahead for Big Oil in 2016, The Motley Fool (20. Dezember 2015, 14:30 Uhr), https://www.fool.com/investing/general/2015/12/20/big-problemsahead-for-big-oil-in-2016.aspx.

[25] Siehe Jtender Miglani, Wie verdient ExxonMobil Geld? Das Geschäftsmodell von ExxonMobil verstehen, Revenuesandprofits.com (31. März 2016), http://revenuesandprofits.com/howexxonmobil-makes-money/.

[26] Siehe Jeffrey S. Plotkin, The Propylene Gap: How Can It Be Filled?, American Chemical Society (14. September 2015), https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/cutting-edge-chemistry/thepropylene-gap-how-can-it-be-filled.html.

[27] Siehe ebenda.

[28] Siehe Schut, supra Fußnote 6.

[29] Siehe Mitsubishi-Präsentation, siehe Fußnote 6, S. 11.

[30] Siehe China Focus: China's Ethylene Production Embracing New Era of Expansion, Xinhua Finance Agency (4. Januar 2017, 9:55 Uhr), http://en.xfafinance.com/html/Industries/ Materials/2015/34311.shtml.

Dieser Artikel basiert auf dem ersten Bericht der Reihe „Fueling Plastics“ mit dem Titel „Petrochemikalien, Kunststoffe und fossile Brennstoffe“. Die vom Center for International Environmental Law (CIEL) herausgegebene Reihe deckt den Zusammenhang zwischen fossilen Brennstoffen und der Kunststoffindustrie auf und plädiert für die Erforschung des gesamten Lebenszyklus von Kunststoffen, um die Kunststoffkrise an ihrer Quelle und Wurzel zu bekämpfen.

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Zusammengestellt von: Lu Ka, Shu Yanyu

Rezensent: Zhou Jun

Korrekturlesen: Shu Yanyu, Sherry