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長久以來，美國一直為全球石化產業的重鎮，其乙烯總產能超過25,000千公噸，位居全球首位。另外全球營業額前十大的化學公司如DuPont、 Dow Chemical與ExxonMobil Chemical皆將總部設在美國，美國市場對於化學公司有著難以替代的重要性。近年來隨著含有大量烷類的頁岩氣(shale gas)開採技術突破以及美國鼓催製造業回流(manufacturing revival)等政策，各大廠商紛紛宣布將在美國擴產乙烯以及相關石化產能。本文將分析美國頁岩氣分布以及各大石化廠在美國之產能擴充計畫，並分析此未 來對全球石化產業的影響。
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一、目前美國頁岩氣蘊藏量足以支撐該國超過30年的應用 根據美國EIA (Energy Information Administration)的調查，目前美國頁岩氣的蘊藏量約750兆立方英呎(詳細分析，如下表一)，相較於2009年美國天然氣蘊藏量 272.51兆立方英呎，美國頁岩氣蘊藏量約為2009年天然氣蘊藏量2.5倍以上，相當可觀。 表一、美國頁岩氣蘊藏量分布 單位：兆立方英呎(trillion cubic feet, tcf)
資料來源：Jeffries；EIA；工研院IEK(2012/06) 若與2009年全球天然氣蘊藏量6289兆立方英呎相比，美國頁岩氣之蘊藏量約為其11.93%，也就說美國地區之頁岩氣蘊藏量至少能增加一成的天然氣蘊藏量。 2010年美國當年的天然氣消耗量約22.91兆立方英呎，若美國要利用其頁岩氣資源自給自足的話，可以估計目前美國頁岩氣的蘊藏量至少可以供應美國國內32年的應用。 二、2017年美國現有廠商之乙烯產能保守估計至少增加6,500千公噸/年的乙烯產能豐富的頁岩氣資源以及開採技術的進步，導致在2011年全球油價因中東地區政局動盪不安飆漲時，天然氣的價格變動不大，油氣價格比在2011年曾達到25:1。此時若利用天然氣做為裂解進料裂解生產乙烯，在原料成本上相當具有競爭力(約為輕油進料的1/10)。 2011年至今，美國既有乙烯生產廠商紛紛計畫利用頁岩氣資源擴產在美國的乙烯產能，目前已經確定的計畫如下表二所示： 表二、美國廠商乙烯擴產計畫 單位：千公噸/年
資料來源：ICIS；各公司；工研院IEK(2012/06) 除了上述公司的擴產計畫外，Aither Chemical、LyondellBasell、Occidental Chemical也有考慮利用頁岩氣資源擴產乙烯的計劃，可以看出美國低成本原料優勢對各公司的吸引力。 由於新建裂解裝置約需3-5年評估建廠，若將上列擴產計畫依時間排列，並與美國現有產能進行累加，如圖一所示，可預測美國在2017年之乙烯產能將超過33,000千公噸/年，為2011年乙烯產能的1.25倍。 
圖一、2011-2017美國乙烯產能預測 資料來源：ICIS；各公司；工研院IEK(2012/06) 三、新興國家的化學公司也虎視眈眈美國頁岩氣的原料成本優勢在第二小節中所提及的廠商多為國際大廠或者是美國當地的廠商，這些廠商若在本國擴產乙烯時往往會遇到土地與人力取得成本過高的問題。然而，許多新興 地區的化學公司如南非的Sasol、巴西的Braskem、中東的SABIC與泰國的PTT Global Chemical等公司也曾宣布考慮將在美國利用頁岩氣資源建立乙烯之生產裝置，如下表三所整理： 表三、新興國家公司在美國的乙烯擴產計畫 單位：千公噸/年
資料來源：ICIS；各公司；工研院IEK(2012/06) 雖然上表三各公司多在考慮中，並未公布完成時間，但原料成本優勢讓這些公司願意放棄在本國的高成長市場、土地、原料或者人力成本優勢前往美國進行新建裂解裝置的計畫，仍可看出在高油氣比下，原料優勢對於各石化上游公司的重要性。 四、若美國頁岩氣全數用來生產乙烯可以維持4個世紀2006年美國天然氣的消耗量約21.70兆立方英呎，然而用於工業上的天然氣僅占其中的30%左右 (分布如下圖二所示)，約6.53兆立方英呎。其中僅8%應用於化學品的進料中，約0.52兆立方英呎。 
圖二、2006年美國天然氣應用分析 資料來源：EIA；PEW Center；工研院IEK(2012/06) 而根據oil & gas journal的統計資料估算2006年美國利用乙烷(來自天然氣)進料裂解生產乙烯的產能約為10,705千公噸/年，因此若利用乙烷裂解生產1千公噸的乙烯約需消耗4.86 x 10-5兆立方英呎的天然氣。 假設美國在新乙烯產能擴產完畢後達到35,000千公噸/年，且未來全部以乙烷(來自頁岩氣)作為進料，則需要消耗1.7兆立方英呎/年之頁岩氣。目前美國頁岩氣蘊藏量為750兆立方英呎，若全數拿來生產乙烯，估計可以使用的壽命將長達441.18年。 表三、美國以頁岩氣作為化學品進料的使用年限估算
資料來源：EIA；oil and gas journal；工研院IEK(2012/06) 五、IEK觀點 (一) 其他擁有頁岩氣資源的國家短期內很難達到美國的技術水準頁岩氣得以開採後，為美國石化業帶來新的希望。雖然全球各地皆有頁岩氣資源（特別是歐洲），但目前左右頁岩氣應用的關鍵仍然是鑽井開採技術上，目前 這項技術仍是被美國所掌握，因此全球各地若要學美國這般運用頁岩氣資源恐怕也是數十年後的事了(美國從開始投入研發到實際商業化開採約花了40年)，但若 美國利用這項技術進行全球資源掠奪，其他各國實際應用頁岩氣的時間將會提前，這部分論述並不在本文所討論的範圍，在此不加贅述。 (二) 美國在乙烯衍生化學品與其應用發展上將更具優勢美國利用頁岩氣擴產乙烯與過去十年中東利用天然氣擴產乙烯產能皆運用便宜的乙烷作為原料，然而美國在乙烯衍生化學品的生產與應用上，位居全球領先的 位置，這點是技術與市場仰賴外援的中東所不及的。因此可以預期未來10年內一般大宗的乙烯衍生化學品及應用(如圖三所示)移往美國境內生產，將有強大的誘 因，美國政府Made in USA.的美夢可能成真。 部分宣布擴產乙烯的國際大廠如Dow Chemical、Chevron Phillips Chemical、台塑美國皆同時宣布其下游產品如LLPDE、MEG等的擴產計畫，可以看出公司在美國建立產業鏈的企圖心。 
圖三、乙烯衍生化學品與其應用 資料來源：ACC(American Chemical Council)(2012/06) (三) 原料優勢與乙烯成本優勢可能帶動新技術在美國發展近日Honeywell UOP於報章期刊上發表應用甲烷(頁岩氣的主要成分)直接生產乙烯製程，在頁岩氣開發後將有助於該公司的技術商業化。 再者，全球石化產業有許多利用乙烯取代C3或C4作為起始原料的製程，正在開發中，如Lucite(現屬Mitsubishi Rayon)與BASF擁有利用乙烯取代C3或C4作為起始原料的MMA製程，這些技術未來若在美國投資將可獲得更多更多成本優勢。 (四) 乙烷進料後C4以上與芳香族原料產生大空檔然而利用頁岩氣作為進料並非無懈可擊，以頁岩氣最為進料主要生產C2與C3原料，若要生產C4與芳香族原料，目前的技術仍有困難。由2011年全球 丁二烯的價格暴起暴落可以看出，業者紛紛利用乙烷作為進料追求低成本的乙烯生產，反而使C4以上與芳香族原料短缺，這對於以輕油作為進料的我國石化產業而 言也許是個機會。 我國石化產業發展主張”值的提升在國內，量的發展在海外”，在頁岩氣低成本原料的衝擊下，筆者有下列兩點建議： 1. 國內石化產品在提升附加價值時，不應一昧考慮以乙烯作為起始原料之技術。我國業者多以輕油作為裂解進料，C4與芳香族生產優勢是乙烷進料所不及的。強化非乙烯衍生產品的附加價值或者開發非乙烯作為起始原料的製程將是值得考慮的方向。 2. 量的發展在海外，我國石化原料與下游製品業者在發展上，長久以來有著乙烯原料供不應求的問題，美國也可以是國內石化業者以及大宗低附加價值衍生產品未來考慮擴廠的地點之一。 總歸來說，尋求產品差異化與策略創新，將是其他國家降低美國頁岩氣發展所帶來衝擊的不二法門。 作者：陳育誠 特用化學品 |
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