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        1. 一面減碳一面缺碳,二氧化碳與食品行業為何“相愛相殺”?

          Foodaily每日食品
          2022.09.05
          減碳,還是增碳,這真是一個令人困惑的問題!

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          文:Emma Zhang  

          來源:Foodaily每日食品(ID:foodaily)


          對于食品飲料行業而言,二氧化碳一直是個令人“又愛又恨”的存在。


          作為全球氣候問題的“公敵”,二氧化碳可以說是各國各業可持續發展之路上的絆腳石。減少二氧化碳排放量,或“封存”空氣中超量的二氧化碳,是多年以來可持續戰略中至關重要的一環。


          全球越來越多的食品飲料公司都在試圖將捕獲的二氧化碳轉化為可用產品。作為全球碳酸飲料領軍者,二氧化碳的使用大戶,可口可樂也不例外加入了這場熱潮之中。在剛剛過去的8月底,可口可樂公司宣布,他們在歐洲的合作伙伴(裝瓶商)將與加州大學伯克利分校的科研人員合作,開發將捕獲的二氧化碳轉化為糖的可擴展方法,力求減少可口可樂供應鏈中的二氧化碳排放。


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          圖源:IPMARK


          一面是想方設法減少大氣中“游離”的二氧化碳,另一方面,二氧化碳卻像“救命稻草”一般,被各大食品企業視為“生命線”。


          今年,全球各地相繼出現二氧化碳短缺現象。二氧化碳供應逐步收緊嚴重打擊了各國企業。尤其是食品飲料行業,已經深受其害。包括可口可樂、泰森食品、卡夫亨氏等在內的行業巨頭一直在尋找充足的供應源,而更多中小企業則面臨停產、甚至倒閉的風險。


          二氧化碳到底是富余,還是匱乏?可持續減碳與工業制碳這兩件看似矛盾的事,如何辯證看待?食品飲料行業又該如何舒緩、化解二氧化碳短缺之痛?


          01
          二氧化碳一直缺,為何今年最嚴重?


          作為一種重要的工業原料,二氧化碳能夠與其他物質反應生成合成氣,繼而生成甲醇、燃料、酒精等碳氫化合物,或制成化學藥品、烯烴、尿素等。此外,還能制成可降解塑料、成為食品原料。在食品飲料、醫藥行業有著難以替代的廣泛用途。


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          圖源:edu.rsc.org


          然而,并不是所有的二氧化碳排放都能夠達到食品級標準。比如純度達到了99.99%的二氧化碳,即使其中只含有十億分之二十的苯,也依然屬于含雜質的混合物,無法被用于食品加工。


          在作為原料或食品處理之前,多數食品企業會用一個復雜的七步凈化過程,將其提純以達到食品等級。制備二氧化碳的最有效方法是通過燃燒天然氣分離碳原子和氫原子,氫原子與氮結合生成氨(終產品),碳原子則與氧結合產生二氧化碳(副產品),繼而轉賣給需要它的行業。


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          商用二氧化碳是如何被制取的?圖源:Google


          在過往數十年間,商用二氧化碳短缺現象其實一直存在。全球疫情爆發以來,匱乏問題日益加劇。人員流動受限導致工廠開工不足,只是表象原因。而能源價格上漲、氣候異常等則成為幕后推手。


          首先,在夏季農民往往不需要化肥,合成氨工廠往往處于關閉維護狀態。更少的氨產量意味著更少的二氧化碳。換句話說,是化肥使用的季節波動造成了二氧化碳的供應波動。


          其次,因國際局勢動蕩(特別是俄烏沖突)導致全球能源(天然氣)價格不斷攀升,生產成本增加迫使工廠不得不提高氨的銷售價格,繼而導致本地市場對氨的需求降低(更多轉向海外進口)。能源價格成為二氧化碳短缺的另一個原因。


          極端氣候則是造成二氧化碳短缺的最直接導火索。溫度、大氣中二氧化碳濃度的變化、極端天氣的頻率和強度都會對農作物產量產生重大影響。今年夏季歐美各國奇高的氣溫已經導致農作物大幅度減產,也抑制了對化肥的需求,間接影響到二氧化碳的產量。


          酷熱、強風暴、干旱、洪水和火災——氣候危機增加了極端天氣事件的強度和頻率,不僅在原料端威脅到全球食品生產,也讓其中最重要的工業原料供應“捉襟見肘”。


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          圖源:The Conversation


          據悉,由于天然氣價格持續飆升,英國最大二氧化碳生產商、工業化肥巨頭——CF此前宣布關閉位于比林漢姆的工廠。而歐洲也一直是全球受二氧化碳短缺影響最大的地區,二氧化碳價格瘋漲,報價從每噸200英鎊飆升到1000英鎊。嚴重依賴二氧化碳供應的產業如肉類、啤酒行業受到影響,或將進一步加劇英國食物短缺及通脹情況。


          如今為了從能源危機中擺脫困境,德國、意大利、奧地利、荷蘭、丹麥等多個曾大力呼吁放棄煤炭、倡導環保的歐洲國家近期相繼宣布重開煤電廠或采取措施支持煤電項目。這種“開倒車”的舉措也許能緩解一時的危機,但未必能從根本上解決二氧化碳短缺的問題。


          02
          “低碳”歲月里,食品企業艱難度日


          面對頻頻出現的二氧化碳短缺,歐美各國食品企業如何應對呢?


          以英國為例,2018年的二氧化碳“斷檔”足以載入史冊:本地啤酒開始限量供應,生產烤肉的廠家沒有足夠的供應,冰淇淋大量減產,松脆餅暫停加工......英國的食物生產幾乎陷入停頓。用當地媒體的夸張手法形容:缺少二氧化碳后,“世界幾乎走向了末日”。


          在當年,可口可樂已經“暫?!辈糠痔妓犸嬃系纳a;喜力在英國的生產也大受影響。不止是食品加工,二氧化碳短缺也嚴重影響到冷凍食品的運輸。通過壓縮二氧化碳制成的干冰,是保持冷鏈的核心。由于干冰不足,英國頭部連鎖超市ocado只好對冷凍食品實行定量配給。


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          圖源:GETTY IMAGES


          自2018年始,每隔幾個月英國就會面臨一場迫在眉睫的二氧化碳危機。2021年10月,英國政府被迫向CF工業注資“數千萬”英鎊,后者于當年9月重新開放了比林漢姆工廠。即便如此,因天然氣價格持續走高而造成的二氧化碳短缺已經成為經濟生活的常態。


          大規模二氧化碳短缺導致食品企業生產、保鮮成本不斷上漲。去年圣誕節前夕,英格蘭和威爾士全國農民聯盟(NFU)火雞組織主席邁克爾·貝利透露:“圣誕節期間火雞產量必定會減少。一些較大的生產商已經決定減產,從20%到50%不等,只是為了降低風險?!?/p>


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          英國超市空蕩的火雞貨架 圖源:TIMES


          國內供應指望不上,海外進口也是“杯水車薪”。據悉,英國政府決定將目光投向海外進口市場,但也只能解決不到20%的缺口供應量。

          能源漲價、原料短缺、消費恐慌......當一只只“黑天鵝”不斷飛來時,絕大多數食品企業只能選擇減產、停產這兩條路來減小經濟損失。真的找不出其他辦法了么?


          03
          從“碳捕集”到“碳替代”,
          食品行業如何迎難而上?


          1983年,由經濟學家彼得·卡拉杰克提出的卡拉杰克矩陣(Kraljic Matrix)發表于當年的《哈佛商業評論》上,如今被廣泛作為公司采購組合的分析工具。該矩陣也可以通過對某個國家和行業供求狀況的簡單分析,來權衡供應鏈風險和產品缺貨對利潤的影響。而對二氧化碳供需矛盾的理解,就藏在這幅象限圖里,


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          圖源:The Conversation


          在一個國家供求狀況的四種情況中,最需要關注的是矩陣右上角的“戰略項目”——高收益與高風險。這種情況下會伴隨嚴重的供應鏈風險,如果供應無法滿足市場需求,將對盈利能力構成巨大威脅。


          而二氧化碳的供給就屬于這一范疇,如果各國只專注于天然氣的短期交易,不能持續保障降低供應鏈風險,就會出現典型的瓶頸現象。一旦天然氣出現短缺,將會使得政府和各類企業處于完全依賴有限供應的被動地位,因此必須支付高額成本。


          當一種產品具有高度的不確定性、高需求、不可替代時,從長遠來看,垂直整合供應鏈便是更加經濟的方式。換句話說:自己做好整個產業鏈的供給,自給自足。所以多年以來,不僅僅是歐洲和英國,全球各國都在探尋一個可以有效緩解和應對二氧化碳短缺的方案和新技術。


          離開化肥行業,哪些領域還能生產二氧化碳呢?


          生物乙醇可以作為補充產生二氧化碳的方案之一。如今英國每年可以生產大約2.6億升生物乙醇,生物乙醇不僅可作為可持續燃料,也將滿足多個行業需求。


          早在2007年,英國糖業公司曾耗資2000萬英鎊開設了首家生物乙醇工廠,用當地種植的甜菜生產生物燃料,每年從70萬噸甜菜中生產7000萬升乙醇。 


          從厭氧消化技術工廠購買二氧化碳是解決方案之二。厭氧消化指利用細菌從有機廢物中提取氣體,該技術目前已在英國投入使用。


          然而,上述兩種方案不能完全替代主要的二氧化碳生產,無法滿足大量缺口。所以,尋找一個長期的解決方案尤為重要。當前,在各種減碳、控碳技術中,碳捕獲技術成為研究重點。碳捕獲是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集并加以封存或再利用的技術,包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環節。它可以使單位發電碳排放減少85%-90%,被譽為零碳之路的“最后一公里”。


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          圖源:Google


          英國已經計劃在21世紀30年代建立并推廣這項技術。為了確保碳捕獲可行,需要在基礎設施方面進行大量投資。英國之外,瑞士和加拿大的初創企業,日本IHI及三菱重工等也在啟動和建設大型碳捕集工廠。


          目前,全球有19個?直接空氣捕捉(Direct Air Capture)二氧化碳的工廠在運行。隨著全球DAC工廠建設熱潮的興起,到2030年可實現每年捕獲85?噸二氧化碳?,2050年則能每年捕獲980噸二氧化碳?。


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          固體DAC技術 圖源:ResearchGate


          如果將向空氣“借碳”視為“開源”,那么減少二氧化碳的使用場景,或者說開發其替代品,則是“節流”的重要舉措。2020年,英國皇家化學學會提出開發新的氣體原料作為二氧化碳代替品,氮氣就是最佳“備選”。


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          圖源:百事可樂官網


          在食品飲料行業,對氮氣的利用始于數年前充氮咖啡的興起。此后,氮氣啤酒、氮氣牛奶紛紛出現。就在今年2月下旬,百事可樂推出全新的氮氣可樂,泡沫更加柔和綿密,表面光滑,富有“天鵝絨”般的感覺?!氨溶涳嬃细洝背蔀槌涞嬃系淖畲筚u點。


          除了口感優化,氮氣“品質”中性,不會因酸性對消費者口腔和腸胃造成損害,也成為漸受青睞的原因。


          在二氧化碳的另一個消耗領域——生鮮食品保鮮中,人們也正在通過多種技術減少對二氧化碳的依賴。氮氣是理想的惰性氣體,用氮氣保鮮的食品溫度不會發生變化,水分也不會丟失,能夠對傳統的二氧化碳保鮮形成完美替代。


          除了氣調保鮮,近年來食品行業也陸續開發出低溫等離子殺菌、可食用涂膜、納米氧化鋅等新型保鮮技術,在豐富保鮮手段、提升保鮮效果和性價比的同時,進一步降低二氧化碳在保鮮領域的“出鏡率”。


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          圖源:thedrinksbusiness.com


          值得注意的是,二氧化碳作為“安全、節能、環?!钡奶烊恢评鋭┐?,在歐洲得到普遍應用。如今,二氧化碳制冷劑成為歐洲超市及便利店的主流選擇,已有超過10000家門店安裝使用二氧化碳制冷機組。而在中國,出于投資成本過高(設備性能要求和系統維護成本)的考慮,氨和氟利昂仍是應用最廣的制冷劑。


          在可持續發展與企業經營效益之間的博弈中,全球對二氧化碳制冷劑的需求走勢尚不明朗,這在一定程度上也使得短期內對二氧化碳制冷劑的需求總量難以發生大的改變。然而,與其讓大量的氯氟烴制冷劑對全球氣候造成嚴重影響,倒不如讓二氧化碳安靜地“躲”在制冷管道里,為人類的可持續目標“循環持續”地貢獻力量。


          04
          總結 


          始自去年的棕櫚油短缺陰影尚未消散,它已經給全球烘焙、糖果、方便食品產業造成巨大影響。如今二氧化碳原料又頻頻告急,從一個側面也反映出當前國際供應鏈的脆弱與風險。其背后則是國際局勢動蕩、疫情持續不散、氣候反常等因素疊加,對全球供應體系,特別是能源和農產品供應鏈的沖擊所致。


          面對諸多不確定性,食品產業必須要建立更靈活的原料供應體系,減少對某些原料、某些產地(供應源頭)的依賴;另一方面,建立更多元化的產品結構,加快對可替代原料、配方的研發,則能讓企業“左右逢源、進退自如”。

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