Analiza całej łańcucha przemysłowego EVA/POE

Wstęp

W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem branży fotowoltaicznej, gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na surowce do produkcji folii fotowoltaicznych (EVA/POE). Wzrasta również popyt na maszyny do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach. Według statystyk, prawie cała światowa zdolność produkcyjna folii koncentruje się w Chinach. Jednocześnie EVA i POE są podstawowymi materiałami opakowaniowymi, a Chiny wciąż silnie zależą od importu. W 2021 roku zależność kraju od importu EVA wciąż przekroczy 50%, a producenci zagraniczni będą monopolizować POE. Szybkie rosnące zapotrzebowanie w poniższych sektorach oraz niski wskaźnik krajowej produkcji stworzyły szerokie możliwości rynkowe dla rozwoju materiałów EVA i POE.

Typy folii fotowoltaicznych i ich porównanie

Chin jest jednym z pierwszych krajów, które rozpoczęły rozwój fotowoltaiki; ma wysoki stopień rozwoju i dużą zdolność produkcyjną na wielu odcinkach łańcucha przemysłowego. Stała się promotorem i liderem rozwoju globalnej branży fotowoltaicznej, zwłaszcza branży folii fotowoltaicznych. Po restrukturyzacji branży przedsiębiorstwa zagraniczne wycofały się z rynku. Według rocznych danych Foster, około 90% kosztów produkcji folii fotowoltaicznych stanowi koszt bezpośrednich surowców.

EVA/POE, surowiec do maszyn do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach, jest także podstawowym surowcem folii fotowoltaicznych, a stopień lokalizacji jest niski. Do 2021 roku zdolność produkcyjna EVA w Chinach wyniesie 1,772 miliona ton, co stanowi 27% ogólnoświatowej produkcji; natomiast zdolność produkcyjna POE/POP na skalę światową przekracza milion ton ze względu na proces polimeryzacji, katalizatory metallocenowe, α-olefiny i inne etapy, które charakteryzują się wysokimi barierami technicznymi. Zdolność produkcyjna POE skupia się głównie w rękach firm takich jak Dow, Mitsui, LG i innych; Chiny jeszcze nie osiągnęły szeroko zakrojonej przemysłowej aplikacji POE.

Na rynku istnieją cztery główne typy folii fotowoltaicznych: chińskiej maszyny do ekstruzji tworzyw sztucznych folia transparentna EVA, biała folia EVA, folia POE oraz folia EPE wytwarzana metodą współekstruzji. Folia transparentna EVA stała się głównym materiałem opakowaniowym na obecnym rynku dzięki korzystnej cenie i lepszym właściwościom obróbki, stanowiąc około 52%; biała folia EVA to pewna ilość dwutlenku tytanu i innych białych wypełniaczy dodanych do żywicy EVA w celu poprawienia wtórnego oświetlenia. Odbijalność światła wykorzystywana jest głównie do opakowania tylnej strony modułów jednoszklnych i dwuszklnych. Gdy zamiast transparentnej EVA stosuje się białą EVA, zysk mocy modułów dwuszklnych może osiągnąć 7–10 W, a modułów jednoszklnych – 1–3 W.

Maszyna do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach: folia POE jest głównym materiałem opakowaniowym dla modułów dwuszklnych ze względu na unikalne właściwości anty-PID, wysoką odporność elektryczną i trudność w hydrolyzie; proces współekstruzji pozwala na wytwarzanie folii EPE z żywic EVA i POE; posiada zarówno doskonałe właściwości obróbki EVA, jak i dobre właściwości anty-PID oraz odporność na parę wodną POE. Według prognozy CPIA, w najbliższych latach udział folii transparentnej EVA i białej EVA spadnie, a udział folii EPE znacznie wzrośnie. Zapotrzebowanie na maszyny do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach również znacząco wzrośnie.

Stan obecny i perspektywy rynku EVA

EVA znajduje się w środkowych i dolnych odcinkach łańcucha przemysłu chemicznego; surowcami bezpośrednimi są etylen i winylacetat. Wraz z szybkim rozrostem zdolności produkcyjnych EVA znacznie wzrosło zapotrzebowanie na winylacetat na bazie etylenu. W przeciwieństwie do tego, winylacetat na bazie etylenu w ciągu ostatnich pięciu lat nie został skutecznie rozwinięty. Konflikt między podażą a popytem stał się coraz bardziej widoczny.

Maszyna do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach ma cztery procesy produkcji: polimeryzację w roztworze, emulsyjną, w zawieszeniu i ciągłą polimeryzację ciśnieniową w bloku. Obecnie dominującą metodą przemysłową jest ciągła polimeryzacja ciśnieniowa w bloku, która może być podzielona na metodę rurową lub kotłową. Technologia rurowa firmy Basel i autoklawowa ExxonMobil są obecnie najpopularniejsze w produkcji materiałów fotowoltaicznych. Metoda rurowa firmy Basel wyposażona jest w zawór impulsowy, który podczas reakcji płucze ściankę wewnętrzną reaktora, redukuje adhezję polimerów i zmniejsza krystalizację. Tworzenie drobinek może być trwałe i w wysokich proporcjach, umożliwiając produkcję materiałów fotowoltaicznych. Metoda kotłowa nie jest wyposażona w zawór impulsowy. W stanie ultrawysokiego ciśnienia EVA rozpuszcza się w etylenie i VA i wytrąca się na ścianie rury przy ochładzaniu, powodując przyklejenie się do ściany. Metoda kotłowa wymaga częstego czyszczenia reaktora podczas produkcji materiałów fotowoltaicznych, a udział materiałów fotowoltaicznych jest stosunkowo niski.

Maszyna do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach: według zawartości VA EVA można podzielić na trzy kategorie: żywica EVA (zawartość VA od 5% do 40%), elastomer EVA (zawartość VA od 40% do 70%) i emulsja EVA (zawartość VA od 70% do 95%); wszystkie omówione poniżej są żywicami EVA.

Według danych IHS, w 2021 roku światowa zdolność produkcyjna EVA wyniesie 6,5 miliona ton, a trzy regiony – Północno-Wschodnia Azja, Ameryka Północna i Europa Zachodnia – zajmą 88%. Korea Południowa 1,18 miliona ton (stanowiąc 18%), Japonia 640 tysięcy ton (stanowiąc 10%), Tajwan w Chinach 510 tysięcy ton (stanowiąc 8%)

Od 2017 do 2020 roku tempo wzrostu światowej zdolności produkcyjnej EVA było stosunkowo wolne. W 2021 roku, napędzane przez osiągnięcie szczytu emisji węgla i neutralność węglową, światowa branża fotowoltaiczna wkroczyła w nowy etap rozwoju, a EVA otworzyła nowe możliwości rozwoju. W 2021 roku nowa zdolność produkcyjna EVA na świecie wyniosła 1,1 miliona ton, z czego nowa zdolność produkcyjna Chin wynosi 800 tysięcy ton, a Korei Południowej – 300 tysięcy ton. W kolejnych latach nowa zdolność produkcyjna na świecie nadal będzie skupiona głównie u chińskich producentów. Według naszych szacunków, od 2022 do 2024 roku światowa nowa zdolność produkcyjna EVA osiągnie 1,08 miliona ton, z rocznym średnim tempem wzrostu 5,3%.

Zdolność produkcyjna EVA maszyn do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach rozkłada się głównie na baseny chemiczne węglowe nadbrzeżne i wewnętrzne. Zdolność produkcyjna EVA w Chinach Wschodnich stanowi nawet 66%, podczas gdy w Chinach Północnych i Północno-Zachodnich wynosi odpowiednio 17% i 17%. Ziemia stanowi 90% całkowitego krajowego zużycia, a różnica między tymi dwoma regionami jest wyraźna. Ze względu na szybki rozwój firm foliowych i kablowych w Chinach Wschodnich, zużycie materiałów fotowoltaicznych i kablowych stanowi wyższą część. W dziedzinie materiałów głównym jest zużycie pianki i kleju termotopnego.

W ostatnich latach, wraz z rozbudową rafinerii i rozwojem technologii coal-to-olefin, prywatne przedsiębiorstwa kolejno wkraczały na rynek EVA, co doprowadziło do dywersyfikacji podmiotów dostarczających. Ukształtowała się trójstronna sytuacja przedsiębiorstw państwowych, joint venture i prywatnych.

Obecnie w Chinach tylko trzy firmy mogą produkować przeźroczystą EVA o jakości fotowoltaicznej. W latach 2021–2022, choć wiele zestawów urządzeń zostanie wprowadzonych do produkcji, nie nastąpiło skuteczne zwiększenie dostaw materiałów fotowoltaicznych, a obecna oferta pozostaje niewystarczająca. Z Sailbond, Lianhong, Formosa Plastics oraz źródeł zagranicznych jako głównych dostawców, wszystkie obecne urządzenia zdolne do produkcji materiałów fotowoltaicznych są już w pełni wykorzystywane, a przekształcanie innych urządzeń na materiały fotowoltaiczne jest skomplikowane i wiąże się z wysoką lepkością. Długotrwała produkcja może zablokować rury, dlatego stare urządzenia będą przerabiane na nowe. Materiały fotowoltaiczne muszą być często przerwane, aby oczyścić instalację. Jeśli chodzi o nowe moce produkcyjne: Sinochem Quanzhou, Yangzi Petrochemical i Yanchang Yulin nie produkowały materiałów fotowoltaicznych; w 2022 roku wzrost produkcji materiałów fotowoltaicznych będzie głównie pochodził od zakładów Zhejiang Petrochemical i LG – niedawno oddano do użytku 200 tysięcy ton EVA z Dushanzi, który powinien zostać uruchomiony w terminie 9:30.

W dłuższej perspektywie chińska EVA nadal ma liczne plany nowych mocy produkcyjnych, jednak jeśli chodzi o produkcję materiałów fotowoltaicznych, potrzeba jeszcze długiego okresu produkcji: czas budowy projektu wynosi około trzy lata; po rozpoczęciu produkcji potrzeba 0,5–1 roku, by najpierw wyprodukować LDPE, a następnie przejść na produkcję EVA; po stabilnym wytwarzaniu produktów spełniających normy, producenci folii docelowych potrzebują 3–6 miesięcy na testy, całkowity cykl projektu trwa około cztery lata, a nie wszystkie materiały fotowoltaiczne mogą być produkowane – górny limit wydajności tubularnych materiałów fotowoltaicznych to 80%-100 %, górny limit materiałów fotowoltaicznych metodą pokrywania to 10%-30%.

Handel produktami EVA między regionami nie jest aktywny i opiera się głównie na obrachu wewnątrzregionowym. Północno-Wschodnia Azja jest głównym hubem handlowym świata, a wymiana handlowa z ważnymi regionami jest liczna. W 2018 roku całkowowy światowy obrotu międzyregionowego wyniósł 850 tysięcy ton. Ameryka Północna, Północno-Wschodnia Azja i Zachodnia Europa są obszarami netto eksportowymi EVA; Stany Zjednoczone mają netto eksport wolumen 90 tysięcy ton, Północno-Wschodnia Azja – 88 tysięcy ton, a Zachodnia Europa – 90 tysięcy ton. Główni importerzy EVA. Północno-Wschodnia Azja ma aktywny handel, a Chiny są największym importującym na świecie. Obecnie chińska moc produkcyjna EVA jest niewystarczająca, a kraj jest silnie uzależniony od importu. W ciągu ostatnich pięciu lat zależność od importu utrzymywała się powyżej 50%. W 2021 roku import EVA przez Chiny osiągnie 1 116 700 ton; trzy główne miejsca odpowiadają za 70% z chińskiego importu.

Dzięki szybkiemu rozwojowi fotowoltaiki i innych branż, konsumpcja EVA w Chinach wzrosła dynamicznie. W 2021 roku konsumpcja EVA w Chinach osiągnie 2,053 miliona ton, przy średnim tempie wzrostu 9,52% w ciągu ostatnich pięciu lat. EVA jest szeroko stosowana, głównie w fotowoltaice, materiałach tekstylnych do butów, elektryce i innych dziedzinach; struktura konsumpcji docelowej: materiały fotowoltaiczne 37%, materiały piankowe 28%, materiały kablowe 17%, kleje termoplastyczne 7%, powłoki 7%, folie rolnicze 1%. Jako największy konsumant docelowy, materiały fotowoltaiczne w przyszłości nadal będą się rozwijać.

Według prognozy CPIA dotyczące globalnej instalacji fotowoltaicznej, wraz z trendem zmian udziału materiałów foliowych, obliczono przyszłe zapotrzebowanie na EVA. W przypadku średnim:

1. Z punktu widzenia danych dotyczących instalacji, tempo wzrostu światowej instalacji fotowoltaicznej osiągnie szczyt w latach 2021–2023, a następnie tempo wzrostu względnie spadnie.

2. W warunkach średnich wzrost zapotrzebowania na żywicę EVA osiągnie 240 tysięcy ton (2021), 210 tysięcy ton (2022), 150 tysięcy ton (2023) i 100 tysięcy ton (2024). Jeśli chodzi o moc produkcyjną materiałów fotowoltaicznych, w 2022 roku materiały fotowoltaiczne nadal będą deficytowe, a koniunktura powinna się kontynuować.

3. Wraz z przyspieszeniem krajowej produkcji EVA stopień samowystarczalności EVA stopniowo wzrośnie, ale nadal pozostanie wysoka zależność od importu.

Stan obecny i perspektywy rynku POE Stan obecny i perspektywy rynku POE

Surowcem dla maszyny do ekstruzji tworzyw sztucznych w Chinach jest poliolefinowy elastomer POE – rodzaj poliolefinowego materiału kopoliaryzowanego z etylenu i propylenu lub innych α-olefinów (takich jak 1-buten, 1-heksen, 1-okten itp.). W porównaniu z poliolefinowymi tworzywami sztucznymi zawartość komonomerów w łańcuchu molekularnym jest wyższa, a gęstość niższa. Poliolefinowe elastomery obejmują głównie kopolimery etylenu i propylenu oraz kopolimery etylenu/α-olefinów; wśród nich elastomery kopolimerów etylenu i propylenu dzielą się na dwie grupy: kauczuk etyleno-propylenowy (EPM) i kauczuk etyleno-propylenowo-propylenowy (EPDM). Elastomery kopolimerów etylenu/α-olefinów obejmują głównie losowy kopolimer etylenu/α-olefinów (POE) oraz blokowy kopolimer etylenu/α-olefinów (OBC).

Dzięki swojej unikalnej strukturze molekularnej, POE posiada dobre właściwości reologiczne, mechaniczne, antyultrawiolowe, dobrą wytrzymałość w niskich temperaturach oraz dobrą przyczepność do poliolefinów. Jest szeroko stosowany w dziedzinach modyfikacji i preparowania folii.

Z punktu widzenia zastosowań końcowych, chiński rynek dominuje przemysł motoryzacyjny, którego konsumpcja stanowi 68%, modyfikacja polimerów – 19%, przewody i kable – 9%, a inne dziedziny około 4%. Moje kraje POE zależy od importu, a rynek konsumencki wciąż wymaga rozwijania, co w przyszłości może zastąpić część gum i tworzyw sztucznych.

Zagraniczne firmy monopolizują światową moc produkcyjną POE, a Chiny jeszcze nie osiągnęły aplikacji przemysłowej. Całkowita światowa moc produkcyjna POE/POP przekracza 1 milion ton rocznie; Dow Dow jest liderem w dziedzinie POE, a jego moc produkcyjna stanowi najwyższą część; istnieje ponad 20 rodzajów gatunków; indeks topienia jest szeroko rozpowszechniony, od 1 do 30 g/10 min; silna zdolność rozwoju i doskonała jakość produktów. Exxon jest pierwszą firmą na świecie, która zrealizowała przemysłową produkcję POE, z mocą produkcyjną 170 tysięcy ton rocznie. Ponadto Mitsui, LG, SK i inne firmy również opracowały swoje systemy katalizatorów, zajmując miejsce na rynku POE i wyróżniając się wysoką koncentracją branży POE.

Obecnie kilka krajowych firm podjęło się technologii POE. Wśród nich najprędzej postęp zrobiła Wanhua Chemical, która ukończyła test pilotażowy. Oczekuje się, że zakład POE o mocy 200 tysięcy ton zostanie uruchomiony w 2024 roku. Ponadto Maoming Petrochemical, Sierbang, Satellite Petrochemical i Huizhou All projekty inżynierskie zaproponowały planowanie POE lub są już w fazie pilotażowej; oczekuje się, że proces lokalizacji POE przyspieszy.

Porównanie wydajności EVA i POE

W fotowoltaice EVA i POE mają swoje zalety i wady. EVA jest tańsza, łatwa w obróbce, odporna na przechowywanie, szybko sie wkręca i ma dobrą przyczepność do szkła i tylnych płyt; zalety POE polegają głównie na dobrych właściwościach materiału i odporności na PID. Doskonała odporność elektryczna, wysoka bariera parowodna, odporność na niskie temperatury i żółknięcie.

Główną wadą EVA jest to, że octan winylu łatwo hydrolizuje w świetle, tlenu oraz w wilgotnym i gorącym środowisku, tworząc kwas octowy, który koroduje powierzchnię ogniwa, taśmy itp., a także reaguje z Na w szkle, co może generować dużą ilość wolnych jonów Na, które powodują spadek mocy; jednocześnie EVA jest skłonna do żółknięcia w świetle i cieple, co wpływa na przepuszczalność światła i powoduje ogólny spadek mocy modułu.

Wadą POE jest: niska polarność POE, co powoduje, że polarny rozpuszczalnik pomocniczy wytrąca się na powierzchni folii w trakcie jej obróbki, co prowadzi do gładkiej powierzchni i łatwego przesuwania; trudności w obróbce są zbyt duże, a krawędzie folii łatwo się zaczepiają; ogólna cena cząsteczek POE jest wyższa niż EVA. Jest to drogie. Ogólnie uważa się, że w ciągu najbliższych kilku lat stosunek zastosowań cząsteczek POE w foliach wzrośnie, głównie ze względu na następujące czynniki:

1. Komórka typu N: obecna efektywność konwersji fotoelektrycznej komórek typu P zbliża się do górnej granicy 24,51 TP3T, podczas gdy górna granica efektywności konwersji komórek typu N jest wyższa; domieszany kompleks bor- tlen w płytkach krzemowych komórek typu P powoduje szybsze spadek potencjału; baterie typu N domieszane skalą mają dobrą odporność na blaknięcie. Efekt PID w bateriach typu N jest bardziej wrażliwy na powierzchnię odbierającą światło, a moduł typu N z wyraźnym spadkiem PID może również doświadczyć nieodwracalnego uszkodzenia po przywróceniu światła. Dlatego wybór folii POE do pakowania może zmniejszyć całkowity wskaźnik przenikalności par wodnych modułu i przedłużyć jego żywotność. W związku z tym promocja baterii typu N może zwiększyć ilość stosowanej POE.

2. Moc baterii o dużych wymiarach: W ostatnich latach moc różnych typów komponentów baterii znacznie wzrosła, generacja ciepła zwiększyła się, a temperatura będzie mieć coraz większy wpływ na właściwości elektryczne baterii, takie jak moc maksymalna czy napięcie otwartego obwodu. Wymagania dotyczące wydajności elektrycznej będą coraz wyższe.

3. Redukcja grubości szkła pokrywającego i wzrost liczby elementów z podwójnego szkła: Według danych CPIA obecne grubości szkła wynoszą głównie <2,5 mm, 2,8 mm i 3,2 mm; wśród nich udział szkła pokrywającego o grubości <2,5 mm wynosi 321 TP3T. Oczekuje się, że jego udział wzrośnie do około 501 TP3T do 2025 roku. Redukcja grubości szkła zwiększy wymagania dotyczące materiałów pakujących, a POE charakteryzuje się dobrą wytrzymałością mechaniczną i udarnością.

Folia EPE może połączyć zalety EVA i POE oraz stanowi istotny kierunek rozwoju folii w przyszłości. Ponadto doskonałe właściwości materiałowe POE mają ogromny potencjał aplikacyjny w samochodach, przewodach, kablu, maszynach, podeszwach butów, klejach termoplastycznych itp. Wraz z przyspieszeniem procesu chinizacji POE zyska jeszcze większe możliwości rynkowe.