产业大变局:石油的终结与生物经济的崛起

2019年10月18日 14:43
來源:香港奇点财经特邀专栏 资本实验室

作者: 黄道洲

最基础的能源、工业的血液、隐藏在无数商品背后的化合物、众多国家梦寐以求的战略资源、引发诸多争端甚至战事的“黑色幽灵”……无论是从国家战略,产业发展,还是从居民生活来看,石油的重要性无需多言。

但在滚滚向前的时代车轮面前,石油的地位正在被削弱,百年来最大的产业变局正在开启,对于石油产业的未来更需要重新思考。

近期,美国生物技术投资公司Bioeconomy Capital的总经理Rob Carlson撰文表示:我们即将进入一个复杂的生物技术完全取代石油化工产品,以可再生能源为动力,只含可再生碳的时代。即使石油如此重要,但石油产业终将走向尽头。在这一趋势的背后,可再生能源与生物技术的崛起正是两股最强大的变革力量。

Rob Carlson认为,石油产业之所以将走向尽头,原因很简单:为20世纪提供动力的黑色资源正在经济上输给其他技术。从低价值、高产量商品(如燃料)到高价值、低产量化学品,石油产业在两端都面临着竞争。

在短期内,电动汽车和可再生能源将成为传统运输燃料最明显的威胁,并通过能源效率和资本效率的提升在使用方面逐渐超过石油。随后,生物技术将给予最后一击:首先是用具有较低能源和碳成本的产品替代高价值的石化产品;然后为产业提供新的负碳生物化学材料和生物材料,这些材料根本无法轻易地或经济地从石油化工原料中制造出来。

资本实验室对该文进行编译,并对结构进行了调整,对部分数据和内容做了增加和删减。

石油的产出与价值构成

任何否定化石燃料将要终结的断言都来自一个传统认识:没有什么比从地下渗出的富含能源的资源更为便宜的了。但是,这种说法现在对大多数石油生产和精炼业务来说,显然是错误的,特别是当你把实现石油最终用途所需的各种投入考虑在内时。

原油确实富含能源,但也确实需要消耗大量的能源和资本密集型基础设施,才能将石油加工和分离成有用的成分。这些成分的经济价值因其用途而异。

正是通过研究这些不同用途的经济性,人们才能看到石油的终结。同时,要分析石油产业的未来,就必须认识到石油产业的两种复杂性。

首先,整个行业非常复杂,不同地区和子行业的经济因素各不相同,而这些子行业又依赖于各种各样的技术和流程。此外,在不同国家每生产一桶石油并将其交付市场的成本差异很大,在10美元至70美元之间。当前石油产品的总市场价值约为每年2万亿美元,这一数字还会随原油价格的变化而变化。

其次,每一桶石油本身的构成也很复杂。这不仅涉及来自不同油井的石油由不同光谱的分子组成,而且这些分子的最终用途也差异巨大。平均而言,每桶原油(约44加仑)在精炼过程中,有90%以上是作为取暖用油或运输燃料,另外约5%包含沥青和焦炭。后两者都是低价值产品。沥青(又称“焦油”)被覆盖在道路上,焦炭则经常与煤结合并被燃烧。换句话说,一桶石油中,大约有42加仑被用于道路建设或为了获得其中的能量而被燃烧。

每桶石油中另外的2%或1-2加仑(取决于它来自哪里)构成了我们今天赖以建立世界的物质(原子)。这包括塑料前体,润滑剂,溶剂,芳香族化合物和其他化学原料。通过合成化学进一步加工成更复杂的化合物后,这些原料几乎构成了我们制造和购买的所有产品的成分。

这些成分如此重要,以至于在目前,化工产品是美国96%制成品的组成部分。因此,一小桶石油的少量体积对全球经济极为重要:每桶原油约2%的体积每年产生了超过6500亿美元的产值,约占每桶原油最终经济价值的25%。

但是,无论是作为燃料的用途,还是作为重要化工产品原料的用途,两者都在被新的资源和技术所替代。

可再生能源的冲击

可再生能源的时代已经到来。

据联合国环境署最新发布的《2019全球可再生能源投资趋势》报告,2010-2019年间,全球可再生能源投资总额达到2.6万亿美元。与此同时,2018年的可再生能源投资为2729亿美元,达到化石燃料发电投资的三倍。

上述数据表明,可再生能源的崛起正在完全改变传统的能源市场格局。

此外,电动汽车的大量涌入,及其对燃油车的逐步替代也将加速石油产业被淘汰的趋势。与燃油车相比,电动汽车的效率要高得多,零件要少得多。因此,电动汽车的维护和运行成本会明显低于燃油车辆。例如,与本田雅阁相比,即使是相对昂贵的特斯拉Model 3,消费者拥有和运行该车型15年的总成本也会更便宜。

目前,更多的传统汽车厂商已经开始加入电动汽车市场的竞争。例如:大众汽车宣布2026年推出最后一代燃油车型后不再制造燃油车;戴姆勒将不再研发燃油发动机,未来只生产电动汽车。与此同时,戴姆勒还推出了一款电动半挂卡车,以与特斯拉即将推出的货运卡车竞争。

我们还可以看到,大众汽车刚刚宣布了对其电动卡车项目的巨额投资。同样在最近,电商巨头亚马逊宣布向电动汽车制造商Rivian订购10万辆电动货车,以实现2030年的零碳排放目标。

趋势正在加剧。据彭博社(Bloomberg)在2019年3月的报道,到今年年底,“每天将有270,000桶柴油需求被电动客车所取代。”在中国,柴油总需求已经在下降,而汽油需求在今年也可能会达到顶峰。

此外,如法国巴黎银行(BNP Paribas)马克·刘易斯(Mark Lewis)的最新报告所述,在将你送到目的地的过程中,可再生电力和电动汽车的组合比化石燃料和内燃机的资本效率已经高出6至7倍,即石油必须降到10-20美元/桶才能具有竞争力。

生物经济的崛起

但是,岂止是石油作为运输燃料的价值会受到威胁,“综合石油产业”的各个部门都将面临问题。毕竟,每桶石油中的一部分最终会变成化工产品。

为了从每桶石油的2%中获得25%的总价值,你必须提取并处理另外的98%的石油。而且,如果由于需求减少而使得从98%的收入中赚取的钱更少,那么另外2%的生产成本就会增加。

你可以通过裂化和合成等技术手段使低价值化合物变成高价值化合物,但这样做也非常昂贵且耗费能源。对于石油产业而言,更糟糕的是,天然气可以转化为几种低成本的石化原料,这增加了石油产业在未来十年中将面临的不利因素。

尽管如此,仍有大量经济和技术上重要的石油化合物目前尚无明显替代品。因此,我们必须回答的真正问题不是什么能取代石油,更加棘手的问题是:我们从哪里获得所有复杂的化合物,即以石油化工和原料形式存在的原子,来建设我们复杂的经济?

答案是生物学。

石油是建立20世纪的技术的基础。生物学则是21世纪的技术。

目前,生物技术在美国已经是一个巨大的产业,2017年产值约为3880亿美元,贡献了超过2%的GDP。该行业最大的组成部分是工业生物技术,产值约为1470亿美元,包括材料、酶和相关工具的开发。

其中,仅生物化学领域在2017年就创造了920亿美元的收入,并占到美国精细化学品收入的1/6到1/4。换言之,生物化学产品在某些类别上已经超过了石化产品。这种替代现象清楚地表明,全球经济正从石油化工转向其它行业。

但是,在生物技术能够在6500亿美元的石化产品收入中占据更多份额之前,还有大量工作要做。我们必须创建许多生物,并建立大量的制造能力来培养这些生物。

目前,许多初创公司和《财富》50强公司都在追求这一目标。随着代谢工程和生物制造的成熟,越来越多的此类公司将获得成功。

以Bioeconomy Capital投资的公司Arzeda、Zymergen和Synthace为例,这些公司可以设计,构建和优化新的代谢途径,以直接生产来自石油的任何分子。

Arzeda是一家蛋白质发现和设计公司,正在通过生物制造的方式寻求甲基丙烯酸酯化合物的大规模生产,以显著改善有机玻璃的性能,这种新材料不久将进入挡风玻璃,耐冲击玻璃和飞机机盖等产品。

Zymergen利用生物学与机器学习来找到新的化学构建模块,以克服石油化工和传统工艺在创造新材料方面的短板。公司目前正在开发一系列具有合成化学无法实现的特性的膜和涂层,这些膜和涂层将用于生产柔性电子产品和显示器。

Synthace也是数字技术介入生物产业的典型代表。该公司正在构建一个计算机辅助生物学软件平台,可以让生物学家对实验室硬件进行精密、灵活和综合的控制,能够使得实验和实验室工作流程实现快速自动化。

生物技术的吸引力显而易见:高价值石化产品的价格在每升10美元至1000美元之间。此外,石油产品的边际生产成本约为200亿美元(即新建炼油厂的成本),但生物生产的边际生产成本看起来像是啤酒厂,其成本在10万美元至1000万美元之间,这具体取决于规模。也就是说,生物生产的资本回报率将比石油产品高得多,而风险要低得多。

国际能源署(IEA)最近预测,在未来二十年中,石油化工将在石油产业需求增长中占最大份额。但是,IEA和石油产业可能会对未来的实际情况感到惊讶和失望。因为,如上所述,该领域将被生物技术产品所取代。

 

Bioeconomy Capital预测,到2030年,大部分新的化学品供应将由生物技术提供;到2040年,生物化学品将在各个竞争领域超越石化产品。这种转变的速度可能更快,这取决于为加速生物工程和制造而投入的资金量。

政府和私营部门的投资已使当今的生物制造能力不仅限于我们从一桶石油中衍生出的每一个分子,而且还可以利用蛋白质工程和代谢工程的非凡力量,来制造现有化学工程技术无法制造的各种新颖且理想的分子。生物学的力量还可以被用来注入具有改进特性的产品。

在未来十年,生物化学制造带来的经济影响还会大大增加。

总之,使用生物学方法生产的新材料将对广泛的行业和产品带来影响,并远远超出传统上的生物技术的范畴。

石油产业的消亡不会突然到来

在今天,石油收入对于维持全球许多国家的预算不可或缺。随着石油产业的逐渐消失,继续依赖石油收入的政府将被迫减少支出。这些国家有一个相对较短的时间窗口推动其经济多样化,以摆脱对石油的严重依赖,例如投资于生物技术的发展。

但需要明确的是:石油产业的消亡不会突然到来。石油成为全球经济的关键能源和原材料已经一个多世纪,它不会一夜之间消失,转变也不会一帆风顺。例如:低成本石油生产国(如伊朗和沙特阿拉伯)的政府收入将比高成本石油生产国(如巴西和加拿大)的政府收入持续更长时间。

但结局即将到来,它将通过许多不同技术和经济趋势的相互作用而实现。

生物制造的力量和灵活性创造了石油产业无法比拟的能力。但石油产业的消退,不是因为对能源和相关材料的需求突然消失,或者是可再生能源和生物制造突然满足了这种需求,而将是资金投入的逐步减少。

由于面临在技术和经济上领先的替代品的竞争,这最终将引起人们对石油产业收入的担忧。这种担忧将降低投资热情,因为下一桶石油的产出物将开始被电动化和生物学所取代。彭博社和格里高·麦克唐纳(Gregor Macdonald)认为,这已经在中国和美国的加州发生。

因此,对于石油产业来说,危险的第一个迹象是预期的增长不会实现。没有增长就会导致需求低迷,并进一步导致石油公司的股票价格下跌。最终,石油产业将失败,因为它不再为投资者赚钱。

这种趋势的初步迹象已经很明显。在《洛杉矶时报》的一篇文章中,加州大学首席投资官兼财务长Jagdeep Singh Bachher和校董会投资委员会主席Richard Sherman写道:“加州大学的投资正在摆脱化石燃料。”

这一决定的依据并不是有关拯救地球或减少碳排放的任何说辞。简而言之,放弃这些资产的原因是化石燃料不再是一项好的长期投资,而其他选择将提供更好的回报:“我们认为,坚持使用化石燃料资产是一种财务风险(并且)与旧的化石燃料相比,新能源的投资机会更具吸引力。”

关于这种变革,另一个值得关注的案例是全球最大,也是最赚钱石油公司沙特阿美的IPO。该公司强调:需要使沙特的经济从石油转向多样化的,有着光明前景的行业,包括生物技术,以减轻风险。这就迫切需要数百亿美元的资金来资助大型项目和发展新产业。

综上所述,Rob Carlson的文章非常详细地分析了石油产业在新技术、新产业冲击之下的未来走向,也揭示了可再生能源和生物技术在未来的蓬勃前景。

在目前,虽然很多人认为人工智能技术将颠覆所有的传统行业,但从另一个角度来看,作为一个推动全球经济发展的基础产业,石油产业的消退和新产业的崛起才堪称100年来最大的产业变局。(参考信息:Bioeconomy Capital,UNEP,Arzeda,Zymergen,Synthace)