碳構成的煤、石油、天然氣是化學工業的原料，同時又是目前人類最重要的能源來源。 目前全球煤炭年消費量約 80 億噸，其中化工行業使用僅占 6%。全球石油年消費量約 42 億噸，其中化工行業使用僅占 12%。 全球天然氣年消費量約 3.4 萬億方，其中化工行業使用僅占 4%。

全球煤、石油、天然氣主要用途

　　2014 年全球日均消費石油 9200 萬桶，合年 42 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率 0.8%。 2014 年全球消費天然氣 3.4 萬億立方，合石油 31 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率 2.3%。2014 年全球消費煤炭 80 億噸，合石油 39 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率 2.9%。2014 年全球消費核能合石油 5.7 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率負 0.8%。2014 年全球消費水電合石油 8.8 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率 3.3%。2014 年全球消費可再生能源合石油 3.2 億噸，2004 年至 2014 年十年中，年復合增長率 15.4%。

全球能源需求（百萬噸）

　　2014 年的全球能源消費中，石油占 33%，天然氣占 24%，煤炭占 30%，核能占 4.4%，水電占 6.8%，其他可再生能源占 2.5%。 全球能源的基石仍是煤、石油和天然氣，三者合計占了全球能源消費的 87%。然而基石也并非是江山永固的，尤其是全球最重要的能源命脈——石油近十年消費的年復合增長只有 0.8%。
傳統的煤、石油、天然氣供給在此不贅言，近年來對能源和化工原料供給格局最大的顛覆就是美國頁巖油氣的革命，特別是 美國頁巖氣的開發，對化工影響尤甚。 在頁巖氣出現之前，2000 年到 2006 年美國天然氣總產量在 24 萬億立方英尺上下小幅波動，總體平穩。從 2007 年頁巖氣開 始產出后，產量快速增長，到 2013 年已經年產 12 萬億立方英尺，占美國當年天然氣總產量的 40%。

美國天然氣產量（十億立方英尺）

　　美國頁巖氣產量自 2007 年呈現高增長后，到 2015 年國際油價大幅下跌，部分高成本產能難以為繼，產量有所降低，但至目 前總體下降幅度不大，比歷史最高峰時下降了 2.4%。

美國頁巖氣各區塊每月日均產量（十億立方英尺/天）

　　天然氣的主要成分是甲烷，甲烷含量在 95%以上的稱為“干氣”，甲烷含量 95%以下，富含 C2、C3、C4 等成分的稱為“濕 氣”。美國的頁巖氣中濕氣比重高。氣井產出分離后，得到 85%~95%的甲烷，5%~15%的天然氣凝析液（NGL）。 NGL 主要 成分是 C2、C3、C4 等。

　　NGL 經分離，大約可得到 41%乙烷、28%丙烷、17%丁烷和 14%的汽油。除用作燃燒能源外，乙 烷可以脫氫制乙烯，丙烷可以脫氫制丙烯，而乙烯和丙烯是重要化工原料，可以向下游做多種延伸。

美國天然氣凝析液下游產業鏈

　　從上世紀 90 年代到 2006 年，美國傳統天然氣生產的 NGL 產量在每年 600 萬桶上下波動。2007 年開始，由于頁巖氣產量的 不斷增加，NGL 產量也持續快速上升，到 2014 年產量已經超過 1100 萬桶。

美國 NGL 產量（百萬桶）

　　美國 NGL 價格隨著全球油氣價格下跌而持續下行，而其產量又在高速增加，所以價格下跌幅度超過原油。美國 NGL 與 WT 原油現貨價格的比值由 1 下降到 0.6。

美國 NGL 價格（美元/百萬英熱）

美國 NGL 與 WTI 原油現貨價格比值（同等英熱）

　　美國頁巖革命副產的 NGL 快速增長，供應了大量價格低廉的乙烷和丙烷，這已經給美國的化工行業帶來深遠影響。并且美國 正在增加乙烷和丙烷的輸出，將這個影響擴展到全球化工行業。2007 年頁巖氣產量快速增長后，美國的丙烷、丙烯出口量也 隨之高速增長，從 2007 年的 1500 萬桶增長到了 2015 年的 2.2 億桶。同時，美國 NGL 副產的乙烷在國內也已經開始過剩， 準備瞄準國際市場，2014 年出口 1400 萬桶，2015 年出口了 2400 萬桶。各國的貿易商正在摩拳擦掌，訂造新的乙烷運輸船， 未來美國的乙烷出口也將迎來快速增長。

美國丙烷丙烯、乙烷乙烯的出口（百萬桶）

　　綠色植物從空氣中獲得二氧化碳，經過光合作用轉化為葡萄糖，再綜合成為植物體的碳化合物，經過食物鏈的傳遞，成為動 物體的碳化合物。植物和動物的呼吸作用把攝入體內的一部分碳轉化為二氧化碳釋放入大氣，另一部分則構成生物的機體或 在機體內貯存。動、植物死后，殘體中的碳通過微生物的分解作用也成為二氧化碳而最終排入大氣。 一部分（約千分之一）動、植物殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋而成為有機沉積物。這些沉積物經過悠長的年代，在熱 能和壓力作用下轉變成礦物燃料──煤、石油和天然氣等。當它們在風化過程中或作為燃料燃燒時，其中的碳氧化成為二氧 化碳排入大氣。人類消耗的大量礦物的燃料對碳循環有著重大影響。
大氣圈中約儲碳 7550 億噸，海洋中儲碳 38 萬億噸，地球上植物的光合作用每年吸收碳 1100 億噸，但也會由植物和土壤的 呼吸作用將等量的碳的還回大氣圈。人類每年燃燒化石能源向大氣中排放碳 60 億噸，雖然相對于大氣、海洋中的碳總量微乎 其微。但是自然界的碳循環原本處于平衡狀態，人類額外排放的碳雖然每年總量不多，卻會在大氣圈中累積。

全球碳循環（十億噸/年）

　　人類活動造成的額外碳排放主要包括化石燃料燃燒和毀林造田。化石燃料燃燒每年排碳從 1960 年的 25 億噸增長到 2014 年 的 98 億噸，增長從未停止。而毀林造田造成的碳排放在減小，從 1960 年的 15 億噸減少到 2014 年的 11 億噸。人類排放的這些碳由于碳循環的作用，沉積在大氣圈、陸地和海洋中。相比于 1960 年，陸地和海洋每年沉積的碳在持續增長，但增速較低。每年留存于大氣圈中的碳不斷增加，1960 年大氣沉積了 20 億噸碳，2014 年增加至 39 億噸。

人類碳排放與大氣、海洋、陸地吸收（十億噸/年）

　　十八世紀后半期工業革命爆發之后，人類造成的碳排放急速增加，到今天已經每年排碳近 100 億噸。自然界碳循環中額外的 這部分排放，一部分被陸地和海洋吸收，另一部分在大氣圈中逐漸累積增多。大氣中的 CO2 濃度已經由工業革命前的不到 300 PPM 上升到今天的 400 PPM。大氣中 CO2 濃度的升高，引發全球對溫室效應的擔憂。

人類碳排放（百萬噸/年）和大氣 CO2 濃度（PPM）

　　人類的工業革命至今不到兩百年，但在地球的地質年代中只是滄海一粟，在更長的歷史長河中，地 球也多次經歷了氣溫上升。今天我們觀察到的碳排放增加、大氣 CO2 濃度提高與全球升溫是否有必然的因果關系，還是只是 同時發生的不相關事件，尚有爭論。但是目前，全球已經一致認可降低 CO2 排放的努力方向，并將通過經濟手段限制 CO2 排放。碳稅的加入，無疑將影響化工行業中不同原材料技術路線的成本競爭力。