在日常生活中,我們跟氣體接觸最普遍的場景之一就是燒煮水了,看到液體水煮沸成白煙(小水滴),最後成為看不見的水蒸氣,甚至是水凝結成冰,這種汽化與液化的物理現象幾乎是我們對這個看不見且摸不著的“氣體”最大的認識了。
然而科學家不可能就此善罷甘休的。在19世紀,英國物理學家法拉第成功液化了氯氣,1898年英國物理學家杜瓦液化了氧氣與氫氣,各式各樣的氣體不斷地透過達到超低溫被液化出來,讓人對於氣體的不同型態有了新的認識,同時也開展出許多應用的可能。
Carl von Linde (1842-1934)是德國的科學家,他在氣體的研究在19世紀同樣貢獻卓越,是研究冷卻技術以及氣體分離的先驅,也是奠定在氣體液化與分離上的指標性人物之一。
他在1879年在德國創立了Linde,讓液化氣體的商業應用更進一步。超過百年的發展,Linde現為全球最大的工業氣體公司,在德國DAX30上總市值排名第二(約1118億歐元,2021年1月)。德國的Linde AG在2018年十月底完成與美國最大工業氣體公司Praxair的合併案,在愛爾蘭都柏林成立了一家新的公司實體Linde plc.,更加鞏固Linde在工業氣體的領先地位。
這個Praxair的前身是Linde Air Products Company,也是由Carl von Linde在1907年時在美國所創,無奈在第一次世界大戰時被美國收歸國有,輾轉成為了Praxair,因為合併案在一個世紀過後,又回到了Linde的懷抱。這樣的情節就好像因戰亂失散多年的孩子,最終改頭換面,揚眉吐氣地回到了父親的身邊,如果Carl von Linde有機會看到這個場景,一定感慨萬千。
商業模式
工業氣體產業的上游是空氣原料與氣體分離設備製造業,中游則是產氣的廠商,像德國Linde、法國Air Liquide、美國Air Products & Chemicals、德國Messer Group以及日本三菱化學等等,而下游則是不同產業的應用端。
Linde利用氣體分離技術來製造各種工業氣體像氧氣、氮氣、氬氣等,而其他像二氧化碳,氦氣、氫氣、電子用氣體以及乙炔等氣體則無法直接透過分離技術來生產,主要透過購買化學廠生產時的副產品,近一步加工出高純度的氣體。Linde同時也是氣體分離設備的製造商,協助客戶自行生產需要的氣體。
Linde生產上主要的成本來源是能源消耗。因為需要嚴格透過控制介質以及溫度來達成液化與分離的目標,所以在生產氣體的過程以及運輸需要耗費大量的電力與石化燃料。然而這些能源常常受到地區性與國際因素有所浮動,為了穩定成本的價格變化,Linde與國家當地電廠簽訂長期合約,也透過在客戶的廠房附近蓋供氣廠來降低運輸成本。
在工業氣體的運輸分配上,主要有以下幾個模式。
- Onsite:通常針對需要大量氧氣、氮氣與氫氣的廠商,Linde直接在客戶的工廠附近蓋低溫液化氣體廠(Cryogenic Plants),藉由管線來供應客戶氣體。這樣的供應合約一般來說是10-20年,提供了Linde穩定的收入來源。除此之外,供氣廠也常透過工業園區的地利之便,來做merchant的營銷模式。
- Merchant:主要是利用卡車來運送液化過的氣體到客戶的儲氣點,而儲氣設備是由Linde租賃提供。由於供氣廠就在客戶工廠附近,所以可以大幅降低運輸成本,對Linde來說,某些氣體不適合長途運輸,所以供氣廠等於像是一個生產與發貨的集散點,提供相當多的便利,而對於客戶來說,因為距離減短也能降低購買成本,一舉數得。
- Packaged gas:提供像二氧化碳、氫氣、氦氣與乙炔等氣體,透過高壓將氣體打入鋼瓶內儲存,利用零售的方式來販賣鋼瓶滿足較小量的氣體需求。在美國有相當多廠商是透過購買Linde的氣體,再自行包裝成packaged gas來販賣。
以下是2019年每個氣體運輸模式在營收上的佔比。
2019工業氣體運輸方式之營收占比, source: Linde
工業氣體的應用很廣泛,在各行各業都可以看到它的應用。像是焊接與切割的過程上需要乙炔以及相當多的混合氣體,在電子電路的製程上,各種的高純度氧化氣體也是半導體製程中不可或缺的,其他比較熟知的生活化應用是輪胎充氮氣、二氧化碳來做滅火器與乾冰、醫院提供較高純度的氧氣協助呼吸,以及使洋芋片包裝鼓鼓的惰性氣體等。所以就像我們需要呼吸一樣,在工業與生活應用的各個層面,其實也都仰賴著各種氣體來“維生”。
以下是2019各下游產業應用對於Linde營收的貢獻佔比。
工業氣體下游應用之營收占比, source: Linde
終極綠色能源:氫能
氫能被視為終極的綠色能源,不僅是因為它廣泛存在這個自然界裡,且以各種不同的形式存在(像我們最熟悉的水H2O),而其燃燒後的產物是水,在現今重視零碳排放的時代裡,無疑是最理想的清潔能源之一。