近期，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)資委委托相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)、研究院所圍繞碳達(dá)峰、碳中和約束下電力、建材、有色等重點(diǎn)行業(yè)的發(fā)展路徑開(kāi)展研究。鋁工業(yè)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)與提高人民生活水平的基礎(chǔ)工業(yè)，也是有色行業(yè)最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各環(huán)節(jié)，包括鋁土礦開(kāi)采、氧化鋁冶煉、原生鋁電解、鋁材、最終產(chǎn)品生產(chǎn)和再生鋁回收利用，以及上游能源的生產(chǎn)過(guò)程，均會(huì)排放CO2。因此，探索鋁工業(yè)碳減排路徑對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。
鋁行業(yè)排放現(xiàn)狀
2018 年，全球鋁產(chǎn)量為9500萬(wàn)t，其中，原鋁產(chǎn)量6400萬(wàn)t，再生鋁產(chǎn)量3100萬(wàn)t。全球鋁行業(yè)CO2排放量11.3億t當(dāng)量。同期，我國(guó)鋁產(chǎn)量為4275萬(wàn)t，其中，原鋁產(chǎn)量3580萬(wàn)t，再生鋁產(chǎn)量695萬(wàn)t，我國(guó)鋁行業(yè)CO2排放量5.2億t當(dāng)量。
圖1 2018年全球與中國(guó)鋁行業(yè)CO2排放量
鋁行業(yè)包括原鋁生產(chǎn)(鋁采礦開(kāi)采、氧化鋁生產(chǎn)、陽(yáng)極生產(chǎn)、電解鋁生產(chǎn))、再生鋁及鋁加工及產(chǎn)品制造等產(chǎn)業(yè)鏈，其中原鋁生產(chǎn)CO2排放量約占鋁行業(yè)CO2排放量的94.85%，見(jiàn)圖2。
圖2 鋁行業(yè)中各產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放占比
原鋁生產(chǎn)中，能源消耗排放的CO2占比較大，達(dá)到77.5%(其中，電能消耗排放的CO2量約占64.3%，熱能消耗排放的CO2量占比13.1%)。
圖3 原鋁生產(chǎn)中各排放源占比圖
我國(guó)鋁行業(yè)碳排放特點(diǎn)
我國(guó)電解鋁生產(chǎn)中煤電占比大
與歐美電解鋁企業(yè)相比，我國(guó)電解鋁行業(yè)在電解環(huán)節(jié)上的排碳量較高，主要原因是國(guó)內(nèi)原鋁電力能源嚴(yán)重依賴火電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年底，我國(guó)電解鋁運(yùn)行產(chǎn)能消耗的自備電占比65.2%，網(wǎng)電占比34.8%。其中，自備電全部為火電，網(wǎng)電按照各區(qū)域電網(wǎng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。經(jīng)測(cè)算，在電解鋁的能源結(jié)構(gòu)中，火電占比88.1%，非化石能源占比11.9%。
表1 2020年國(guó)外主流鋁企業(yè)能源結(jié)構(gòu)對(duì)比
電解鋁、氧化鋁能耗指標(biāo)大幅下降的空間有限
目前，原鋁生產(chǎn)最典型的生產(chǎn)工藝仍為冰晶石-氧化鋁融鹽電解法(霍爾-埃魯特熔鹽電解法)。經(jīng)過(guò)100多年來(lái)的持續(xù)工藝優(yōu)化，氧化鋁、電解鋁生產(chǎn)工藝指標(biāo)潛力挖掘已接近極限，在沒(méi)有發(fā)生顛覆性生產(chǎn)工藝改變的條件下，鋁冶煉各項(xiàng)指標(biāo)下降空間有限。
關(guān)鍵降碳技術(shù)仍存在瓶頸
鋁冶煉生產(chǎn)中，低溫余熱回收、無(wú)廢冶金、惰性陽(yáng)極、高效超低能耗鋁電解、二氧化碳捕集利用等零碳、負(fù)碳核心技術(shù)的儲(chǔ)備不足。
再生鋁占比較低
測(cè)算表明，再生鋁二氧化碳排放量?jī)H為原鋁二氧化碳排放量的4%左右。2020年，全球鋁產(chǎn)量為9910萬(wàn)t，其中再生鋁產(chǎn)量3380萬(wàn)t，占全球鋁產(chǎn)量的34.1%。同年，我國(guó)鋁產(chǎn)量為4448萬(wàn)t，其中再生鋁產(chǎn)量740萬(wàn)t，占國(guó)內(nèi)鋁產(chǎn)量的16.6%。我國(guó)再生鋁產(chǎn)量與國(guó)際平均水平存在較大差距。
鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和路徑
結(jié)合我國(guó)鋁行業(yè)碳排放特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和路徑主要包括提高能源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、零碳(負(fù)碳)技術(shù)開(kāi)發(fā)等。
節(jié)能提效，降低碳排放強(qiáng)度
2005年，《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》首次把節(jié)約資源上升為我國(guó)的“基本國(guó)策”。自2006年至今的3個(gè)“五年規(guī)劃”中，降低單位GDP能耗的節(jié)能指標(biāo)始終被列為“五年規(guī)劃”的重要約束性指標(biāo)之一。2006—2019年，我國(guó)單位GDP能耗下降了42.5%，單位GDP二氧化碳排放量下降了47.9%，電解鋁交流電耗從14575 kWh/t降到13555 kWh/t，下降了約7.0%。
多方測(cè)算表明，節(jié)能和提高能源利用效率對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年前碳排放達(dá)峰目標(biāo)的貢獻(xiàn)在70%以上，可再生能源和核電的貢獻(xiàn)接近30%。二氧化碳捕獲和封存技術(shù)對(duì)我國(guó)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)很難做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
因此，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，應(yīng)加大節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的推廣應(yīng)用，創(chuàng)新合同能源管理等第三方節(jié)能服務(wù)模式，推進(jìn)節(jié)能技術(shù)、節(jié)能設(shè)備、能源梯級(jí)利用和余熱利用，使提高能源利用效率的項(xiàng)目落地;加強(qiáng)全流程、全鏈條、全要素對(duì)標(biāo)管理，進(jìn)行節(jié)能診斷，發(fā)現(xiàn)差距，開(kāi)展精益管理，以持續(xù)改進(jìn)為載體，挖掘節(jié)能降耗潛力，優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
優(yōu)化鋁產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高再生鋁產(chǎn)量
鞏固化解電解鋁過(guò)剩產(chǎn)能，嚴(yán)控電解鋁4500萬(wàn)t天花板產(chǎn)能;加大“城市礦山”開(kāi)發(fā)力度，大力發(fā)展短流程冶煉工藝，大幅度提高再生鋁生產(chǎn)能力，提高再生鋁比例;選擇沿海和水電豐富的綠色能源地區(qū)進(jìn)行鋁產(chǎn)業(yè)布局，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，打造鋁集群化產(chǎn)業(yè)基地，降低物流運(yùn)輸和金屬重熔過(guò)程中的碳排放。
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋁產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，收縮電解鋁火電產(chǎn)能，增加清潔能源使用比例，是實(shí)現(xiàn)鋁行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和最直接和最有效的途徑。主要措施包括：
1)淘汰燃煤自備電廠，或者通過(guò)自備機(jī)組發(fā)電權(quán)置換，利用清潔能源置換火電;
2)對(duì)自備電廠進(jìn)行清潔化改造，用低碳或零碳能源替換燃煤;
3)利用企業(yè)廠房及周邊環(huán)境，建設(shè)風(fēng)、光電站，配合儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)清潔能源直供;
4)依托水電、核電資源，置換電解鋁產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)清潔能源直接利用;
5)推行低碳運(yùn)輸，逐步引進(jìn)電動(dòng)、氫能運(yùn)輸車輛。
推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)顛覆性降碳技術(shù)突破
整合國(guó)內(nèi)科研院所，組建中國(guó)有色金屬行業(yè)低碳綠色發(fā)展創(chuàng)新平臺(tái)，圍繞節(jié)能降碳、清潔生產(chǎn)、清潔能源等領(lǐng)域布局前瞻性、戰(zhàn)略性、顛覆性項(xiàng)目，實(shí)施綠色技術(shù)攻關(guān)行動(dòng)，力爭(zhēng)在鋁行業(yè)中實(shí)現(xiàn)無(wú)廢冶金、高效超低能耗鋁電解槽、惰性陽(yáng)極以及二氧化碳捕集、利用和封存技術(shù)等方面取得突破，為綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐。
鋁行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)
2019年10月，國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)理事會(huì)第96次會(huì)議決定成立了溫室氣體減排途徑工作組，負(fù)責(zé)國(guó)際鋁行業(yè)溫室氣體碳減排途徑工作，并初步擬定了鋁行業(yè)溫室氣體排放覆蓋范圍及2050年溫室氣體零凈排放目標(biāo)和途徑。
2021年3月，國(guó)際鋁業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了《2050年鋁業(yè)溫室氣體排放路徑》，提出全球鋁行業(yè)溫室氣體減排目標(biāo)：到2050年，在全球鋁產(chǎn)量17000萬(wàn)t(其中原鋁產(chǎn)量9000萬(wàn)t)條件下，全球鋁行業(yè)覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈(鋁土礦、氧化鋁及電解鋁生產(chǎn)、鋁加工制造，以及廢料回收、再生)的排放總量為 2.5 億t CO2當(dāng)量;其中，所有與原鋁生產(chǎn)相關(guān)的工藝流程(特別是冶煉過(guò)程)中耗電產(chǎn)生的排放量將近于零，直接排放為2億t CO2當(dāng)量，回收和制造過(guò)程中的燃料燃燒和電力消耗排放0.5億t CO2當(dāng)量。
參照國(guó)際鋁業(yè)溫室氣體減排目標(biāo)，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前鋁行業(yè)CO2排放現(xiàn)狀，以及中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出的有色行業(yè)力爭(zhēng)2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2040年減排40%目標(biāo)，預(yù)計(jì)我國(guó)鋁行業(yè)有望于2025年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值約為5.6億t CO2當(dāng)量。
