加快電解鋁行業碳達峰助力鋁產業綠色低碳發展

竇宏秀,王 震

(中國鋁業股份有限公司，北京 100082)

加快實現碳達峰、碳中和是我國能源安全和經濟轉型的內在需求,也是構建人類命運共同體的必然要求。2020年以來,我國多次就減排減碳提出目標任務:黨的十九屆五中全會提出到2035年基本實現社會主義現代化遠景目標中明確“碳排放達峰后穩中有降”;中央經濟工作會議再次部署做好碳達峰、碳中和工作,指出“我國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值,力爭2060年前實現碳中和”;政府工作報告提出“要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作,制定2030年前碳排放達峰行動方案”等。相較發達國家,我國實現“碳達峰、碳中和”的年限更短,碳排放下降的幅度將更大。

鋁行業是關系國民經濟發展和人民生活水平提升的基礎行業,其全生命周期包括鋁土礦開采、氧化鋁冶煉、鋁電解、鋁材加工、終端產品生產和再生鋁回收利用,加之上游能源的生產,屬于能源高度密集型行業,探索鋁行業減排降耗對實現我國碳達峰、碳中和目標尤為重要。

1 我國電解鋁二氧化碳排放情況

2020年,我國鋁產業鏈的碳排放量約5.6億噸,占國內二氧化碳排放量約6%,遠高于銅、鉛、鋅等其他有色金屬行業不超過0.5億噸的碳排放數量。其中,電解鋁生產過程中消耗的能源占整個生產過程總消耗的76%左右,碳排放量也是最多的。

1.1 我國電解鋁二氧化碳排放

電解鋁生產過程中的二氧化碳排放主要來自兩方面:一是電力消耗,這是電解鋁產生二氧化碳的主要來源;二是電解過程中陽極消耗和陽極效應排出的二氧化碳。國家統計局數據顯示,2020年,我國電解鋁產量3708萬噸,總耗電量5375億千瓦時,占國內發電量7.44%,其中火電占電解鋁用電總量的86%,水電等新能源占14%。采用火電生產的電解鋁二氧化碳排放量為3.7億噸,其他排放量0.55億噸,合計二氧化碳排放約4.25億噸,占國內二氧化碳總排放量的5%左右。因此,電解鋁環節的能耗控制和總量控制,成為降低鋁行業碳排放的關鍵環節。根據國際鋁協的數據,我國電解鋁能耗強度已是世界領先水平,但與國際同行相比,在能源結構、綠色循環發展方面,仍存在諸多差距。

1.2 我國電解鋁二氧化碳峰值判斷

在當前碳達峰碳中和的大背景下,為確保全國在2030年實現碳達峰,高耗能產業的碳達峰時間應該適當提前,以騰挪出更多的統籌時間。自2017年國家發改委、工信部等部門聯合開展清理整頓電解鋁行業違法違規項目專項行動以來,電解鋁產能無序擴張狀況得到有效遏制,不超過4500萬噸的電解鋁產能天花板已經形成,產能置換有序推進。根據我國電解鋁產能分布情況來看,初步預計,2024年產量將達到峰值,按照4200萬噸產量,70%火電占比,30%可再生能源占比計算,二氧化碳排放量為4.2億噸,預計占國內二氧化碳排放量的5%左右。(說明:關于4.2億噸的碳排放算法:使用火電,噸鋁二氧化碳排放11.2噸,水電幾乎為0，噸鋁其他二氧化碳排放2左右4200×70%×11.2+4200×2噸=4.2億噸

2 電解鋁實現碳達峰碳中和面臨的主要問題

作為世界最大的原鋁生產國和消費國,在積極推進鋁行業綠色低碳循環發展的同時,仍面臨著能源結構單一、能耗偏高、再生鋁產業滯后、技術突破難度大等諸多難題。

2.1 能源結構單一

電解鋁行業的用電結構偏重于化石能源,生產過程中消耗電力產生的排放占到總排放量的87%,其中,電力環節主要分為火電生產與水電生產,使用火電生產1噸電解鋁所排放的二氧化碳量約為11.2噸,而使用水電生產1噸電解鋁幾乎零排放。2020年全球電解鋁生產過程中,平均火電占比64%,水電占25%,而我國火電占比高達86%,水電僅為10%,明顯低于全球水電的平均水平,在電解鋁冶煉環節,全球平均噸鋁電力消耗的碳排放僅9.3噸,而我國高出平均水平20%,能源結構單一成為高排放的主要因素。

2.2 再生鋁占比低

鋁有較強的抗腐蝕性,除某些特定的鋁制化工容器裝置外,使用期間幾乎不被腐蝕,在常規使用的工業材料中,鋁的回收價值最高,可以多次重復循環利用,具有很強經濟性。生產1噸再生鋁的二氧化碳排放量為0.23噸,是電解鋁碳排放的2.1%,相當于節約3.4噸標準煤,節水14立方米,減少固體廢物20噸。據國際鋁業協會數據顯示,2019年全球再生鋁產量占總產量的32%,發達國家再生鋁產量普遍超過原鋁產量,其中美國再生鋁產量占總產量高達83%,而我國再生鋁產量690萬噸,占總產量的19%,與國際水平差距較大,再生鋁工業起步較晚,廢鋁回收和再生率較低,導致再生鋁產量有限。

2.3 消費量持續增長

近10年來,我國電解鋁產量年均增長率達8.5%以上,遠高于全球年增長率4.7%的水平。在全球綠色低碳循環發展的大背景下,“十四五”期間,綠色建筑、汽車輕量化、光伏、航空航天、鋁制家具、包裝等各領域的消費量將會迎來快速發展階段,未來鋁消費量仍將呈現逐步上升趨勢。據有關機構預測,我國2035年對電解鋁的需求將會達到峰值,而我國電解鋁產量的峰值會在2030年以前到達,產量達峰與需求量達峰之間存在的缺口,對我國電解鋁行業提出了挑戰。

2.4 顛覆性技術缺失

當前,美鋁和力拓合資成立的Elysis開發出了無碳鋁生產技術,該項技術會釋放純氧作為副產品,并通過使用惰性的專有材料代替傳統鋁冶煉中使用的碳陽極來消除溫室氣體排放,但預計2024年才在全球范圍內向鋁冶煉企業銷售該技術,且成本尚不確定。雖然我國電解鋁在槽容量方面居世界領先,但在高效低耗技術方面與國際領先水平仍有一定差距,突出體現在高電流密度、高電流效率、低電耗方面。在目前生產冶煉工藝水平下,通過創新突破來進行降碳減排的顛覆性技術缺失。

此外,據海關總署統計數據顯示,2020年全年,我國未鍛軋鋁及鋁材累計出口量將近486萬噸,累計進口量270萬噸,累計凈出口仍為200萬噸以上;同時,我國每年出口產品中包含的鋁占消費量比重約20%以上,相當于為全球,特別是發達國家間接的高能耗與碳排放進行買單。

3 綜合施策,加快實現電解鋁產業碳達峰

深刻認識全球鋁產業發展趨勢,探索創新前沿科技模式,主動引領鋁工業向綠色低碳轉型,構建可持續發展新格局,打造高質量發展新模式,對我國兌現碳達峰、碳中和承諾意義重大。

3.1 強化綠色發展理念,加快推進產能產量達峰

堅決貫徹落實國家、地方、行業關于實現“碳達峰、碳中和”的各項政策,嚴格執行電解鋁產能指標置換政策,嚴控新增產能,堅定守住4500萬噸的產能天花板。強化行業自律,規范行業發展秩序,開展二氧化碳排放達峰行動,提升行業自主貢獻力度,“十四五”期間,力爭我國電解鋁實現產能、產量雙達峰,助推鋁工業提前實現碳達峰。

3.2 持續優化能源結構,加大清潔能源消納力度

順應能源結構變化需求,優化產業布局,在綜合考慮清潔能源富集地區生態承載力的前提下,鼓勵電解鋁企業主動調整用能結構,積極消納綠色可再生能源,充分利用我國水電、風電、光伏、核電資源,推動以煤電為主的電解鋁產能向具有清潔能源優勢的區域轉移,由自備電向網點轉化,從源頭減少二氧化碳排放量,全面提升清潔能源冶煉的使用比例。

3.3 加大自主創新力度,開發高效低耗減排技術

堅持科技引領,創新驅動,順應綠色低碳發展方向,開發利用低碳特別是深度脫碳、零碳、惰性陽極、高效用電、可再生能源發電等高效低耗的前沿科技。提高智能化管理水平,全流程減少能源消耗環節的間接排放。持續優化工藝過程控制,進一步降低能耗、物耗,綜合降低行業碳排放強度。針對鋁電解過程中不可避免的二氧化碳排放,積極跟蹤先進的碳捕集、利用與封存技術,研發適用于鋁電解二氧化碳捕集的陽極結構及煙氣回收治理技術,實現資源化利用,為碳中和做出貢獻。

3.4 提高再生鋁占比水平,助推鋁產業綠色循環發展

探索建立規范的廢鋁回收體系,明確鋁廢處理環節的規模、能耗、排放標準等指標。鼓勵引導大型鋁企業進入廢鋁回收處理領域,逐步限制、取消零散式的廢鋁回收方式。建立集約化廢舊金屬回收、分類、提純、清理園區,提高廢鋁回收效率和再生鋁質量。鼓勵鋁加工企業與再生鋁企業聯合發展,形成穩定的供需合作模式,加快推動再生鋁替代原鋁生產比例,全面提升鋁產業鏈綠色循環發展水平。

3.5 深度拓展應用領域,助力實現綠色低碳社會

充分發揮金屬鋁多種優良的結構和功能特性,通過技術創新,延伸產業鏈,鼓勵鋁企業探索從源頭材料供應商向終端整體解決方案提供商的轉變,引導形成“以鋁代鋼”“以鋁節木”“以鋁節銅”的社會共識。特別是在交通輕量化方面,鋁材具有天然的優勢,在保證車輛強度和安全性能的前提下,能夠最大化的降低整車重量,提高動力性和續航里程,減少燃料消耗,降低碳排放,據歐洲鋁業協會報告,車輛每減重1噸,每百公里可節約燃油6升,減少8-9千克二氧化碳排放。因此,應廣泛拓展鋁的應用領域,助力深度減碳、降碳,實現低碳社會。

3.6 全面推進國際合作,構建國內外雙循環發展格局

打破我國電解鋁國際產能合作的空白狀態,積極響應“一帶一路”倡議,客觀分析我國清潔可再生能源資源稟賦有限和未來電解鋁需求可能存在少量短缺之間的矛盾,主動對接產業鏈上下游企業,發揮各自優勢,抱團出海,在境外政治經濟風險較小、資源能源豐富、物流便利的地區發展鋁工業,帶動國內裝備、技術出口,加快我國全球鋁工業強國建設步伐。

此外,探索通過關稅政策調整,減少高品質廢鋁、未鍛軋鋁、再生鋁和部分鋁中間產品的出口,同時探索建立全球化的廢鋁回收、加工、運輸體系,以此彌補我國可能出現的供需缺口,推動我國綠色低碳發展進程。