世界低碳綠色鋁及鋁產品概覽

丁 寧，郭廷宏，王祝堂

（1.西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 401326；2.上海同創普潤新材料有限公司，上海 201400；3.中國有色金屬加工工業協會，北京 100814）

0 前言

自2010 年以來，世界原鋁產量呈下降趨勢，而再生鋁產量則在上升。現在再生鋁產業顯得十分重要，已到了與原鋁產業平起平座的時代。據世界金屬統計局（WBMS）的資料，2020年全球再生鋁消費17 250 kt，占全球鋁消費總量的21.4%，2011年—2022 年再生鋁消費量的年復合增長率為2.7%。2010 年—2020 年世界主要國家與地區再生鋁產量見表1[1]。

表1 2010年—2020年世界主要國家與地區再生鋁產量/kt

2000 年以前，美國一直是全球最大的鋁生產國，但近些年來美國不斷降低國內原鋁產量，而提高再生鋁產量。2020 年美國再生鋁產量3 600 kt，為其原鋁產量的3倍多。

自20 世紀80 年代以來日本開始再生鋁生產，建成了完善的廢鋁回收、再生鋁生產、使用體系，并于2014 年全面停止原鋁生產，僅生產少量的高純鋁，目前日本再生鋁用量已占全部鋁消費的近90%。

歐洲從20 世紀20 年代開始對廢鋁有些應用，到90 年代再生鋁產量已有相當大的規模，目前歐洲再生鋁用量約占鋁消費量的60%。2011年—2020年再生鋁產量波動前行，由于受疫情影響，2020年的產量為2 605.9 kt，2021 年的產量為2 670 kt。2020年4月歐洲鋁業協會宣布啟動《再生鋁行動計劃》，力爭2050 年再生鋁產量占鋁供應量的50%，替代高碳排放強度的進口的原鋁錠。

預計2022 年—2027 年全球再生鋁產量將進一步擴大，2027年有望超過51 000 kt，年均復合增長率約為5%，發達國家較大部分或全部原鋁已被再生鋁取代。2021年3月1日國際鋁業協會對2050年實現鋁工業碳中和給出了三條建議：行業用電低碳化、減少直接排放、加強鋁循環利用。

1 低碳鋁及鋁產品

碳足跡是社會實體（企業、機構、產品、建筑物、地區、城鎮、國家等）和個人在所有活動直接/間接導致的溫室氣體排放總量。一般把碳足跡分為四類：國家的、企業和機構的、產品的和個人的。產品碳足跡（Product carbon footprint，PCF）是某種產品在生命周期各個階段的溫室氣體排放總和，即從原材料開采、產品生產和服務提供、銷售、使用、報廢回收等所有階段的各種溫室氣體排放的總和。例如2020 年易拉飲料罐的容積為330 mL，其生命周期內的碳足跡為80 g CO2，回收率按70%計算，其生產原材料的碳足跡最大占57%，制罐工序占35%。如果回收率從目前的70%提高到100%，可將鋁易拉罐的碳足跡降至60 g CO2/個。中國鋁易拉罐的回收率雖已達98%以上，但還沒有做到完全環保級再生利用，所以碳足跡尚達不到60 g CO2/個。

1.1 國內外低碳鋁進展

國外在發展低碳鋁領域取得了相當大的進展，根據媒體報道，截至2022年6月僅注冊有商標品牌的就有16 種（表2），它們的碳足跡大都＜4 t CO2e/t Al，有的甚至已接近零了。如伊利西斯公司（ELYSIS）2020年生產的無碳鋁將用于制造蘋果公司的iPhone SE 機型，該無碳鋁生產中不排放CO2，僅放出氧。蘋果公司也是Elysis 研究項目的早期投資者，還發行了47 億美元綠色債券，幫助新型低碳鋁制造和回收技術的開發。

表2 低碳綠色鋁錠的大致發展進程

伊利西斯公司（Elysis）2021 年6 月29 日在加拿大魁北克省的力拓阿爾馬鋁廠開建商業規模的450 kA惰性陽極鋁電解槽，標志著消除鋁冶煉過程所有直接溫室氣體的惰性陽極技術又向前邁出了一大步。

1.2 低碳鋁產品

低碳鋁產品是指用綠色低碳鋁、高廢鋁（＞70%）為原料生產的鑄件和加工材，在這方面起引領作用的是挪威的海德魯鋁業公司（Hydro）和印度的諾貝麗斯（Novelis）鋁業公司，采用75%的舊廢鋁生產的產品碳足跡僅為2.3 kg CO2e/kg Al。生產低碳鋁產品的典型企業及其項目見表3。

表3 生產低碳鋁產品的典型企業及其項目

2 再生鋁項目建設進入高潮期

隨著原鋁生產能力過剩問題的凸顯與綠色環保的碳理念高潮的到來，全世界掀起了再生鋁項目建設浪潮。據初步匯總，2021年至2022年9月再生鋁項目就有約60 個。而據相關專家的預測，2027 年全球再生鋁產量有望超過51 000 kt，2022年～2027年的年復合增長率約5%。一些再生鋁項目簡況見表4。

表4 再生鋁項目簡況

3 舊廢鋁的再生利用

3.1 海德魯鋁業生產出近零碳鋁

海德魯鋁業公司盧森堡克萊沃（Clervaux）回收廠2022 年5 月10 日生產出產業化的130 t Hydro CIRCAL 100R 近零碳鋁，碳足跡＜0.5 kg CO2e/kg Al。目前還在優化生產工藝。這首批近零碳鋁是用100%的舊廢鋁生產的，使用100%舊廢料的主要挑戰是如何滿足合金成分的要求，這是使用精準的工藝采用混合廢料達到的。而采用75%的舊廢料只能生產碳足跡2.3 kg CO2e/kg Al 的鋁，因此這是一大進步。海德魯的2025 年的戰略目標，是將舊廢鋁用量（PCS）翻一番。

3.2 美國首次采用低碳鋁CIRCAL

美國謝普公司（Shape Corp.）2022年10月首次使用海德魯鋁業公司的Hydro CIRCAL 鋁合金錠在美國市場生產汽車零部件，該鋁錠的舊廢鋁含量≥75%，其碳足跡2.3 kg CO2e/kg Al，比北美鋁平均排放量少排放70%[2]。CIRCAL 合金于2019 年注冊，它的舊廢鋁含量為什么這么高的原因：工程師對其生產工藝進行了精心設計；在德國多馬根（Dormagen）回收廠進行精心分類精選；在盧森堡克萊沃（Clervaux，luxembourg）鋁業公司采用高技術爐熔煉。CIRCAL 合金用于生產擠壓鋁材，2019年用其生產了10 kt 建筑鋁材，還接到來自世界40多個建筑公司的訂單合同。除用CIRCAL合金生產低碳綠色建筑鋁材外，海德魯鋁業公司還用可再生能源生產的商標名稱為REDUXA的低碳原鋁合金擠壓建筑鋁材，它的碳足跡只有4.0 kg CO2e/kg Al，而2019年全世界的平均原鋁碳足跡卻高達16.7 kg CO2e/kg Al。

上述兩種合金擠壓鋁材正在用于建設一些標志性有永久保存價值的“黑科技”建筑物，“黑科技”是指某方面新興的、領先的科學技術。目前正在挪威建的奧克姆大樓正面就是用這兩個合金擠壓材建造的（如圖1），歐洲一些著名建筑物正在用或將用這兩種合金擠壓材打造，如BREEAM，LEED、DGNB、ETC 等等），完成2030年、2050年歐洲有關低碳綠色法規、條款規定和法規要求。

圖1 用CIRCAL和REDUXA低碳合金擠壓材打造的?kem portal建筑群

3.3 普羅帕齊公司CO2NTINUUS 綠色圓錠

意大利普羅帕齊公司CO2NTINUUS低碳綠色圓錠是當前用原鋁直接連續鑄造圓錠能耗最低的、CO2排放最少的鋁錠。生產鋁錠能耗大，CO2排放多，還會產生不少廢渣和鋸屑，而采用普羅帕齊公司新近開發的連續鑄造生產線生產圓錠，不但可節約40%能耗與減少相應的溫室氣體排放，而且既不產生廢渣，也不產生鋸屑。因為該圓錠是用強有力的切斷機將長錠切成定尺錠坯，既快又無噪聲，更不浪費鋁。

3.4 力拓公司將向沃爾沃提供低碳金屬

力拓公司主要是一家礦業公司，沃爾沃是一家汽車公司，2018年已被中國公司收購，2022年9月13 日這兩家公司簽署了戰略合作伙伴關系諒解備忘錄，力拓公司將向沃爾沃公司提供鋰、低碳鋁、銅等，以確保力拓公司實現其運營和供應鏈的碳排放，同時幫助沃爾沃實現其凈零排放目標。力拓公司表示，此次合作旨在為沃爾沃公司的產品系列提供低碳原材料，包括電動汽車和自動駕駛汽車所需的材料。

3.5 科羅納啤酒罐采用ELYSISTM 低碳鋁

2022 年6 月29 日力拓公司表示，科羅納碑酒公司與波爾制罐公司合作推出的加拿大首款具有特殊標志的綠色低碳鋁是用力拓公司的低碳鋁ELYSISTM板材沖制的，限制發行120 萬罐并附有二維碼，消費者可通過二維碼追溯罐的低碳足跡，了解飲料罐鋁材的低碳足跡。目前，北美生產的鋁罐中約含70%的再生鋁，將再生鋁與力拓的ELYSISTM低碳鋁相結合，可減少碳排放30%以上。

3.6 Gr?nges Endure低碳鋁面世

格朗吉斯鋁業公司（Gr?nges）于2022 年6 月推出一種商標名稱為“Gr?nges Endure”的低碳鋁。其從搖籃到大門（從鋁土礦開采到產品交付全過程）的碳足跡最高為4.0 t CO2e/t Al。

3.7 美鋁EcoLum鋁錠碳足跡≤4 t CO2 e/t Al

美國鋁業公司的商標為Ecolum 的鋁碇是用水電提取的，其碳足跡≤4 t CO2e/t Al，從2022年5月開始向斯佩拉軋制公司（Speira）供應。斯佩拉公司在挪威和德國都有工廠，生產的板帶材服務于汽車、包裝、印刷、建筑工程等。Ecolum 也用于生產奧迪e-tron GT電動跑車車輪。

3.8 美鋁的EcoDura低碳鋁

美國鋁業公司2022 年4 月27 日表示，其挪威莫舍恩鋁業公司新上的感應熔煉爐已投產，每年可以減少廢鋁重熔所產生的約4 400 t CO2排放。莫舍恩鋁廠的鑄造鋁廠的生產能力為188 kt/a，所產錠塊合金的商標為EcoDura，這種低碳鋁合金的廢鋁含量≥50%。

3.9 寶馬集團2024年開始采用綠色車輪

寶馬集團每年采購約1 000 萬只鋁合金車輪，其中95%為壓鑄的。公司已與供應商簽訂了包括車輪和鋁材在內的100多份合同，要求供應商使用綠色能源。公司2022年4月8日表示，已決定從2024年開始為其BMW 和MINI 汽車使用以100%綠色能源生產的鑄造鋁車輪，以實現每年減少500 kt CO2排放量。

3.10 力拓低碳鋁-Renew Al?圓錠

力拓公司2021年6月向國際市場推出一種注冊商標為Renew Al?的低碳鋁產品-圓鑄錠，其碳足跡＜4 t CO2e/t Al，而2020 年全世界原鋁的平均碳足跡為12 t CO2e/t Al，這是全世界首款得到認證的低碳足跡的原鋁錠。RenewAl?是制造建筑、包裝和電子產品的理想材料。

3.11 蘋果新iPad 外殼將100%使用再生鋁

蘋果公司2021 年9 月14 日表示，所有新iPad產品都將使用100%再生鋁制造外殼。標志著該公司的一個重要新里程碑，該公司希望2030 年其所有業務都實現零氣候影響。該公司在一份聲明中表示，今天蘋果對全球企業運營實現了碳中和，并計劃到2030 年在整個業務中實現零氣候影響，包括制造鏈和所有產品生命周期。這意味著蘋果售出的每一件產品，從零部件制造、組裝、運輸、客戶使用、充電，一直到回收和材料再生，都將實現100%的碳中和。

4 可再生能源電及降碳新技術

鋁電解需要大量電，因此降低鋁的碳足跡的關鍵在于降低鋁的耗電量與采用可再生能源電，而目前降低鋁的電耗幾乎沒有“大油水”，所以采用可再生能源電是最可取的。當然采用惰性陽極提鋁是最終的目標?？稍偕茉从兴?、風電、太陽能電、核電等。挪威海德魯鋁業公司在利用可再生能源電提取鋁方面居世界首位。

4.1 海德魯鋁業公司瑞士擠壓企業2025 年將全部使用可再生能源

海德魯鋁業公司擠壓事業部2022 年9 月27 日表示，在瑞典的3個鋁材擠壓廠將全部改用可再生能源即水電、太陽能、風能與氫能等，同時大力提高能源使用效率與儲能技術。這3 個鋁擠壓廠是：芬斯龐（Finspang）、西內（Sjunnen）和維特蘭達（Vetlanda）廠，將使它們擠壓產品的碳足跡降到零。這三廠的計劃分兩步實施，第一步安裝大陽能電池板和電池存儲系統，以補充當地現有水電之不足，計劃2023 年完工。自2021 年初以來，海德魯就已表示在全球對可持續發展相關項目總投資9.4億美元，投向鋁擠壓部門和上游產品生產。

4.2 海德魯巴西阿盧諾特氧化鋁廠將用太陽能電

海德魯鋁業公司（Norsk Hydro）2022 年7 月8日表示，其在巴西的阿盧諾特（Alunorte）氧化鋁廠將采用門都必姆（Mendubim）太陽能公司的太陽能電。門都必姆公司太陽能發電能力541 MW。

4.3 海德魯新槽電耗12 270 kW·h/t AI

海德魯鋁業公司在卡莫伊（Karm?y）鋁廠實驗HAL4e 型電解于2021 年3 月結束了為期兩年的工業級實驗，平均電耗降至12.27 kW·h/kg Al，比世界平均水平低15%，直接CO2排放量低至1.45 kg/kg Al。2018年，海德魯開始在Karm?y實驗廠開展為期兩年的工業級實驗，以測試最新的HAL4e 型和HAL4e UItra 型電解槽。海德魯期望通過實驗將HAL4e 型電解槽的平均電耗降至12.3 kW·h/kg Al以下，并將電解槽的直接CO2排放量降到1.67 kg/kg Al 以下，而HAL4e UItra 型電解槽則有潛力進一步降至11.8 kW·h/kg Al。

4.4 海德魯公司采用弗多克斯公司碳捕獲設施

海德魯鋁業公司投資2 000 萬美元，在美國試用弗多克斯公司（Verdox）全電動除碳技術。下一階段的合作包括在海德魯的鋁冶煉廠對這套裝備進行測試和試點。

4.5 世紀鋁業探索鋁廠碳捕獲技術

世紀鋁業公司（Century Aluminum）于2022 年2 月與大洋喬洛普公司（Ocean Geoloop）簽了一項意向書，以探索在其位于冰島的格魯達爾坦吉鋁廠（Grundartangi）使用碳捕獲技術，并建一條低碳圓錠鑄造線。該廠原鋁生產能力320 kt/a，上市Natur-AlTM低碳鋁錠和鑄造產品。大洋喬洛普公司是開發、試驗和生產碳捕獲、貯存和利用設備的公司。低碳圓鋁錠產能150 kt/a。

4.6 沙特馬登鋁業在建全球max太陽能蒸汽廠

據國外媒體報道，沙特阿拉伯礦業公司和太陽能工業蒸汽領域最大企業格拉斯波因特（Glass Point）2022年6月簽署了一份諒解備忘錄，將在馬登鋁業公司氧化鋁廠內建一個全世界最大的太陽能供熱廠，可提供1 500 MW 的太陽能工業蒸汽，可幫助馬登鋁業公司減少600 kt/a 的碳排放，意味著馬登氧化鋁的碳足跡降低50%以上，占馬登鋁業公司總碳足跡的4%。

4.7 力拓公司在澳大利亞建可再生能源項目

力拓公司2022年6月8日呼吁在澳大利亞昆士蘭大規模開發風能和太陽能發電，2030 年前為其鋁產業提供電力。力拓公司在昆士蘭州有鋁業公司：波因（Boyne）鋁廠、雅武（Yarwun）氧化鋁廠、昆士蘭氧化鋁廠。它們需要的總電力1 140 MW，這相當于至少4 000 MW 的風能或太陽能發電。

4.8 EGA聯手GE減少溫室氣體排放

2021 年11 月，環球鋁業公司（EGA）和美國通用電氣公司（GE）簽署了一份減少其在阿拉伯聯合酋長國工廠溫室氣體排放的合同。它們將通過開發氫燃料以及碳捕獲、利用和儲存解決方案，減少天然氣渦輪機的排放。EGA 集團在杰貝利鋁廠（Jebel Ali）和塔威拉氧化鋁廠（Taweelah）有33臺通用電氣的天然氣渦輪機，總發電能力5 200 MW。

4.9 美鋁正在研發ASTRAE廢鋁分揀和凈化技術

美鋁2021 年12 月1 日表示，正在研發ASTRAEA 鋁廢料凈化工藝。未來十年市場對原鋁的需求將繼續增長，鑒于鋁的高度可回收性，對再生鋁的需求將以更快與更大的速度發展。ASTRAEA是一種先進的舊廢鋁分揀與凈化工藝，是一項正在研發的技術?！芭f”通常代表低等級的材料，雜質含量最高，只能用于某些方面，如果ASTRAEA 技術早日開發成功，將可以拓展舊廢鋁的價值和應用范圍。

4.10 國際鋁協發布2050全球鋁工業降碳目標

2021 年11 月國際鋁業協會（IAI）在蘇格蘭格拉斯通第26 屆聯合國氣候變化大會召開前發布了一份報告，指出2050年全球鋁工業CO2排放總量應比2018 年的減少77%。報告顯示，鋁冶煉應減少近90%的碳排放量。以合金廢車輪為原料熔煉鑄造的碳足跡很低，無包裝時為0.112 kg CO2e/kg Al，有包裝時為0.136 kg CO2e/kg Al。

4.11 力拓與卡布菲克斯合作捕獲和儲存碳[2]

2021 年10 月26 日力拓公司表示，已與碳捕獲和儲存公司卡布菲克斯（Carbfix）合作，在整個北歐捕獲碳，并從2025 年將其永久儲存在冰島伊薩爾鋁廠（ISAL）地下。根據協議，Carbfix將利用力拓鋁冶煉廠周圍的土地在陸上注入CO2，并稱之為世界上首家碳物儲存中心（終點站Coda Terminal）。它們將合作推進已經在ISAL的生產單元中進行的測試的碳捕獲解決方案，目的是使用Carbfix的技術進一步使工廠脫碳。Carbfix技術通過加速自然過程將注入地質構造的CO2迅速轉化固體碳酸鹽礦物。該過程使用的唯一原料是水、電和適宜的基巖，如玄武巖。

根據他們的計劃，2022 年鉆探第一口注入進井，從2025年起，將液化CO2從北歐各地的工業基地運來。據Carbfix 稱，CodaTerminal 在2025 年至2027年每年可處理300 kt CO2，2027年至2030年每年可處理1 000 kt CO2，2030 年至2034 年每年可處理3 000 kt CO2。

4.12 諾貝麗斯在瑞士啟動凈零鋁制造研發實驗室

諾貝麗斯鋁業公司2022 年2 月14 日表示，將與HES-SO Valais-Wallis、洛桑聯邦理工學院、能源分銷商OTKEN 合作，在瑞士謝爾鋁廠建立瓦萊州凈零實驗室（Net Zero Lab Valais），以推進鋁制造的碳中和解決方案，以中和諾貝麗斯制造業務和鄰近社區的碳足跡，目標是到2030 年實現謝爾鋁廠范圍1和范圍2排放的碳中和。

4.13 俄鋁奧菲尼什氧化鋁廠降低碳足跡

俄羅斯聯合鋁業公司在愛爾蘭的奧菲尼什（Aughinish）氧化鋁廠2021 年7 月獲得歐盟資助以降低碳足跡，將用一臺25 MW 的高壓電鍋爐取代現有的燃氣鍋爐。該氧化鋁廠是俄鋁的全資子公司，2020年的產量為1 883 kt。

4.14 力拓與小松合作開發零排放采礦運輸

力拓公司于2021年8月2日發表的一份聲明中說，正在與日本設備制造者小松（Komatsu）合作加快零排放采礦運輸解決方案的開發與實施，包括運輸卡車。力拓的目標是相對于其2018 年基線，2030 年將絕對排放量減少15%，排放強度降低30%。措施是運輸卡車采用自動駕駛和電動，以降低成本、提高生產力和安全性與減少碳排放。

5 結束語

在全世界鋁工業中，當前談論最多的話題是降碳、減碳與零碳排放，也是鋁工業投資最大的部門，在到2030 年為止的這段時期內，世界原鋁生產能力的平均年增長率不會大于0.8%，但再生鋁生產能力與鋁產品中廢鋁含量的平均年增長率卻可能達到5%，或更大一些。對近些年來，全世界對低碳鋁產品與再生鋁項目的建設作了較為盡可能全面的回顧與介紹，供參考。

中國是世界鋁業大國，但在降碳與廢鋁回收再生技術進展方面與先進的鋁業公司例如海德魯鋁業公司相比還有較大差距。這些年來，全世界推出的有注冊商標的低碳鋁產品有16 種（可能還有未統計到的），中國只有2種，僅占總數的12.5%，當然與中國鋁工業的規模不相稱。

據筆者的調查，中國在廢鋁回收方面是世界上做得最好的，幾乎沒有填埋的，但在舊廢鋁再生利用與閉環回收再生方面還有不少工作要做，但中國鋁工業正在踔厲奮發，勇毅前行。2025 年定會成為方方面面的世界鋁業超級強國。