千丝万“铝”！铝行业碳达峰碳中和路径研究
发布日期：2022/10/21
铝工业全生命周期各环节，包括铝土矿开采、氧化铝冶炼、原生铝电解、铝材、最终产品生产和再生铝回收利用，以及上游能源的生产过程，均会排放CO2。因此，探索铝工业碳减排路径对实现我国碳达峰与碳中和目标至关重要。
近期，国家发改委、国资委委托相关行业协会、研究院所围绕碳达峰、碳中和约束下电力、建材、有色等重点行业的发展路径开展研究。铝工业是发展国民经济与提高人民生活水平的基础工业，也是有色行业最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各环节，包括铝土矿开采、氧化铝冶炼、原生铝电解、铝材、最终产品生产和再生铝回收利用，以及上游能源的生产过程，均会排放CO2。因此，探索铝工业碳减排路径对实现我国碳达峰与碳中和目标至关重要。
铝行业碳达峰、碳中和
碳达峰、碳中和的定义
根据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的定义，碳达峰是指某个地区或行业年度CO2排放量达到历史最高值，然后进入持续下降的过程，是CO2排放量由增转降的历史拐点。碳达峰包括达峰年份和峰值。碳中和是指人类活动产生的CO2排放量，与CO2去除技术(如植树造林)应用实现的吸收量达到平衡。
铝行业碳达峰、碳中和目标
2019年10月，国际铝业协会理事会第96次会议决定成立了温室气体减排途径工作组，负责国际铝行业温室气体碳减排途径工作，并初步拟定了铝行业温室气体排放覆盖范围及2050年温室气体零净排放目标和途径。
2021年3月，国际铝业协会发布了《2050年铝业温室气体排放路径》，提出全球铝行业温室气体减排目标：到2050年，在全球铝产量17000万t（其中原铝产量9000万t）条件下，全球铝行业覆盖全产业链（铝土矿、氧化铝及电解铝生产、铝加工制造，以及废料回收、再生）的排放总量为 2.5 亿t CO2当量；其中，所有与原铝生产相关的工艺流程（特别是冶炼过程）中耗电产生的排放量将近于零，直接排放为2亿t CO2当量，回收和制造过程中的燃料燃烧和电力消耗排放0.5亿t CO2当量。
参照国际铝业温室气体减排目标，结合我国当前铝行业CO2排放现状，以及中国有色金属工业协会提出的有色行业力争2025年前实现碳达峰，2040年减排40%目标，预计我国铝行业有望于2025年实现碳达峰，峰值约为5.6亿t CO2当量。
铝行业排放现状
2018 年，全球铝产量为9500万t，其中，原铝产量6400万t，再生铝产量3100万t。全球铝行业CO2排放量11.3亿t当量。同期，我国铝产量为4275万t，其中，原铝产量3580万t，再生铝产量695万t，我国铝行业CO2排放量5.2亿t当量。
图1 2018年全球与中国铝行业CO2排放量
铝行业包括原铝生产（铝采矿开采、氧化铝生产、阳极生产、电解铝生产）、再生铝及铝加工及产品制造等产业链，其中原铝生产CO2排放量约占铝行业CO2排放量的94.85%，见图2。
图2 铝行业中各产业二氧化碳排放占比
原铝生产中，能源消耗排放的CO2占比较大，达到77.5%（其中，电能消耗排放的CO2量约占64.3%，热能消耗排放的CO2量占比13.1%）。
图3 原铝生产中各排放源占比图
我国铝行业碳排放特点
我国电解铝生产中煤电占比大
与欧美电解铝企业相比，我国电解铝行业在电解环节上的排碳量较高，主要原因是国内原铝电力能源严重依赖火电。据统计，2020年底，我国电解铝运行产能消耗的自备电占比65.2%，网电占比34.8%。其中，自备电全部为火电，网电按照各区域电网的发电结构进行划分。经测算，在电解铝的能源结构中，火电占比88.1%，非化石能源占比11.9%。
表1 2020年国外主流铝企业能源结构对比
电解铝、氧化铝能耗指标大幅下降的空间有限
目前，原铝生产最典型的生产工艺仍为冰晶石-氧化铝融盐电解法（霍尔-埃鲁特熔盐电解法）。经过100多年来的持续工艺优化，氧化铝、电解铝生产工艺指标潜力挖掘已接近极限，在没有发生颠覆性生产工艺改变的条件下，铝冶炼各项指标下降空间有限。
关键降碳技术仍存在瓶颈
铝冶炼生产中，低温余热回收、无废冶金、惰性阳极、高效超低能耗铝电解、二氧化碳捕集利用等零碳、负碳核心技术的储备不足。
再生铝占比较低
测算表明，再生铝二氧化碳排放量仅为原铝二氧化碳排放量的4%左右。2020年，全球铝产量为9910万t，其中再生铝产量3380万t，占全球铝产量的34.1%。同年，我国铝产量为4448万t，其中再生铝产量740万t，占国内铝产量的16.6%。我国再生铝产量与国际平均水平存在较大差距。
铝行业实现碳达峰碳中和路径
结合我国铝行业碳排放特点，实现碳达峰、碳中和路径主要包括提高能源利用效率、产业结构调整、能源结构调整、零碳（负碳）技术开发等。
能提效，降低碳排放强度
2005年，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》首次把节约资源上升为我国的“基本国策”。自2006年至今的3个“五年规划”中，降低单位GDP能耗的节能指标始终被列为“五年规划”的重要约束性指标之一。2006—2019年，我国单位GDP能耗下降了42.5%，单位GDP二氧化碳排放量下降了47.9%，电解铝交流电耗从14575 kWh/t降到13555 kWh/t，下降了约7.0%。
多方测算表明，节能和提高能源利用效率对我国实现2030年前碳排放达峰目标的贡献在70%以上，可再生能源和核电的贡献接近30%。二氧化碳捕获和封存技术对我国2030年前实现碳达峰目标很难做出实质性贡献。
因此，要实现碳达峰、碳中和，应加大节能技术及设备的推广应用，创新合同能源管理等第三方节能服务模式，推进节能技术、节能设备、能源梯级利用和余热利用，使提高能源利用效率的项目落地；加强全流程、全链条、全要素对标管理，进行节能诊断，发现差距，开展精益管理，以持续改进为载体，挖掘节能降耗潜力，优化技术经济指标。
优化铝产业结构，提高再生铝产量
巩固化解电解铝过剩产能，严控电解铝4500万t天花板产能；加大“城市矿山”开发力度，大力发展短流程冶炼工艺，大幅度提高再生铝生产能力，提高再生铝比例；选择沿海和水电丰富的绿色能源地区进行铝产业布局，推动产业集聚发展，打造铝集群化产业基地，降低物流运输和金属重熔过程中的碳排放。
优化能源结构，实现铝产业绿色发展
优化能源结构，收缩电解铝火电产能，增加清洁能源使用比例，是实现铝行业碳达峰、碳中和最直接和最有效的途径。主要措施包括：
1）淘汰燃煤自备电厂，或者通过自备机组发电权置换，利用清洁能源置换火电；
2）对自备电厂进行清洁化改造，用低碳或零碳能源替换燃煤；
3）利用企业厂房及周边环境，建设风、光电站，配合储能技术，实现清洁能源直供；
4）依托水电、核电资源，置换电解铝产能，实现清洁能源直接利用；
5）推行低碳运输，逐步引进电动、氢能运输车辆。
推动技术创新，实现颠覆性降碳技术突破
整合国内科研院所，组建中国有色金属行业低碳绿色发展创新平台，围绕节能降碳、清洁生产、清洁能源等领域布局前瞻性、战略性、颠覆性项目，实施绿色技术攻关行动，力争在铝行业中实现无废冶金、高效超低能耗铝电解槽、惰性阳极以及二氧化碳捕集、利用和封存技术等方面取得突破，为绿色发展提供技术支撑。
结束语：2021年7月30日，中共中央政治局召开会议，提出要统筹有序做好碳达峰、碳中和工作，尽快出台2030年前碳达峰行动方案，坚持全国一盘棋，纠正运动式“减碳”，先立后破，坚决遏制“两高”项目盲目发展。铝行业作为碳排放大户，要以碳达峰、碳中和目标为契机，促进产业升级，通过不断提升能效、大力调整产业结构、增加清洁能源使用、推动科技创新，促进产品应用，抢占国际低碳发展制高点。
来源：碳达峰中和
