加快電解鋁行業(yè)碳達(dá)峰助力鋁產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展

竇宏秀,王 震

(中國鋁業(yè)股份有限公司，北京 100082)

加快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是我國能源安全和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的內(nèi)在需求,也是構(gòu)建人類命運(yùn)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(biāo)任務(wù):黨的十九屆五中全會(huì)提出到2035年基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化遠(yuǎn)景目標(biāo)中明確“碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降”;中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議再次部署做好碳達(dá)峰、碳中和工作,指出“我國二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值,力爭2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”;政府工作報(bào)告提出“要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作,制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案”等。相較發(fā)達(dá)國家,我國實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的年限更短,碳排放下降的幅度將更大。

鋁行業(yè)是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提升的基礎(chǔ)行業(yè),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(chǎn)品生產(chǎn)和再生鋁回收利用,加之上游能源的生產(chǎn),屬于能源高度密集型行業(yè),探索鋁行業(yè)減排降耗對實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)尤為重要。

1 我國電解鋁二氧化碳排放情況

2020年,我國鋁產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放量約5.6億噸,占國內(nèi)二氧化碳排放量約6%,遠(yuǎn)高于銅、鉛、鋅等其他有色金屬行業(yè)不超過0.5億噸的碳排放數(shù)量。其中,電解鋁生產(chǎn)過程中消耗的能源占整個(gè)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)排出的二氧化碳。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2020年,我國電解鋁產(chǎn)量3708萬噸,總耗電量5375億千瓦時(shí),占國內(nèi)發(fā)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(chǎn)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(jì)二氧化碳排放約4.25億噸,占國內(nèi)二氧化碳總排放量的5%左右。因此,電解鋁環(huán)節(jié)的能耗控制和總量控制,成為降低鋁行業(yè)碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)國際鋁協(xié)的數(shù)據(jù),我國電解鋁能耗強(qiáng)度已是世界領(lǐng)先水平,但與國際同行相比,在能源結(jié)構(gòu)、綠色循環(huán)發(fā)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(dāng)前碳達(dá)峰碳中和的大背景下,為確保全國在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,高耗能產(chǎn)業(yè)的碳達(dá)峰時(shí)間應(yīng)該適當(dāng)提前,以騰挪出更多的統(tǒng)籌時(shí)間。自2017年國家發(fā)改委、工信部等部門聯(lián)合開展清理整頓電解鋁行業(yè)違法違規(guī)項(xiàng)目專項(xiàng)行動(dòng)以來,電解鋁產(chǎn)能無序擴(kuò)張狀況得到有效遏制,不超過4500萬噸的電解鋁產(chǎn)能天花板已經(jīng)形成,產(chǎn)能置換有序推進(jìn)。根據(jù)我國電解鋁產(chǎn)能分布情況來看,初步預(yù)計(jì),2024年產(chǎn)量將達(dá)到峰值,按照4200萬噸產(chǎn)量,70%火電占比,30%可再生能源占比計(jì)算,二氧化碳排放量為4.2億噸,預(yù)計(jì)占國內(nèi)二氧化碳排放量的5%左右。(說明:關(guān)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和面臨的主要問題

作為世界最大的原鋁生產(chǎn)國和消費(fèi)國,在積極推進(jìn)鋁行業(yè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的同時(shí),仍面臨著能源結(jié)構(gòu)單一、能耗偏高、再生鋁產(chǎn)業(yè)滯后、技術(shù)突破難度大等諸多難題。

2.1 能源結(jié)構(gòu)單一

電解鋁行業(yè)的用電結(jié)構(gòu)偏重于化石能源,生產(chǎn)過程中消耗電力產(chǎn)生的排放占到總排放量的87%,其中,電力環(huán)節(jié)主要分為火電生產(chǎn)與水電生產(chǎn),使用火電生產(chǎn)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(chǎn)1噸電解鋁幾乎零排放。2020年全球電解鋁生產(chǎn)過程中,平均火電占比64%,水電占25%,而我國火電占比高達(dá)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(huán)節(jié),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(jié)構(gòu)單一成為高排放的主要因素。

2.2 再生鋁占比低

鋁有較強(qiáng)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(guī)使用的工業(yè)材料中,鋁的回收價(jià)值最高,可以多次重復(fù)循環(huán)利用,具有很強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性。生產(chǎn)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(dāng)于節(jié)約3.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤,節(jié)水14立方米,減少固體廢物20噸。據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示,2019年全球再生鋁產(chǎn)量占總產(chǎn)量的32%,發(fā)達(dá)國家再生鋁產(chǎn)量普遍超過原鋁產(chǎn)量,其中美國再生鋁產(chǎn)量占總產(chǎn)量高達(dá)83%,而我國再生鋁產(chǎn)量690萬噸,占總產(chǎn)量的19%,與國際水平差距較大,再生鋁工業(yè)起步較晚,廢鋁回收和再生率較低,導(dǎo)致再生鋁產(chǎn)量有限。

2.3 消費(fèi)量持續(xù)增長

近10年來,我國電解鋁產(chǎn)量年均增長率達(dá)8.5%以上,遠(yuǎn)高于全球年增長率4.7%的水平。在全球綠色低碳循環(huán)發(fā)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(lǐng)域的消費(fèi)量將會(huì)迎來快速發(fā)展階段,未來鋁消費(fèi)量仍將呈現(xiàn)逐步上升趨勢。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測,我國2035年對電解鋁的需求將會(huì)達(dá)到峰值,而我國電解鋁產(chǎn)量的峰值會(huì)在2030年以前到達(dá),產(chǎn)量達(dá)峰與需求量達(dá)峰之間存在的缺口,對我國電解鋁行業(yè)提出了挑戰(zhàn)。

2.4 顛覆性技術(shù)缺失

當(dāng)前,美鋁和力拓合資成立的Elysis開發(fā)出了無碳鋁生產(chǎn)技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)會(huì)釋放純氧作為副產(chǎn)品,并通過使用惰性的專有材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋁冶煉中使用的碳陽極來消除溫室氣體排放,但預(yù)計(jì)2024年才在全球范圍內(nèi)向鋁冶煉企業(yè)銷售該技術(shù),且成本尚不確定。雖然我國電解鋁在槽容量方面居世界領(lǐng)先,但在高效低耗技術(shù)方面與國際領(lǐng)先水平仍有一定差距,突出體現(xiàn)在高電流密度、高電流效率、低電耗方面。在目前生產(chǎn)冶煉工藝水平下,通過創(chuàng)新突破來進(jìn)行降碳減排的顛覆性技術(shù)缺失。

此外,據(jù)海關(guān)總署統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2020年全年,我國未鍛軋鋁及鋁材累計(jì)出口量將近486萬噸,累計(jì)進(jìn)口量270萬噸,累計(jì)凈出口仍為200萬噸以上;同時(shí),我國每年出口產(chǎn)品中包含的鋁占消費(fèi)量比重約20%以上,相當(dāng)于為全球,特別是發(fā)達(dá)國家間接的高能耗與碳排放進(jìn)行買單。

3 綜合施策,加快實(shí)現(xiàn)電解鋁產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰

深刻認(rèn)識全球鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,探索創(chuàng)新前沿科技模式,主動(dòng)引領(lǐng)鋁工業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型,構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展新格局,打造高質(zhì)量發(fā)展新模式,對我國兌現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和承諾意義重大。

3.1 強(qiáng)化綠色發(fā)展理念,加快推進(jìn)產(chǎn)能產(chǎn)量達(dá)峰

堅(jiān)決貫徹落實(shí)國家、地方、行業(yè)關(guān)于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的各項(xiàng)政策,嚴(yán)格執(zhí)行電解鋁產(chǎn)能指標(biāo)置換政策,嚴(yán)控新增產(chǎn)能,堅(jiān)定守住4500萬噸的產(chǎn)能天花板。強(qiáng)化行業(yè)自律,規(guī)范行業(yè)發(fā)展秩序,開展二氧化碳排放達(dá)峰行動(dòng),提升行業(yè)自主貢獻(xiàn)力度,“十四五”期間,力爭我國電解鋁實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能、產(chǎn)量雙達(dá)峰,助推鋁工業(yè)提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

3.2 持續(xù)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),加大清潔能源消納力度

順應(yīng)能源結(jié)構(gòu)變化需求,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局,在綜合考慮清潔能源富集地區(qū)生態(tài)承載力的前提下,鼓勵(lì)電解鋁企業(yè)主動(dòng)調(diào)整用能結(jié)構(gòu),積極消納綠色可再生能源,充分利用我國水電、風(fēng)電、光伏、核電資源,推動(dòng)以煤電為主的電解鋁產(chǎn)能向具有清潔能源優(yōu)勢的區(qū)域轉(zhuǎn)移,由自備電向網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)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(chuàng)新力度,開發(fā)高效低耗減排技術(shù)

堅(jiān)持科技引領(lǐng),創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),順應(yīng)綠色低碳發(fā)展方向,開發(fā)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(fā)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(huán)節(jié)的間接排放。持續(xù)優(yōu)化工藝過程控制,進(jìn)一步降低能耗、物耗,綜合降低行業(yè)碳排放強(qiáng)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(jìn)的碳捕集、利用與封存技術(shù),研發(fā)適用于鋁電解二氧化碳捕集的陽極結(jié)構(gòu)及煙氣回收治理技術(shù),實(shí)現(xiàn)資源化利用,為碳中和做出貢獻(xiàn)。

3.4 提高再生鋁占比水平,助推鋁產(chǎn)業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展

探索建立規(guī)范的廢鋁回收體系,明確鋁廢處理環(huán)節(jié)的規(guī)模、能耗、排放標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)。鼓勵(lì)引導(dǎo)大型鋁企業(yè)進(jìn)入廢鋁回收處理領(lǐng)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(qū),提高廢鋁回收效率和再生鋁質(zhì)量。鼓勵(lì)鋁加工企業(yè)與再生鋁企業(yè)聯(lián)合發(fā)展,形成穩(wěn)定的供需合作模式,加快推動(dòng)再生鋁替代原鋁生產(chǎn)比例,全面提升鋁產(chǎn)業(yè)鏈綠色循環(huán)發(fā)展水平。

3.5 深度拓展應(yīng)用領(lǐng)域,助力實(shí)現(xiàn)綠色低碳社會(huì)

充分發(fā)揮金屬鋁多種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和功能特性,通過技術(shù)創(chuàng)新,延伸產(chǎn)業(yè)鏈,鼓勵(lì)鋁企業(yè)探索從源頭材料供應(yīng)商向終端整體解決方案提供商的轉(zhuǎn)變,引導(dǎo)形成“以鋁代鋼”“以鋁節(jié)木”“以鋁節(jié)銅”的社會(huì)共識。特別是在交通輕量化方面,鋁材具有天然的優(yōu)勢,在保證車輛強(qiáng)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(dòng)力性和續(xù)航里程,減少燃料消耗,降低碳排放,據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)報(bào)告,車輛每減重1噸,每百公里可節(jié)約燃油6升,減少8-9千克二氧化碳排放。因此,應(yīng)廣泛拓展鋁的應(yīng)用領(lǐng)域,助力深度減碳、降碳,實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)。

3.6 全面推進(jìn)國際合作,構(gòu)建國內(nèi)外雙循環(huán)發(fā)展格局

打破我國電解鋁國際產(chǎn)能合作的空白狀態(tài),積極響應(yīng)“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(dòng)對接產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè),發(fā)揮各自優(yōu)勢,抱團(tuán)出海,在境外政治經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)較小、資源能源豐富、物流便利的地區(qū)發(fā)展鋁工業(yè),帶動(dòng)國內(nèi)裝備、技術(shù)出口,加快我國全球鋁工業(yè)強(qiáng)國建設(shè)步伐。

此外,探索通過關(guān)稅政策調(diào)整,減少高品質(zhì)廢鋁、未鍛軋鋁、再生鋁和部分鋁中間產(chǎn)品的出口,同時(shí)探索建立全球化的廢鋁回收、加工、運(yùn)輸體系,以此彌補(bǔ)我國可能出現(xiàn)的供需缺口,推動(dòng)我國綠色低碳發(fā)展進(jìn)程。