我国有色金属行业碳达峰之见解

徐明洪 冯东琴 邵泽超 林如海｜文

我国已经明确了实现“碳达峰、碳中和”的时间并加快构建相关政策体系。控制工业碳排放对于实现双碳目标尤为重要。作为工业的重要组成部分，有色金属行业经过30 多年的快速发展，产量的高速增长也使得其碳排放总量增长较大。我国铜、铝、铅、锌等基本有色金属行业由于产量达峰将提前实现碳达峰，小品种金属产量将继续增长但对有色金属全行业碳达峰影响微小。建议加强产业前瞻性研究，建立规范的碳交易市场，开展碳税征收和负碳减税工作。

“碳达峰与碳中和”的概念

碳达峰是指在特定范围内，比如某个地区或某个行业的二氧化碳排放达到峰值。例如，我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。碳中和是指在某个特定范围内测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。我国已承诺到2060年实现碳中和。从碳达峰到碳中和仅用30年时间，世界上还没有哪个国家在30年间实现碳中和的。

全球二氧化碳排放量逐年增加，2019年全球排放量达341.7亿吨，1965-2019年年均复合增速2.1%。作为发展中国家，我国工业及经济快速发展并由此产生了大量的温室气体，2019年我国二氧化碳排放量101.7亿吨。尽管我国人均碳排放量不足8吨，与欧盟相当，远低于美国人均水平，但是我国碳排放总量约占全球碳排放总量的三分之一，分别是美国和欧盟的2倍和3倍。因此，我国实现“碳达峰、碳中和”势在必行，而且任务十分艰巨。

“碳达峰与碳中和”有时空范围限制

1.时间限制

从现在开始到2030年，我国每年碳排放总量还将增长，但是增长速度要控制，要让增速快速降低。到2030年二氧化碳排放达到顶峰，之后先缓慢下降，与2030年之前的缓慢增长年份共同形成一个平台期，而后逐渐加速下降，到2060年实现碳中和。虽然时间有限制，但发展要循序渐进，防止冒进。中共中央政治局7月30日召开会议要求，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。

2.空间限制

对碳排放量的测算，有一定的地域范围或特定的产业范围限制，譬如汽车行业、有色金属行业、某国、某省、某市等等，也可以以个人或团体单位核算。

以行业、产品为单位相对容易建立碳计算标准，追踪碳足迹。但由于很多行业构成上下游关系，以行业计算，会有很多重复计算。如果每个行业都实现了“碳达峰、碳中和”，那么包涵所有这些行业在内的地域空间范围内一定也是实现了“碳达峰、碳中和”。

以地域范围来计算，不易进行单一产品碳核算，但是容易核算排放总量，可以以地区在核算时间内消耗的各种碳量总和来计算。

工业碳的产生

1.二氧化碳的来源

地球上的二氧化碳有五大来源，分别是：有机物（包括动植物）在分解、发酵、腐烂、变质的过程中释放出的二氧化碳；粪便、腐殖酸在发酵、熟化的过程中释放出的二氧化碳；动物在呼吸过程中吸入氧气后呼出的二氧化碳；石油、石蜡、煤炭、天然气燃烧过程中释放出的二氧化碳，石油化工、煤化工在生产产品的过程中释放出的二氧化碳；冶金工业、化学工业中使用碳作为还原剂的碳热还原工艺过程中产生的二氧化碳，如铁、铁合金、硅等。其他工业中，若使用含碳物质作为媒介，其中的碳多数转化为二氧化碳。此外，据全球实时碳数据（Carbon Monitor）的每日碳排放检测方法，全球的二氧化碳排放量主要来自电力（39%）、工业生产（28%）、陆运（18%）、航空（3%）、船运（2%）以及居民消耗（10%）。

2.工业二氧化碳的产生

工业是碳排放的重要领域，主要是工业领域中使用化石能源和碳质还原剂产生二氧化碳，约占社会碳排放总量的70%。能源行业是最大的碳排放行业。由于当前我国能源结构偏煤、油、气等化石能源，而且借鉴美国碳达峰前后的能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律，结合我国能源资源禀赋和经济社会所处发展阶段，今后相当长的时间内不会完全退出煤炭等化石能源。据预测，我国能源需求结构将顺应全球发展趋势，不断向清洁、低碳化发展。煤炭占比稳步下降，2030年和2050年将分别降至47.1%和32.4%。2030年后清洁能源将逐步替代煤炭，其中非化石能源占比增幅较大，2030年和2050年将分别达到20.4%和35%。

利用非清洁能源开展生产活动的地区，高耗能产品的单位碳排放量相对较高。再加上产业规模大，行业的碳排放总量就大，比如化工、建材、钢铁和电解铝。有些品种的金属冶炼还要用到碳质还原剂，多数碳质还原剂的化学反应物质最终也是通过燃烧转变为二氧化碳排放。工业生产也会产生二氧化碳以外的其他温室气体，比如氟化物、甲烷和氮氧化物等，其二氧化碳当量值更高。

3.控制工业碳排放的主要途径

第一，控制生产规模。我国碳排放总量大的主要原因是生产总量大，工信部数据显示，在世界500多种主要工业品种中，我国大约有220多种产品的产量居世界第一。化石能源、钢铁、化工、建材、电解铝等产业的碳排放量尤为巨大，在工业碳排放中占了大部分。2020年，我国全社会碳排放量约106亿吨，其中电力行业碳排放量约46亿吨，排第一位，占我国当年碳总排放量的43%，工业领域碳排放量约43亿吨。我国钢铁工业二氧化碳年排放量近20亿吨，建材行业二氧化碳排放量14.8亿吨。根据2020年的数据显示，我国有色金属行业二氧化碳排放量约6.6亿吨，其中铝工业二氧化碳排放量约5.5 亿吨，占有色金属行业的83.3%，其中电解铝碳排放量4.2亿吨。由此可见，控制生产规模是控制工业碳排放的重要途径之一。

第二，改变能源结构。为顺利实现碳达峰的目标，必须大力推动能源结构变革，通过更多使用非化石能源来改善碳排放。比如，有色金属工业中的电解铝、工业硅、多晶硅等产业迁往水电资源丰富的云南、四川、青海等地。

第三，改进生产技术。通过改进生产技术降低单位产品能耗、物耗等办法，降低碳排放水平，比如余热利用、余气利用和中间物质循环利用等。

第四，改变工艺。用其他还原剂代替某些化学、冶金工业的碳还原剂，比如，钢铁行业提出用氢还原工艺炼钢。

西安交通大学袁晓玲等在《中国工业部门碳排放峰值预测及减排潜力研究》中的成果表明：（1）仅在低碳背景下，工业部门整体达峰时间是2028年，早于2030年全国整体碳达峰目标。因此，中国整体碳达峰的重要前提是工业部门碳达峰。（2）从八大细分行业[采掘、轻工、纺织、石油、化工、冶金（包括钢铁和有色）、机电和电力]的碳排放趋势来看，基准情景下仅轻工和石油业能够实现2030年前达峰。但低碳背景下八大行业均能在2030年前达峰，高耗能背景下各细分行业只有在2040年前才能达峰。冶金、化工、电力、石油和采掘业等细分行业占据了工业近90%以上的碳排放，尤其是冶金和化工业，因而工业部门碳排放达峰是以上述部门达峰为前提的。（3）八大细分行业中，化工和冶金工业属于高减排潜力-高增排风险行业，采掘业属于高减排潜力-低增排风险行业，纺织和石油业属于低减排潜力-低增排风险行业。工业行业整体碳减排潜力约为8.52 亿吨，可实现提前5年达峰，但同时也存在15.85亿吨增排风险，这将导致达峰时间推迟11年。因此，根据各细分行业生产规模、能源结构、生产技术和生产工艺特点采取相应的碳排放控制途径和措施，才能更充分地发挥各自的减排潜力。

有色金属行业控制碳排放之初见

1.基本金属行业由于产量达峰将提前实现碳达峰

经过30 多年的连续高速增长，我国多数有色金属产品的产量不仅居世界首位，而且在全球占有很大的比例，有的占比甚至达到50%以上。由于有色金属产量增长快，相应碳排放总量增长也大，其中铝行业碳排放量占有色金属的83.3%。因此，就有色金属行业碳达峰来说，最主要的是铝行业的碳达峰。

我国铜、铝、铅、锌等基本有色金属形成的足够大的产能规模和巨大的社会蓄积量，加之这些金属回收再生率逐年增高，使得原生金属冶炼的增长潜力不大，产能规模接近达峰，加上行业大力采取节能降耗和减排措施，碳达峰是完全有可能实现，而且是可能提前实现的。而碳中和需要从三个维度去实现：一是产业规模，在维持峰值平台一段时间以后，会逐渐下降到一个新的平台；二是能源结构的改变，将大量采用“绿电”；三是自身生产绿色负碳产品，输出负碳产品给下游用户，为下游用户减碳，交换回来碳指标。

据中国有色金属工业协会预计，我国铝产业碳达峰峰值为6亿吨，较2020年增长0.5亿吨，年均增长1.8%；电解铝行业2025年碳排放达到峰值后将开始下降。有色金属行业碳排放峰值也将于2025年后达到，峰值为7.5亿吨左右，较2020年增长0.9亿吨。

2.小品种金属产量将继续增长，但对有色金属全行业碳达峰影响微小

依据现代化进程的经济和社会指标综合判断，目前我国现代化程度与美国1950-1970年相当，这一差距要求持续推进现代化进程，仍然需要能源支撑。

中国石油集团经济技术研究院在其发布的2017 版《2050年世界与中国能源展望》报告中认为，我国一次能源消费结构呈现清洁、低碳化特征，清洁能源是2030年前新增能源主体，2030年后逐步替代煤炭，2045年前后占比超过50%。

在“碳达峰、碳中和”目标下，我国能源发展将主要有三大路径，其中两条途径都是要扩大有色金属的消费量。一是持续提高能源效率，减少能源消费；二是大力发展新能源，优化电力结构。有色金属材料具备优良的热、电和磁等性能，而且是优良的减重材料，将为实现“碳达峰、碳中和”目标发挥重要作用。例如，提高能源效率，大力发展风能、太阳能等可再生能源发电技术，逐步提高非化石能源发电占比，持续优化电力结构，就需要大量热、电和磁性能优良的有色金属材料。新能源的发电、储能和能量转换材料的使用量会大幅增加，这既包括基本金属，也包括小品种金属。但是由于基本金属本身规模相对较大，能源领域里的增量可以和其他领域里消费减量进行结构性对冲，而小品种金属则会形成净增量。

小品种金属可以有力助推负碳经济发展。负碳经济是以吸收和转化二氧化碳为主要形态的经济模式。它是在永续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、清洁能源开发等多种手段“控制”实现二氧化碳的零排放，不仅“吸纳”并消除经济活动中产生的全部二氧化碳，同时还额外消耗二氧化碳，从而使经济社会发展进入“负碳时代”。新能源创新和新材料创新是负碳经济的两个重点研究领域和发展方向。其中，新材料创新是指对材料组成、结构、性能及使用行为的研发与生产，赋予生物材料、复合新材料、超导材料、能源材料、智能材料、磁性材料和纳米材料全新内涵的创新。

对小品种有色金属来说，由于其功能特性，将为新能源与新材料创新提供基础保障，在“碳达峰、碳中和”过程中，为社会提供全生命周期负碳产品，可以帮助全社会减碳。在这方面，小品种金属材料将会大显身手。因此，需求将持续增长，产业规模在形成足够的社会蓄积量之前将不断扩大，不能通过控制生产规模的办法来实现双碳目标。尽管如此，由于其总量相对基本金属来说有限，再加上采取一些减碳措施，总体对有色金属全行业的碳排放贡献比率不会产生多大影响。

但是，这些小品种金属的产量规模上升会给其他行业的碳减排带来巨大的收益。譬如，太阳能发电材料多晶硅、铟、镓等金属，储能材料涉及的锂、钠、镁以及轻量化结构材料等，都将给下游行业的碳减排带来好处，因此，都会有较大的消费需求增长潜力。

例如，以现有技术水平估计，生产1千克单晶硅耗费的电力大约115千瓦时，但是1千克单晶硅制造成光伏电池，在设计寿命期内平均发电10800千瓦时，电力回报近100倍。就是把光伏装机之前的全产业链能耗都算上，保守计算每瓦单晶光伏装机耗电大约0.94度，但是每瓦单晶光伏每年平均发电1.13度，0.83年就能回收投入的能源。一般单晶组件使用寿命至少30年，寿命期发电量33.9 度，每瓦单晶光伏生命周期给社会贡献电量33度。这样的产品在全生命周期里就是负碳产品。根据中国生命周期基础数据库CLCD数据，中国电网电力（各种电力混合后的平均值）1度电的二氧化碳排放量是0.96千克左右，那么，每瓦单晶光伏电站全生命周期可为社会减少二氧化碳排放31.68千克。为了使得光伏发电更适合应用场景，对分布式光伏发电加装储能系统，每瓦光伏发电配装4瓦时的储能系统，根据Ecoinvent Database（V3.0）的相关数据，约耗电4.01度电，意味着全系统电能投入产出比为（4.01+0.94）/33.9=1/6.85。

几点建议

一是加强产业前瞻性研究，尤其是产业链的产业规模、技术和工艺发展趋势及其技术经济指标的研究，从而可以追踪碳足迹，做好产品的碳核算，制定碳核算标准；二是在完整的碳核算并建立产品碳标准的基础上，建立规范的碳交易市场；三是开展碳税征收和负碳减税工作。只有对碳减排有贡献的进行奖励，对减排有危害的进行惩罚，才会有良好的社会效果。