加快电解铝行业碳达峰助力铝产业绿色低碳发展

窦宏秀,王 震

(中国铝业股份有限公司，北京 100082)

加快实现碳达峰、碳中和是我国能源安全和经济转型的内在需求,也是构建人类命运共同体的必然要求。2020年以来,我国多次就减排减碳提出目标任务:党的十九届五中全会提出到2035年基本实现社会主义现代化远景目标中明确“碳排放达峰后稳中有降”;中央经济工作会议再次部署做好碳达峰、碳中和工作,指出“我国二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,力争2060年前实现碳中和”;政府工作报告提出“要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定2030年前碳排放达峰行动方案”等。相较发达国家,我国实现“碳达峰、碳中和”的年限更短,碳排放下降的幅度将更大。

铝行业是关系国民经济发展和人民生活水平提升的基础行业,其全生命周期包括铝土矿开采、氧化铝冶炼、铝电解、铝材加工、终端产品生产和再生铝回收利用,加之上游能源的生产,属于能源高度密集型行业,探索铝行业减排降耗对实现我国碳达峰、碳中和目标尤为重要。

1 我国电解铝二氧化碳排放情况

2020年,我国铝产业链的碳排放量约5.6亿吨,占国内二氧化碳排放量约6%,远高于铜、铅、锌等其他有色金属行业不超过0.5亿吨的碳排放数量。其中,电解铝生产过程中消耗的能源占整个生产过程总消耗的76%左右,碳排放量也是最多的。

1.1 我国电解铝二氧化碳排放

电解铝生产过程中的二氧化碳排放主要来自两方面:一是电力消耗,这是电解铝产生二氧化碳的主要来源;二是电解过程中阳极消耗和阳极效应排出的二氧化碳。国家统计局数据显示,2020年,我国电解铝产量3708万吨,总耗电量5375亿千瓦时,占国内发电量7.44%,其中火电占电解铝用电总量的86%,水电等新能源占14%。采用火电生产的电解铝二氧化碳排放量为3.7亿吨,其他排放量0.55亿吨,合计二氧化碳排放约4.25亿吨,占国内二氧化碳总排放量的5%左右。因此,电解铝环节的能耗控制和总量控制,成为降低铝行业碳排放的关键环节。根据国际铝协的数据,我国电解铝能耗强度已是世界领先水平,但与国际同行相比,在能源结构、绿色循环发展方面,仍存在诸多差距。

1.2 我国电解铝二氧化碳峰值判断

在当前碳达峰碳中和的大背景下,为确保全国在2030年实现碳达峰,高耗能产业的碳达峰时间应该适当提前,以腾挪出更多的统筹时间。自2017年国家发改委、工信部等部门联合开展清理整顿电解铝行业违法违规项目专项行动以来,电解铝产能无序扩张状况得到有效遏制,不超过4500万吨的电解铝产能天花板已经形成,产能置换有序推进。根据我国电解铝产能分布情况来看,初步预计,2024年产量将达到峰值,按照4200万吨产量,70%火电占比,30%可再生能源占比计算,二氧化碳排放量为4.2亿吨,预计占国内二氧化碳排放量的5%左右。(说明:关于4.2亿吨的碳排放算法:使用火电,吨铝二氧化碳排放11.2吨,水电几乎为0，吨铝其他二氧化碳排放2左右4200×70%×11.2+4200×2吨=4.2亿吨

2 电解铝实现碳达峰碳中和面临的主要问题

作为世界最大的原铝生产国和消费国,在积极推进铝行业绿色低碳循环发展的同时,仍面临着能源结构单一、能耗偏高、再生铝产业滞后、技术突破难度大等诸多难题。

2.1 能源结构单一

电解铝行业的用电结构偏重于化石能源,生产过程中消耗电力产生的排放占到总排放量的87%,其中,电力环节主要分为火电生产与水电生产,使用火电生产1吨电解铝所排放的二氧化碳量约为11.2吨,而使用水电生产1吨电解铝几乎零排放。2020年全球电解铝生产过程中,平均火电占比64%,水电占25%,而我国火电占比高达86%,水电仅为10%,明显低于全球水电的平均水平,在电解铝冶炼环节,全球平均吨铝电力消耗的碳排放仅9.3吨,而我国高出平均水平20%,能源结构单一成为高排放的主要因素。

2.2 再生铝占比低

铝有较强的抗腐蚀性,除某些特定的铝制化工容器装置外,使用期间几乎不被腐蚀,在常规使用的工业材料中,铝的回收价值最高,可以多次重复循环利用,具有很强经济性。生产1吨再生铝的二氧化碳排放量为0.23吨,是电解铝碳排放的2.1%,相当于节约3.4吨标准煤,节水14立方米,减少固体废物20吨。据国际铝业协会数据显示,2019年全球再生铝产量占总产量的32%,发达国家再生铝产量普遍超过原铝产量,其中美国再生铝产量占总产量高达83%,而我国再生铝产量690万吨,占总产量的19%,与国际水平差距较大,再生铝工业起步较晚,废铝回收和再生率较低,导致再生铝产量有限。

2.3 消费量持续增长

近10年来,我国电解铝产量年均增长率达8.5%以上,远高于全球年增长率4.7%的水平。在全球绿色低碳循环发展的大背景下,“十四五”期间,绿色建筑、汽车轻量化、光伏、航空航天、铝制家具、包装等各领域的消费量将会迎来快速发展阶段,未来铝消费量仍将呈现逐步上升趋势。据有关机构预测,我国2035年对电解铝的需求将会达到峰值,而我国电解铝产量的峰值会在2030年以前到达,产量达峰与需求量达峰之间存在的缺口,对我国电解铝行业提出了挑战。

2.4 颠覆性技术缺失

当前,美铝和力拓合资成立的Elysis开发出了无碳铝生产技术,该项技术会释放纯氧作为副产品,并通过使用惰性的专有材料代替传统铝冶炼中使用的碳阳极来消除温室气体排放,但预计2024年才在全球范围内向铝冶炼企业销售该技术,且成本尚不确定。虽然我国电解铝在槽容量方面居世界领先,但在高效低耗技术方面与国际领先水平仍有一定差距,突出体现在高电流密度、高电流效率、低电耗方面。在目前生产冶炼工艺水平下,通过创新突破来进行降碳减排的颠覆性技术缺失。

此外,据海关总署统计数据显示,2020年全年,我国未锻轧铝及铝材累计出口量将近486万吨,累计进口量270万吨,累计净出口仍为200万吨以上;同时,我国每年出口产品中包含的铝占消费量比重约20%以上,相当于为全球,特别是发达国家间接的高能耗与碳排放进行买单。

3 综合施策,加快实现电解铝产业碳达峰

深刻认识全球铝产业发展趋势,探索创新前沿科技模式,主动引领铝工业向绿色低碳转型,构建可持续发展新格局,打造高质量发展新模式,对我国兑现碳达峰、碳中和承诺意义重大。

3.1 强化绿色发展理念,加快推进产能产量达峰

坚决贯彻落实国家、地方、行业关于实现“碳达峰、碳中和”的各项政策,严格执行电解铝产能指标置换政策,严控新增产能,坚定守住4500万吨的产能天花板。强化行业自律,规范行业发展秩序,开展二氧化碳排放达峰行动,提升行业自主贡献力度,“十四五”期间,力争我国电解铝实现产能、产量双达峰,助推铝工业提前实现碳达峰。

3.2 持续优化能源结构,加大清洁能源消纳力度

顺应能源结构变化需求,优化产业布局,在综合考虑清洁能源富集地区生态承载力的前提下,鼓励电解铝企业主动调整用能结构,积极消纳绿色可再生能源,充分利用我国水电、风电、光伏、核电资源,推动以煤电为主的电解铝产能向具有清洁能源优势的区域转移,由自备电向网点转化,从源头减少二氧化碳排放量,全面提升清洁能源冶炼的使用比例。

3.3 加大自主创新力度,开发高效低耗减排技术

坚持科技引领,创新驱动,顺应绿色低碳发展方向,开发利用低碳特别是深度脱碳、零碳、惰性阳极、高效用电、可再生能源发电等高效低耗的前沿科技。提高智能化管理水平,全流程减少能源消耗环节的间接排放。持续优化工艺过程控制,进一步降低能耗、物耗,综合降低行业碳排放强度。针对铝电解过程中不可避免的二氧化碳排放,积极跟踪先进的碳捕集、利用与封存技术,研发适用于铝电解二氧化碳捕集的阳极结构及烟气回收治理技术,实现资源化利用,为碳中和做出贡献。

3.4 提高再生铝占比水平,助推铝产业绿色循环发展

探索建立规范的废铝回收体系,明确铝废处理环节的规模、能耗、排放标准等指标。鼓励引导大型铝企业进入废铝回收处理领域,逐步限制、取消零散式的废铝回收方式。建立集约化废旧金属回收、分类、提纯、清理园区,提高废铝回收效率和再生铝质量。鼓励铝加工企业与再生铝企业联合发展,形成稳定的供需合作模式,加快推动再生铝替代原铝生产比例,全面提升铝产业链绿色循环发展水平。

3.5 深度拓展应用领域,助力实现绿色低碳社会

充分发挥金属铝多种优良的结构和功能特性,通过技术创新,延伸产业链,鼓励铝企业探索从源头材料供应商向终端整体解决方案提供商的转变,引导形成“以铝代钢”“以铝节木”“以铝节铜”的社会共识。特别是在交通轻量化方面,铝材具有天然的优势,在保证车辆强度和安全性能的前提下,能够最大化的降低整车重量,提高动力性和续航里程,减少燃料消耗,降低碳排放,据欧洲铝业协会报告,车辆每减重1吨,每百公里可节约燃油6升,减少8-9千克二氧化碳排放。因此,应广泛拓展铝的应用领域,助力深度减碳、降碳,实现低碳社会。

3.6 全面推进国际合作,构建国内外双循环发展格局

打破我国电解铝国际产能合作的空白状态,积极响应“一带一路”倡议,客观分析我国清洁可再生能源资源禀赋有限和未来电解铝需求可能存在少量短缺之间的矛盾,主动对接产业链上下游企业,发挥各自优势,抱团出海,在境外政治经济风险较小、资源能源丰富、物流便利的地区发展铝工业,带动国内装备、技术出口,加快我国全球铝工业强国建设步伐。

此外,探索通过关税政策调整,减少高品质废铝、未锻轧铝、再生铝和部分铝中间产品的出口,同时探索建立全球化的废铝回收、加工、运输体系,以此弥补我国可能出现的供需缺口,推动我国绿色低碳发展进程。