聚焦碳排放|我國鋁行業(yè)碳達(dá)峰碳中和路徑研究
2021年11月01日 9:20 7942次瀏覽 來源: 中國有色金屬報(bào) 分類: 重點(diǎn)新聞 作者: 杜心
近期,國家發(fā)改委、國資委委托相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)、研究院所圍繞碳達(dá)峰、碳中和約束下電力、建材、有色等重點(diǎn)行業(yè)的發(fā)展路徑開展研究。鋁工業(yè)是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)與提高人民生活水平的基礎(chǔ)工業(yè),也是有色行業(yè)最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各環(huán)節(jié),包括鋁土礦開采、氧化鋁冶煉、原生鋁電解、鋁材、最終產(chǎn)品生產(chǎn)和再生鋁回收利用,以及上游能源的生產(chǎn)過程,均會(huì)排放CO2。因此,探索鋁工業(yè)碳減排路徑對實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。
鋁行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和
碳達(dá)峰、碳中和的定義
根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的定義,碳達(dá)峰是指某個(gè)地區(qū)或行業(yè)年度CO2排放量達(dá)到歷史最高值,然后進(jìn)入持續(xù)下降的過程,是CO2排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)。碳達(dá)峰包括達(dá)峰年份和峰值。碳中和是指人類活動(dòng)產(chǎn)生的CO2排放量,與CO2去除技術(shù)(如植樹造林)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的吸收量達(dá)到平衡。
鋁行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)
2019年10月,國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)理事會(huì)第96次會(huì)議決定成立了溫室氣體減排途徑工作組,負(fù)責(zé)國際鋁行業(yè)溫室氣體碳減排途徑工作,并初步擬定了鋁行業(yè)溫室氣體排放覆蓋范圍及2050年溫室氣體零凈排放目標(biāo)和途徑。
2021年3月,國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布了《2050年鋁業(yè)溫室氣體排放路徑》,提出全球鋁行業(yè)溫室氣體減排目標(biāo):到2050年,在全球鋁產(chǎn)量17000萬t(其中原鋁產(chǎn)量9000萬t)條件下,全球鋁行業(yè)覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈(鋁土礦、氧化鋁及電解鋁生產(chǎn)、鋁加工制造,以及廢料回收、再生)的排放總量為 2.5 億t CO2當(dāng)量;其中,所有與原鋁生產(chǎn)相關(guān)的工藝流程(特別是冶煉過程)中耗電產(chǎn)生的排放量將近于零,直接排放為2億t CO2當(dāng)量,回收和制造過程中的燃料燃燒和電力消耗排放0.5億t CO2當(dāng)量。
參照國際鋁業(yè)溫室氣體減排目標(biāo),結(jié)合我國當(dāng)前鋁行業(yè)CO2排放現(xiàn)狀,以及中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出的有色行業(yè)力爭2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2040年減排40%目標(biāo),預(yù)計(jì)我國鋁行業(yè)有望于2025年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,峰值約為5.6億t CO2當(dāng)量。
鋁行業(yè)排放現(xiàn)狀
2018 年,全球鋁產(chǎn)量為9500萬t,其中,原鋁產(chǎn)量6400萬t,再生鋁產(chǎn)量3100萬t。全球鋁行業(yè)CO2排放量11.3億t當(dāng)量。同期,我國鋁產(chǎn)量為4275萬t,其中,原鋁產(chǎn)量3580萬t,再生鋁產(chǎn)量695萬t,我國鋁行業(yè)CO2排放量5.2億t當(dāng)量。
鋁行業(yè)包括原鋁生產(chǎn)(鋁采礦開采、氧化鋁生產(chǎn)、陽極生產(chǎn)、電解鋁生產(chǎn))、再生鋁及鋁加工及產(chǎn)品制造等產(chǎn)業(yè)鏈,其中原鋁生產(chǎn)CO2排放量約占鋁行業(yè)CO2排放量的94.85%,見圖2。
原鋁生產(chǎn)中,能源消耗排放的CO2占比較大,達(dá)到77.5%(其中,電能消耗排放的CO2量約占64.3%,熱能消耗排放的CO2量占比13.1%)。
我國鋁行業(yè)碳排放特點(diǎn)
我國電解鋁生產(chǎn)中煤電占比大
與歐美電解鋁企業(yè)相比,我國電解鋁行業(yè)在電解環(huán)節(jié)上的排碳量較高,主要原因是國內(nèi)原鋁電力能源嚴(yán)重依賴火電。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年底,我國電解鋁運(yùn)行產(chǎn)能消耗的自備電占比65.2%,網(wǎng)電占比34.8%。其中,自備電全部為火電,網(wǎng)電按照各區(qū)域電網(wǎng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。經(jīng)測算,在電解鋁的能源結(jié)構(gòu)中,火電占比88.1%,非化石能源占比11.9%。
電解鋁、氧化鋁能耗指標(biāo)大幅下降的空間有限
目前,原鋁生產(chǎn)最典型的生產(chǎn)工藝仍為冰晶石-氧化鋁融鹽電解法(霍爾-埃魯特熔鹽電解法)。經(jīng)過100多年來的持續(xù)工藝優(yōu)化,氧化鋁、電解鋁生產(chǎn)工藝指標(biāo)潛力挖掘已接近極限,在沒有發(fā)生顛覆性生產(chǎn)工藝改變的條件下,鋁冶煉各項(xiàng)指標(biāo)下降空間有限。
關(guān)鍵降碳技術(shù)仍存在瓶頸
鋁冶煉生產(chǎn)中,低溫余熱回收、無廢冶金、惰性陽極、高效超低能耗鋁電解、二氧化碳捕集利用等零碳、負(fù)碳核心技術(shù)的儲(chǔ)備不足。
再生鋁占比較低
測算表明,再生鋁二氧化碳排放量僅為原鋁二氧化碳排放量的4%左右。2020年,全球鋁產(chǎn)量為9910萬t,其中再生鋁產(chǎn)量3380萬t,占全球鋁產(chǎn)量的34.1%。同年,我國鋁產(chǎn)量為4448萬t,其中再生鋁產(chǎn)量740萬t,占國內(nèi)鋁產(chǎn)量的16.6%。我國再生鋁產(chǎn)量與國際平均水平存在較大差距。
鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和路徑
結(jié)合我國鋁行業(yè)碳排放特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和路徑主要包括提高能源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、零碳(負(fù)碳)技術(shù)開發(fā)等。
節(jié)能提效,降低碳排放強(qiáng)度
2005年,《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》首次把節(jié)約資源上升為我國的“基本國策”。自2006年至今的3個(gè)“五年規(guī)劃”中,降低單位GDP能耗的節(jié)能指標(biāo)始終被列為“五年規(guī)劃”的重要約束性指標(biāo)之一。2006—2019年,我國單位GDP能耗下降了42.5%,單位GDP二氧化碳排放量下降了47.9%,電解鋁交流電耗從14575 kWh/t降到13555 kWh/t,下降了約7.0%。
多方測算表明,節(jié)能和提高能源利用效率對我國實(shí)現(xiàn)2030年前碳排放達(dá)峰目標(biāo)的貢獻(xiàn)在70%以上,可再生能源和核電的貢獻(xiàn)接近30%。二氧化碳捕獲和封存技術(shù)對我國2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)很難做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
因此,要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和,應(yīng)加大節(jié)能技術(shù)及設(shè)備的推廣應(yīng)用,創(chuàng)新合同能源管理等第三方節(jié)能服務(wù)模式,推進(jìn)節(jié)能技術(shù)、節(jié)能設(shè)備、能源梯級(jí)利用和余熱利用,使提高能源利用效率的項(xiàng)目落地;加強(qiáng)全流程、全鏈條、全要素對標(biāo)管理,進(jìn)行節(jié)能診斷,發(fā)現(xiàn)差距,開展精益管理,以持續(xù)改進(jìn)為載體,挖掘節(jié)能降耗潛力,優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
優(yōu)化鋁產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高再生鋁產(chǎn)量
鞏固化解電解鋁過剩產(chǎn)能,嚴(yán)控電解鋁4500萬t天花板產(chǎn)能;加大“城市礦山”開發(fā)力度,大力發(fā)展短流程冶煉工藝,大幅度提高再生鋁生產(chǎn)能力,提高再生鋁比例;選擇沿海和水電豐富的綠色能源地區(qū)進(jìn)行鋁產(chǎn)業(yè)布局,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展,打造鋁集群化產(chǎn)業(yè)基地,降低物流運(yùn)輸和金屬重熔過程中的碳排放。
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)鋁產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),收縮電解鋁火電產(chǎn)能,增加清潔能源使用比例,是實(shí)現(xiàn)鋁行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和最直接和最有效的途徑。主要措施包括:
1)淘汰燃煤自備電廠,或者通過自備機(jī)組發(fā)電權(quán)置換,利用清潔能源置換火電;
2)對自備電廠進(jìn)行清潔化改造,用低碳或零碳能源替換燃煤;
3)利用企業(yè)廠房及周邊環(huán)境,建設(shè)風(fēng)、光電站,配合儲(chǔ)能技術(shù),實(shí)現(xiàn)清潔能源直供;
4)依托水電、核電資源,置換電解鋁產(chǎn)能,實(shí)現(xiàn)清潔能源直接利用;
5)推行低碳運(yùn)輸,逐步引進(jìn)電動(dòng)、氫能運(yùn)輸車輛。
推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)顛覆性降碳技術(shù)突破
整合國內(nèi)科研院所,組建中國有色金屬行業(yè)低碳綠色發(fā)展創(chuàng)新平臺(tái),圍繞節(jié)能降碳、清潔生產(chǎn)、清潔能源等領(lǐng)域布局前瞻性、戰(zhàn)略性、顛覆性項(xiàng)目,實(shí)施綠色技術(shù)攻關(guān)行動(dòng),力爭在鋁行業(yè)中實(shí)現(xiàn)無廢冶金、高效超低能耗鋁電解槽、惰性陽極以及二氧化碳捕集、利用和封存技術(shù)等方面取得突破,為綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐。
結(jié)束語:2021年7月30日,中共中央政治局召開會(huì)議,提出要統(tǒng)籌有序做好碳達(dá)峰、碳中和工作,盡快出臺(tái)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案,堅(jiān)持全國一盤棋,糾正運(yùn)動(dòng)式“減碳”,先立后破,堅(jiān)決遏制“兩高”項(xiàng)目盲目發(fā)展。鋁行業(yè)作為碳排放大戶,要以碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)為契機(jī),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí),通過不斷提升能效、大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加清潔能源使用、推動(dòng)科技創(chuàng)新,促進(jìn)產(chǎn)品應(yīng)用,搶占國際低碳發(fā)展制高點(diǎn)。
作者簡介
杜心 博士,中鋁環(huán)保節(jié)能集團(tuán)有限公司技術(shù)總監(jiān),國家有色行業(yè)碳配額分配方法工作組專家,國家碳市場幫助平臺(tái)有色行業(yè)專家。參編《中國電解鋁生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》《其他有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》《溫室氣體排放核算與報(bào)告要求第4部分:鋁冶煉企業(yè)》(GB/T 32151.4-2015),參與國際鋁行業(yè)碳中和路徑研究,《國家發(fā)展改革委與聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署合作項(xiàng)目》《中國有色金屬行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法研究》課題研究。
責(zé)任編輯:孟慶科
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