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我國鋁行業碳達峰碳中和路徑研究

2021-11-2 13:45 1070 0 來自: 有色冶金節能
簡介
【汽車碳中和】近期,國家發改委、國資委委托相關行業協會、研究院所圍繞碳達峰、碳中和約束下電力、建材、有色等重點行業的發展路徑開展研究。鋁工業是發展國民經濟與提高人民生活水平的基礎工業,也是有色行業最大 ...

 【汽車碳中和】近期,國家發改委、國資委委托相關行業協會、研究院所圍繞碳達峰、碳中和約束下電力、建材、有色等重點行業的發展路徑開展研究。鋁工業是發展國民經濟與提高人民生活水平的基礎工業,也是有色行業最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各環節,包括鋁土礦開采、氧化鋁冶煉、原生鋁電解、鋁材、最終產品生產和再生鋁回收利用,以及上游能源的生產過程,均會排放CO2。因此,探索鋁工業碳減排路徑對實現我國碳達峰與碳中和目標至關重要。今天,小編向大家推薦論文《我國鋁行業碳達峰碳中和路徑研究》(作者 杜心),發表在《有色冶金節能》2021年第4期。

鋁行業碳達峰、碳中和

碳達峰、碳中和的定義

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的定義,碳達峰是指某個地區或行業年度CO2排放量達到歷史最高值,然后進入持續下降的過程,是CO2排放量由增轉降的歷史拐點。碳達峰包括達峰年份和峰值。碳中和是指人類活動產生的CO2排放量,與CO2去除技術(如植樹造林)應用實現的吸收量達到平衡。

鋁行業碳達峰、碳中和目標

2019年10月,國際鋁業協會理事會第96次會議決定成立了溫室氣體減排途徑工作組,負責國際鋁行業溫室氣體碳減排途徑工作,并初步擬定了鋁行業溫室氣體排放覆蓋范圍及2050年溫室氣體零凈排放目標和途徑。

2021年3月,國際鋁業協會發布了《2050年鋁業溫室氣體排放路徑》,提出全球鋁行業溫室氣體減排目標:到2050年,在全球鋁產量17000萬t(其中原鋁產量9000萬t)條件下,全球鋁行業覆蓋全產業鏈(鋁土礦、氧化鋁及電解鋁生產、鋁加工制造,以及廢料回收、再生)的排放總量為 2.5 億t CO2當量;其中,所有與原鋁生產相關的工藝流程(特別是冶煉過程)中耗電產生的排放量將近于零,直接排放為2億t CO2當量,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當量。

參照國際鋁業溫室氣體減排目標,結合我國當前鋁行業CO2排放現狀,以及中國有色金屬工業協會提出的有色行業力爭2025年前實現碳達峰,2040年減排40%目標,預計我國鋁行業有望于2025年實現碳達峰,峰值約為5.6億t CO2當量。

鋁行業排放現狀

2018 年,全球鋁產量為9500萬t,其中,原鋁產量6400萬t,再生鋁產量3100萬t。全球鋁行業CO2排放量11.3億t當量。同期,我國鋁產量為4275萬t,其中,原鋁產量3580萬t,再生鋁產量695萬t,我國鋁行業CO2排放量5.2億t當量。

圖1 2018年全球與中國鋁行業CO2排放量

鋁行業包括原鋁生產(鋁采礦開采、氧化鋁生產、陽極生產、電解鋁生產)、再生鋁及鋁加工及產品制造等產業鏈,其中原鋁生產CO2排放量約占鋁行業CO2排放量的94.85%,見圖2。

圖2 鋁行業中各產業二氧化碳排放占比

原鋁生產中,能源消耗排放的CO2占比較大,達到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%)。

圖3 原鋁生產中各排放源占比圖

我國鋁行業碳排放特點

我國電解鋁生產中煤電占比大

與歐美電解鋁企業相比,我國電解鋁行業在電解環節上的排碳量較高,主要原因是國內原鋁電力能源嚴重依賴火電。據統計,2020年底,我國電解鋁運行產能消耗的自備電占比65.2%,網電占比34.8%。其中,自備電全部為火電,網電按照各區域電網的發電結構進行劃分。經測算,在電解鋁的能源結構中,火電占比88.1%,非化石能源占比11.9%。

表1 2020年國外主流鋁企業能源結構對比

電解鋁、氧化鋁能耗指標

大幅下降的空間有限

目前,原鋁生產最典型的生產工藝仍為冰晶石-氧化鋁融鹽電解法(霍爾-埃魯特熔鹽電解法)。經過100多年來的持續工藝優化,氧化鋁、電解鋁生產工藝指標潛力挖掘已接近極限,在沒有發生顛覆性生產工藝改變的條件下,鋁冶煉各項指標下降空間有限。

關鍵降碳技術仍存在瓶頸

鋁冶煉生產中,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、負碳核心技術的儲備不足。

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,全球鋁產量為9910萬t,其中再生鋁產量3380萬t,占全球鋁產量的34.1%。同年,我國鋁產量為4448萬t,其中再生鋁產量740萬t,占國內鋁產量的16.6%。我國再生鋁產量與國際平均水平存在較大差距。

鋁行業實現碳達峰碳中和路徑

結合我國鋁行業碳排放特點,實現碳達峰、碳中和路徑主要包括提高能源利用效率、產業結構調整、能源結構調整、零碳(負碳)技術開發等。

節能提效,降低碳排放強度

2005年,《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》首次把節約資源上升為我國的“基本國策”。自2006年至今的3個“五年規劃”中,降低單位GDP能耗的節能指標始終被列為“五年規劃”的重要約束性指標之一。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,節能和提高能源利用效率對我國實現2030年前碳排放達峰目標的貢獻在70%以上,可再生能源和核電的貢獻接近30%。二氧化碳捕獲和封存技術對我國2030年前實現碳達峰目標很難做出實質性貢獻。

因此,要實現碳達峰、碳中和,應加大節能技術及設備的推廣應用,創新合同能源管理等第三方節能服務模式,推進節能技術、節能設備、能源梯級利用和余熱利用,使提高能源利用效率的項目落地;加強全流程、全鏈條、全要素對標管理,進行節能診斷,發現差距,開展精益管理,以持續改進為載體,挖掘節能降耗潛力,優化技術經濟指標。

優化鋁產業結構,提高再生鋁產量

鞏固化解電解鋁過剩產能,嚴控電解鋁4500萬t天花板產能;加大“城市礦山”開發力度,大力發展短流程冶煉工藝,大幅度提高再生鋁生產能力,提高再生鋁比例;選擇沿海和水電豐富的綠色能源地區進行鋁產業布局,推動產業集聚發展,打造鋁集群化產業基地,降低物流運輸和金屬重熔過程中的碳排放。

優化能源結構,實現鋁產業綠色發展

優化能源結構,收縮電解鋁火電產能,增加清潔能源使用比例,是實現鋁行業碳達峰、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,或者通過自備機組發電權置換,利用清潔能源置換火電;

2)對自備電廠進行清潔化改造,用低碳或零碳能源替換燃煤;

3)利用企業廠房及周邊環境,建設風、光電站,配合儲能技術,實現清潔能源直供;

4)依托水電、核電資源,置換電解鋁產能,實現清潔能源直接利用;

5)推行低碳運輸,逐步引進電動、氫能運輸車輛。

推動技術創新,實現顛覆性降碳技術突破

整合國內科研院所,組建中國有色金屬行業低碳綠色發展創新平臺,圍繞節能降碳、清潔生產、清潔能源等領域布局前瞻性、戰略性、顛覆性項目,實施綠色技術攻關行動,力爭在鋁行業中實現無廢冶金、高效超低能耗鋁電解槽、惰性陽極以及二氧化碳捕集、利用和封存技術等方面取得突破,為綠色發展提供技術支撐。

結束語

2021年7月30日,中共中央政治局召開會議,提出要統籌有序做好碳達峰、碳中和工作,盡快出臺2030年前碳達峰行動方案,堅持全國一盤棋,糾正運動式“減碳”,先立后破,堅決遏制“兩高”項目盲目發展。鋁行業作為碳排放大戶,要以碳達峰、碳中和目標為契機,促進產業升級,通過不斷提升能效、大力調整產業結構、增加清潔能源使用、推動科技創新,促進產品應用,搶占國際低碳發展制高點。

引文格式:杜心,謝文俊,王世興. 我國鋁行業碳達峰碳中和路徑研究[J]. 有色冶金節能,2021, 37(4): 1-4.


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