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您当前的位置:环保 >  >   来源:有色冶金节能  作者:杜心 谢文俊等  2021/11/2 8:47:19  我要投稿  
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:近期,国家发改委、国资委委托相关行业协会、研究院所围绕、约束下电力、建材、有色等重点行业的发展路径开展研究。是发展国民经济与提高人民生活水平的基础工业,也是有色行业最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各环节,包括铝土矿开采、氧化铝冶炼、原生铝电解、铝材、最终产品生产和再生铝回收利用,以及上游能源的生产过程,均会排放CO2。因此,探索铝工业碳减排路径对实现我国碳达峰与碳中和目标至关重要。

今天,小编向大家推荐论文《我国铝行业碳达峰碳中和路径研究》(作者 杜心),发表在《有色冶金节能》2021年第4期。

引文格式:

杜心,谢文俊,王世兴. 我国铝行业碳达峰碳中和路径研究[J]. 有色冶金节能,2021, 37(4): 1-4.

铝行业碳达峰、碳中和

碳达峰、碳中和的定义

根据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的定义,碳达峰是指某个地区或行业年度CO2排放量达到历史最高值,然后进入持续下降的过程,是CO2排放量由增转降的历史拐点。碳达峰包括达峰年份和峰值。碳中和是指人类活动产生的CO2排放量,与CO2去除技术(如植树造林)应用实现的吸收量达到平衡。

铝行业碳达峰、碳中和目标

2019年10月,国际铝业协会理事会第96次会议决定成立了温室气体减排途径工作组,负责国际铝行业温室气体碳减排途径工作,并初步拟定了铝行业温室气体排放覆盖范围及2050年温室气体零净排放目标和途径。

2021年3月,国际铝业协会发布了《2050年铝业温室气体排放路径》,提出全球铝行业温室气体减排目标:到2050年,在全球铝产量17000万t(其中原铝产量9000万t)条件下,全球铝行业覆盖全产业链(铝土矿、氧化铝及电解铝生产、铝加工制造,以及废料回收、再生)的排放总量为 2.5 亿t CO2当量;其中,所有与原铝生产相关的工艺流程(特别是冶炼过程)中耗电产生的排放量将近于零,直接排放为2亿t CO2当量,回收和制造过程中的燃料燃烧和电力消耗排放0.5亿t CO2当量。

参照国际铝业温室气体减排目标,结合我国当前铝行业CO2排放现状,以及中国有色金属工业协会提出的有色行业力争2025年前实现碳达峰,2040年减排40%目标,预计我国铝行业有望于2025年实现碳达峰,峰值约为5.6亿t CO2当量。

铝行业排放现状

2018 年,全球铝产量为9500万t,其中,原铝产量6400万t,再生铝产量3100万t。全球铝行业CO2排放量11.3亿t当量。同期,我国铝产量为4275万t,其中,原铝产量3580万t,再生铝产量695万t,我国铝行业CO2排放量5.2亿t当量。

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图1 2018年全球与中国铝行业CO2排放量

铝行业包括原铝生产(铝采矿开采、氧化铝生产、阳极生产、电解铝生产)、再生铝及铝加工及产品制造等产业链,其中原铝生产CO2排放量约占铝行业CO2排放量的94.85%,见图2。

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图2 铝行业中各产业二氧化碳排放占比

原铝生产中,能源消耗排放的CO2占比较大,达到77.5%(其中,电能消耗排放的CO2量约占64.3%,热能消耗排放的CO2量占比13.1%)。

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图3 原铝生产中各排放源占比图

我国铝行业碳排放特点

我国电解铝生产中煤电占比大

与欧美电解铝企业相比,我国电解铝行业在电解环节上的排碳量较高,主要原因是国内原铝电力能源严重依赖火电。据统计,2020年底,我国电解铝运行产能消耗的自备电占比65.2%,网电占比34.8%。其中,自备电全部为火电,网电按照各区域电网的发电结构进行划分。经测算,在电解铝的能源结构中,火电占比88.1%,非化石能源占比11.9%。

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表1 2020年国外主流铝企业能源结构对比

电解铝、氧化铝能耗指标

大幅下降的空间有限

目前,原铝生产最典型的生产工艺仍为冰晶石-氧化铝融盐电解法(霍尔-埃鲁特熔盐电解法)。经过100多年来的持续工艺优化,氧化铝、电解铝生产工艺指标潜力挖掘已接近极限,在没有发生颠覆性生产工艺改变的条件下,铝冶炼各项指标下降空间有限。

关键降碳技术仍存在瓶颈

铝冶炼生产中,低温余热回收、无废冶金、惰性阳极、高效超低能耗铝电解、二氧化碳捕集利用等零碳、负碳核心技术的储备不足。

再生铝占比较低

测算表明,再生铝二氧化碳排放量仅为原铝二氧化碳排放量的4%左右。2020年,全球铝产量为9910万t,其中再生铝产量3380万t,占全球铝产量的34.1%。同年,我国铝产量为4448万t,其中再生铝产量740万t,占国内铝产量的16.6%。我国再生铝产量与国际平均水平存在较大差距。

铝行业实现碳达峰碳中和路径

结合我国铝行业碳排放特点,实现碳达峰、碳中和路径主要包括提高能源利用效率、产业结构调整、能源结构调整、零碳(负碳)技术开发等。

节能提效,降低碳排放强度

2005年,《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》首次把节约资源上升为我国的“基本国策”。自2006年至今的3个“五年规划”中,降低单位GDP能耗的节能指标始终被列为“五年规划”的重要约束性指标之一。2006—2019年,我国单位GDP能耗下降了42.5%,单位GDP二氧化碳排放量下降了47.9%,电解铝交流电耗从14575 kWh/t降到13555 kWh/t,下降了约7.0%。

多方测算表明,节能和提高能源利用效率对我国实现2030年前碳排放达峰目标的贡献在70%以上,可再生能源和核电的贡献接近30%。二氧化碳捕获和封存技术对我国2030年前实现碳达峰目标很难做出实质性贡献。

因此,要实现碳达峰、碳中和,应加大节能技术及设备的推广应用,创新合同能源管理等第三方节能服务模式,推进节能技术、节能设备、能源梯级利用和余热利用,使提高能源利用效率的项目落地;加强全流程、全链条、全要素对标管理,进行节能诊断,发现差距,开展精益管理,以持续改进为载体,挖掘节能降耗潜力,优化技术经济指标。

优化铝产业结构,提高再生铝产量

巩固化解电解铝过剩产能,严控电解铝4500万t天花板产能;加大“城市矿山”开发力度,大力发展短流程冶炼工艺,大幅度提高再生铝生产能力,提高再生铝比例;选择沿海和水电丰富的绿色能源地区进行铝产业布局,推动产业集聚发展,打造铝集群化产业基地,降低物流运输和金属重熔过程中的碳排放。

优化能源结构,实现铝产业绿色发展

优化能源结构,收缩电解铝火电产能,增加清洁能源使用比例,是实现铝行业碳达峰、碳中和最直接和最有效的途径。主要措施包括:

1)淘汰燃煤自备电厂,或者通过自备机组发电权置换,利用清洁能源置换火电;

2)对自备电厂进行清洁化改造,用低碳或零碳能源替换燃煤;

3)利用企业厂房及周边环境,建设风、光电站,配合储能技术,实现清洁能源直供;

4)依托水电、核电资源,置换电解铝产能,实现清洁能源直接利用;

5)推行低碳运输,逐步引进电动、氢能运输车辆。

推动技术创新,实现颠覆性降碳技术突破

整合国内科研院所,组建中国有色金属行业低碳绿色发展创新平台,围绕节能降碳、清洁生产、清洁能源等领域布局前瞻性、战略性、颠覆性项目,实施绿色技术攻关行动,力争在铝行业中实现无废冶金、高效超低能耗铝电解槽、惰性阳极以及二氧化碳捕集、利用和封存技术等方面取得突破,为绿色发展提供技术支撑。

结束语

2021年7月30日,中共中央政治局召开会议,提出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,坚决遏制“两高”项目盲目发展。铝行业作为碳排放大户,要以碳达峰、碳中和目标为契机,促进产业升级,通过不断提升能效、大力调整产业结构、增加清洁能源使用、推动科技创新,促进产品应用,抢占国际低碳发展制高点。

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