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碳达峰碳中和 电解铝如何“火中取栗”

中国有色金属报2021/03/31 10:07:01

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铝道网】自从去年9月份习近平主席在联合国大会上提出我国碳达峰碳中和目标后,碳达峰碳中和迅速成为2020年的热词,在2021年又迅速转化成一项“热行动”。多个部委将碳达峰碳中和纳入2021年工作计划,多个省市(自治区、直辖市)也将碳达峰碳中和纳入各自“十四五”规划当中。2月25日,内蒙古自治区发改委、工信厅、能源局联合颁发了《关于确保完成“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施》,对重点用能行业进行压产调控。笔者以为,这标志着碳达峰碳中和行动已经进入落地实施阶段,“碳压产”将会成为一种常态和普遍现象。

受碳达峰碳中和行动影响Z大的行业,当属电解铝(也称原铝)行业。相关数据显示,2020年,我国电解铝产量3724.46万吨,以每吨电解铝耗电13500千瓦时计算,耗电量为5028亿千瓦时,占2020年社会用电量75110亿千瓦时的6.7%,这个用电占比在国内许多行业中当属较高者。从用能结构来看,电解铝生产中消耗能源的86%来自碳排放Z大的火电,因此,要实现碳达峰碳中和目标,电解铝行业难度很大。甚至有人形容电解铝行业若实现碳达峰碳中和目标,无异于“火中取栗”,是一项“不可能完成的任务”。但笔者经过深入调研、认真分析后认为,尽管电解铝行业实现碳达峰碳中和难度大,但这火中之“栗”,是必须要取的,而且也是能够取到的。

如何实现电解铝“火中取栗”,有四条路径:

第 一条路径:技术上的革命性创新。电解铝厂之所以被称作是“电老虎”,主要因为铝在电解过程中格外耗电。近年来,在我国铝冶炼行业中,每生产1吨电解铝的平均耗电为13500千瓦时,电费约占总生产成本的4成左右,是Z大的成本要素。因此,降低电耗,始终是电解铝行业降低成本、低碳排放的“牛鼻子”。通过一代又一代铝业人的不懈努力,目前我国吨铝电耗已经降至13500千瓦时以下,这在世界同行业中,已处于领先水平。虽则如此,依靠技术创新的常规性进步来降低电耗、降低碳排放依然是“杯水车薪”,距离“到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上”的目标相去甚远。除非是在技术上发生革命性创新、颠覆性变革,如用生物法生成原铝(无需用电),能耗和碳排放才会出现显著降低。但技术上的革命性创新和颠覆性变革不是敲锣打鼓就会实现的,自1886年美国人霍尔发明电解法生产金属铝以来,这一生产技术已沿用了130余年,至今没能找到替代电解法的新技术。所以,革命性创新和颠覆性变革的路子可以继续去探索,但寄望于它去达到碳达峰碳中和目标,并不现实。

第二条路径:用能上的结构性调整。我国的能源结构与碳达峰碳中和的要求差距甚大。从2020年的数据看,我国化石能源占一次能源比重为85%,包括核电、水电和可再生能源在内的低碳能源占比较低,其中水电占比8%,核电占比2%,可再生能源占比4%。化石能源是碳排放Z大的能源,我国每年使用化石能源产生的碳排放约为98亿吨,占全社会碳排放总量的近90%。我国2020年生产的3724.46万吨电解铝中,有3205万吨是用火电能源生产出来的,属于煤电铝,低碳能源占比不到15%。低碳能源占比低,就意味着调整用能结构、降低碳排放的空间大,这正是电解铝碳达峰碳中和的发力点。因此,我国电解铝的发展通过调整用能结构来实现碳达峰碳中和目标是可行的。中铝集团、魏桥集团、神火集团等几家大型铝企业已经开始行动起来,正在利用云南的水电资源发展水电铝,而中铝集团与中广核集团也正在广西防城港探索核电铝的发展模式,还有一些铝企业在“十四五”发展规划中作出了用电向低碳能源转型、产能向低碳能源区域转移的“双转”安排。未来,如果我国电解铝生产使用的低碳能源占比能够提高到30%以上,碳达标碳中和目标在电解铝行业提前实现将不再是遥不可及的梦想。

第三条路径:存量上的循环性使用。铝的优质特性有很多,其中一条就是可回收再生反复循环使用。这是因为铝的表面有致密的、能够自我生成的氧化物保护膜,足以保证它永远不会生锈(理论上金属铝可以全部回收进行再生循环利用)。因此,铝就有了“能源储蓄银行”的美称,也就是电解铝在生产过程中所消耗的能源,可以在以后的回收再生循环使用中“支取出来”返还给社会,因为回收的废铝在回炉再生中所消耗的能量只有生产电解铝时的4.9%,而且再生铝与原铝的品质完全相同。自从1888年铝产品开始商业化生产以来,全世界生产了近10亿吨铝,这些存量铝约有75%至今仍在使用中。反观日本没有一家电解铝企业,可它却是铝的消费大国,它的铝从哪里来?除了极少量的进口原铝外,绝大部分是再生铝。从2019年的数据来看,美国再生铝产量占其国内铝总产量的80.63%,而世界再生铝产量占世界铝总产量的比例平均为33.1%,而中国再生铝只占铝总产量的16.26%。如果“十四五”末期中国再生铝产量占比能够达到世界平均水平,即再生铝年产量达到1500万吨,那么,我们就完全可以提前实现碳达峰碳中和目标。这条路也是可行的,关键是我们要建立起科学完整又完善的废铝回收体系。

第四条路径:管理上的常规性降碳。管理是永恒的主题,通过加强管理来降碳也是永恒的主题。管理降碳的效果,跟技术的革命性创新、用能的结构性调整、存量的循环性使用所产生的效果,虽然可能不在一个数量级,没有太大的可比性,但虾米也是肉,积少成多,通过管理提升来降碳,也是很有意义的。如缩短流程,将电解铝生产链延伸到铝材加工,减少铝液铸锭和轧制前重熔的环节,节能降碳量和减少金属烧损量也是很可观的;又如持续优化工艺过程控制,加强余热回收等综合节能技术创新,也能起到降低能耗、降低物耗、降低碳排放强度的作用;再如开展以惰性阳极电解铝生产为代表的节能减排技术的研发、推广,来降低二氧化碳排放量。此处特别应该提到的是,要通过数字化、智能化、区块链化实现降碳效益,构建“互联网 降碳”新模式,实现电解铝产业链的精准降碳、智能降碳。在这一方面,中铝集团已经走在行业前端,5年前,中铝集团就设立了“降碳节”,通过开展“降碳节”活动,促进理念降碳、生产降碳、管理降碳、科技降碳和生活降碳,效果很是喜人。

电解铝企业是耗能大户这的确没错,“电老虎”的名号背在身上也不要紧,但行业要坚信:耗能大户必有节能降碳的大空间,只要我们选择适当的路径、科学地谋划、精准地实施、坚决地落实,那么,压力就会转化为动力,终将收获成果。如果电解铝提前实现碳达峰碳中和目标,实现了“火中取栗”,名号可憎的“电老虎”就会变成大家喜爱的“电熊猫”——而这,是完全可能的!

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