我國(guó)有色金屬行業(yè)碳達(dá)峰之見(jiàn)解

徐明洪 馮東琴 邵澤超 林如海｜文

我國(guó)已經(jīng)明確了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的時(shí)間并加快構(gòu)建相關(guān)政策體系。控制工業(yè)碳排放對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)尤為重要。作為工業(yè)的重要組成部分，有色金屬行業(yè)經(jīng)過(guò)30 多年的快速發(fā)展，產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)也使得其碳排放總量增長(zhǎng)較大。我國(guó)銅、鋁、鉛、鋅等基本有色金屬行業(yè)由于產(chǎn)量達(dá)峰將提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，小品種金屬產(chǎn)量將繼續(xù)增長(zhǎng)但對(duì)有色金屬全行業(yè)碳達(dá)峰影響微小。建議加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)前瞻性研究，建立規(guī)范的碳交易市場(chǎng)，開(kāi)展碳稅征收和負(fù)碳減稅工作。

“碳達(dá)峰與碳中和”的概念

碳達(dá)峰是指在特定范圍內(nèi)，比如某個(gè)地區(qū)或某個(gè)行業(yè)的二氧化碳排放達(dá)到峰值。例如，我國(guó)承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值之后逐步降低。碳中和是指在某個(gè)特定范圍內(nèi)測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，然后通過(guò)植樹(shù)造林、節(jié)能減排等形式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。我國(guó)已承諾到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。從碳達(dá)峰到碳中和僅用30年時(shí)間，世界上還沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家在30年間實(shí)現(xiàn)碳中和的。

全球二氧化碳排放量逐年增加，2019年全球排放量達(dá)341.7億噸，1965-2019年年均復(fù)合增速2.1%。作為發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)工業(yè)及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展并由此產(chǎn)生了大量的溫室氣體，2019年我國(guó)二氧化碳排放量101.7億噸。盡管我國(guó)人均碳排放量不足8噸，與歐盟相當(dāng)，遠(yuǎn)低于美國(guó)人均水平，但是我國(guó)碳排放總量約占全球碳排放總量的三分之一，分別是美國(guó)和歐盟的2倍和3倍。因此，我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”勢(shì)在必行，而且任務(wù)十分艱巨。

“碳達(dá)峰與碳中和”有時(shí)空范圍限制

1.時(shí)間限制

從現(xiàn)在開(kāi)始到2030年，我國(guó)每年碳排放總量還將增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)速度要控制，要讓增速快速降低。到2030年二氧化碳排放達(dá)到頂峰，之后先緩慢下降，與2030年之前的緩慢增長(zhǎng)年份共同形成一個(gè)平臺(tái)期，而后逐漸加速下降，到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。雖然時(shí)間有限制，但發(fā)展要循序漸進(jìn)，防止冒進(jìn)。中共中央政治局7月30日召開(kāi)會(huì)議要求，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(guó)一盤棋，糾正運(yùn)動(dòng)式“減碳”，先立后破。

2.空間限制

對(duì)碳排放量的測(cè)算，有一定的地域范圍或特定的產(chǎn)業(yè)范圍限制，譬如汽車行業(yè)、有色金屬行業(yè)、某國(guó)、某省、某市等等，也可以以個(gè)人或團(tuán)體單位核算。

以行業(yè)、產(chǎn)品為單位相對(duì)容易建立碳計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，追蹤碳足跡。但由于很多行業(yè)構(gòu)成上下游關(guān)系，以行業(yè)計(jì)算，會(huì)有很多重復(fù)計(jì)算。如果每個(gè)行業(yè)都實(shí)現(xiàn)了“碳達(dá)峰、碳中和”，那么包涵所有這些行業(yè)在內(nèi)的地域空間范圍內(nèi)一定也是實(shí)現(xiàn)了“碳達(dá)峰、碳中和”。

以地域范圍來(lái)計(jì)算，不易進(jìn)行單一產(chǎn)品碳核算，但是容易核算排放總量，可以以地區(qū)在核算時(shí)間內(nèi)消耗的各種碳量總和來(lái)計(jì)算。

工業(yè)碳的產(chǎn)生

1.二氧化碳的來(lái)源

地球上的二氧化碳有五大來(lái)源，分別是：有機(jī)物（包括動(dòng)植物）在分解、發(fā)酵、腐爛、變質(zhì)的過(guò)程中釋放出的二氧化碳；糞便、腐殖酸在發(fā)酵、熟化的過(guò)程中釋放出的二氧化碳；動(dòng)物在呼吸過(guò)程中吸入氧氣后呼出的二氧化碳；石油、石蠟、煤炭、天然氣燃燒過(guò)程中釋放出的二氧化碳，石油化工、煤化工在生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程中釋放出的二氧化碳；冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中使用碳作為還原劑的碳熱還原工藝過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳，如鐵、鐵合金、硅等。其他工業(yè)中，若使用含碳物質(zhì)作為媒介，其中的碳多數(shù)轉(zhuǎn)化為二氧化碳。此外，據(jù)全球?qū)崟r(shí)碳數(shù)據(jù)（Carbon Monitor）的每日碳排放檢測(cè)方法，全球的二氧化碳排放量主要來(lái)自電力（39%）、工業(yè)生產(chǎn)（28%）、陸運(yùn)（18%）、航空（3%）、船運(yùn)（2%）以及居民消耗（10%）。

2.工業(yè)二氧化碳的產(chǎn)生

工業(yè)是碳排放的重要領(lǐng)域，主要是工業(yè)領(lǐng)域中使用化石能源和碳質(zhì)還原劑產(chǎn)生二氧化碳，約占社會(huì)碳排放總量的70%。能源行業(yè)是最大的碳排放行業(yè)。由于當(dāng)前我國(guó)能源結(jié)構(gòu)偏煤、油、氣等化石能源，而且借鑒美國(guó)碳達(dá)峰前后的能源消費(fèi)、碳排放強(qiáng)度等基本特征和變化規(guī)律，結(jié)合我國(guó)能源資源稟賦和經(jīng)濟(jì)社會(huì)所處發(fā)展階段，今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)完全退出煤炭等化石能源。據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)能源需求結(jié)構(gòu)將順應(yīng)全球發(fā)展趨勢(shì)，不斷向清潔、低碳化發(fā)展。煤炭占比穩(wěn)步下降，2030年和2050年將分別降至47.1%和32.4%。2030年后清潔能源將逐步替代煤炭，其中非化石能源占比增幅較大，2030年和2050年將分別達(dá)到20.4%和35%。

利用非清潔能源開(kāi)展生產(chǎn)活動(dòng)的地區(qū)，高耗能產(chǎn)品的單位碳排放量相對(duì)較高。再加上產(chǎn)業(yè)規(guī)模大，行業(yè)的碳排放總量就大，比如化工、建材、鋼鐵和電解鋁。有些品種的金屬冶煉還要用到碳質(zhì)還原劑，多數(shù)碳質(zhì)還原劑的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)最終也是通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸寂欧?。工業(yè)生產(chǎn)也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳以外的其他溫室氣體，比如氟化物、甲烷和氮氧化物等，其二氧化碳當(dāng)量值更高。

3.控制工業(yè)碳排放的主要途徑

第一，控制生產(chǎn)規(guī)模。我國(guó)碳排放總量大的主要原因是生產(chǎn)總量大，工信部數(shù)據(jù)顯示，在世界500多種主要工業(yè)品種中，我國(guó)大約有220多種產(chǎn)品的產(chǎn)量居世界第一?；茉础撹F、化工、建材、電解鋁等產(chǎn)業(yè)的碳排放量尤為巨大，在工業(yè)碳排放中占了大部分。2020年，我國(guó)全社會(huì)碳排放量約106億噸，其中電力行業(yè)碳排放量約46億噸，排第一位，占我國(guó)當(dāng)年碳總排放量的43%，工業(yè)領(lǐng)域碳排放量約43億噸。我國(guó)鋼鐵工業(yè)二氧化碳年排放量近20億噸，建材行業(yè)二氧化碳排放量14.8億噸。根據(jù)2020年的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)有色金屬行業(yè)二氧化碳排放量約6.6億噸，其中鋁工業(yè)二氧化碳排放量約5.5 億噸，占有色金屬行業(yè)的83.3%，其中電解鋁碳排放量4.2億噸。由此可見(jiàn)，控制生產(chǎn)規(guī)模是控制工業(yè)碳排放的重要途徑之一。

第二，改變能源結(jié)構(gòu)。為順利實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)，必須大力推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)變革，通過(guò)更多使用非化石能源來(lái)改善碳排放。比如，有色金屬工業(yè)中的電解鋁、工業(yè)硅、多晶硅等產(chǎn)業(yè)遷往水電資源豐富的云南、四川、青海等地。

第三，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)降低單位產(chǎn)品能耗、物耗等辦法，降低碳排放水平，比如余熱利用、余氣利用和中間物質(zhì)循環(huán)利用等。

第四，改變工藝。用其他還原劑代替某些化學(xué)、冶金工業(yè)的碳還原劑，比如，鋼鐵行業(yè)提出用氫還原工藝煉鋼。

西安交通大學(xué)袁曉玲等在《中國(guó)工業(yè)部門碳排放峰值預(yù)測(cè)及減排潛力研究》中的成果表明：（1）僅在低碳背景下，工業(yè)部門整體達(dá)峰時(shí)間是2028年，早于2030年全國(guó)整體碳達(dá)峰目標(biāo)。因此，中國(guó)整體碳達(dá)峰的重要前提是工業(yè)部門碳達(dá)峰。（2）從八大細(xì)分行業(yè)[采掘、輕工、紡織、石油、化工、冶金（包括鋼鐵和有色）、機(jī)電和電力]的碳排放趨勢(shì)來(lái)看，基準(zhǔn)情景下僅輕工和石油業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)2030年前達(dá)峰。但低碳背景下八大行業(yè)均能在2030年前達(dá)峰，高耗能背景下各細(xì)分行業(yè)只有在2040年前才能達(dá)峰。冶金、化工、電力、石油和采掘業(yè)等細(xì)分行業(yè)占據(jù)了工業(yè)近90%以上的碳排放，尤其是冶金和化工業(yè)，因而工業(yè)部門碳排放達(dá)峰是以上述部門達(dá)峰為前提的。（3）八大細(xì)分行業(yè)中，化工和冶金工業(yè)屬于高減排潛力-高增排風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，采掘業(yè)屬于高減排潛力-低增排風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，紡織和石油業(yè)屬于低減排潛力-低增排風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)。工業(yè)行業(yè)整體碳減排潛力約為8.52 億噸，可實(shí)現(xiàn)提前5年達(dá)峰，但同時(shí)也存在15.85億噸增排風(fēng)險(xiǎn)，這將導(dǎo)致達(dá)峰時(shí)間推遲11年。因此，根據(jù)各細(xì)分行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工藝特點(diǎn)采取相應(yīng)的碳排放控制途徑和措施，才能更充分地發(fā)揮各自的減排潛力。

有色金屬行業(yè)控制碳排放之初見(jiàn)

1.基本金屬行業(yè)由于產(chǎn)量達(dá)峰將提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰

經(jīng)過(guò)30 多年的連續(xù)高速增長(zhǎng)，我國(guó)多數(shù)有色金屬產(chǎn)品的產(chǎn)量不僅居世界首位，而且在全球占有很大的比例，有的占比甚至達(dá)到50%以上。由于有色金屬產(chǎn)量增長(zhǎng)快，相應(yīng)碳排放總量增長(zhǎng)也大，其中鋁行業(yè)碳排放量占有色金屬的83.3%。因此，就有色金屬行業(yè)碳達(dá)峰來(lái)說(shuō)，最主要的是鋁行業(yè)的碳達(dá)峰。

我國(guó)銅、鋁、鉛、鋅等基本有色金屬形成的足夠大的產(chǎn)能規(guī)模和巨大的社會(huì)蓄積量，加之這些金屬回收再生率逐年增高，使得原生金屬冶煉的增長(zhǎng)潛力不大，產(chǎn)能規(guī)模接近達(dá)峰，加上行業(yè)大力采取節(jié)能降耗和減排措施，碳達(dá)峰是完全有可能實(shí)現(xiàn)，而且是可能提前實(shí)現(xiàn)的。而碳中和需要從三個(gè)維度去實(shí)現(xiàn)：一是產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在維持峰值平臺(tái)一段時(shí)間以后，會(huì)逐漸下降到一個(gè)新的平臺(tái)；二是能源結(jié)構(gòu)的改變，將大量采用“綠電”；三是自身生產(chǎn)綠色負(fù)碳產(chǎn)品，輸出負(fù)碳產(chǎn)品給下游用戶，為下游用戶減碳，交換回來(lái)碳指標(biāo)。

據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，我國(guó)鋁產(chǎn)業(yè)碳達(dá)峰峰值為6億噸，較2020年增長(zhǎng)0.5億噸，年均增長(zhǎng)1.8%；電解鋁行業(yè)2025年碳排放達(dá)到峰值后將開(kāi)始下降。有色金屬行業(yè)碳排放峰值也將于2025年后達(dá)到，峰值為7.5億噸左右，較2020年增長(zhǎng)0.9億噸。

2.小品種金屬產(chǎn)量將繼續(xù)增長(zhǎng)，但對(duì)有色金屬全行業(yè)碳達(dá)峰影響微小

依據(jù)現(xiàn)代化進(jìn)程的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指標(biāo)綜合判斷，目前我國(guó)現(xiàn)代化程度與美國(guó)1950-1970年相當(dāng)，這一差距要求持續(xù)推進(jìn)現(xiàn)代化進(jìn)程，仍然需要能源支撐。

中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在其發(fā)布的2017 版《2050年世界與中國(guó)能源展望》報(bào)告中認(rèn)為，我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)清潔、低碳化特征，清潔能源是2030年前新增能源主體，2030年后逐步替代煤炭，2045年前后占比超過(guò)50%。

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，我國(guó)能源發(fā)展將主要有三大路徑，其中兩條途徑都是要擴(kuò)大有色金屬的消費(fèi)量。一是持續(xù)提高能源效率，減少能源消費(fèi)；二是大力發(fā)展新能源，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。有色金屬材料具備優(yōu)良的熱、電和磁等性能，而且是優(yōu)良的減重材料，將為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)發(fā)揮重要作用。例如，提高能源效率，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電技術(shù)，逐步提高非化石能源發(fā)電占比，持續(xù)優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)，就需要大量熱、電和磁性能優(yōu)良的有色金屬材料。新能源的發(fā)電、儲(chǔ)能和能量轉(zhuǎn)換材料的使用量會(huì)大幅增加，這既包括基本金屬，也包括小品種金屬。但是由于基本金屬本身規(guī)模相對(duì)較大，能源領(lǐng)域里的增量可以和其他領(lǐng)域里消費(fèi)減量進(jìn)行結(jié)構(gòu)性對(duì)沖，而小品種金屬則會(huì)形成凈增量。

小品種金屬可以有力助推負(fù)碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。負(fù)碳經(jīng)濟(jì)是以吸收和轉(zhuǎn)化二氧化碳為主要形態(tài)的經(jīng)濟(jì)模式。它是在永續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、清潔能源開(kāi)發(fā)等多種手段“控制”實(shí)現(xiàn)二氧化碳的零排放，不僅“吸納”并消除經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中產(chǎn)生的全部二氧化碳，同時(shí)還額外消耗二氧化碳，從而使經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入“負(fù)碳時(shí)代”。新能源創(chuàng)新和新材料創(chuàng)新是負(fù)碳經(jīng)濟(jì)的兩個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域和發(fā)展方向。其中，新材料創(chuàng)新是指對(duì)材料組成、結(jié)構(gòu)、性能及使用行為的研發(fā)與生產(chǎn)，賦予生物材料、復(fù)合新材料、超導(dǎo)材料、能源材料、智能材料、磁性材料和納米材料全新內(nèi)涵的創(chuàng)新。

對(duì)小品種有色金屬來(lái)說(shuō)，由于其功能特性，將為新能源與新材料創(chuàng)新提供基礎(chǔ)保障，在“碳達(dá)峰、碳中和”過(guò)程中，為社會(huì)提供全生命周期負(fù)碳產(chǎn)品，可以幫助全社會(huì)減碳。在這方面，小品種金屬材料將會(huì)大顯身手。因此，需求將持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模在形成足夠的社會(huì)蓄積量之前將不斷擴(kuò)大，不能通過(guò)控制生產(chǎn)規(guī)模的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。盡管如此，由于其總量相對(duì)基本金屬來(lái)說(shuō)有限，再加上采取一些減碳措施，總體對(duì)有色金屬全行業(yè)的碳排放貢獻(xiàn)比率不會(huì)產(chǎn)生多大影響。

但是，這些小品種金屬的產(chǎn)量規(guī)模上升會(huì)給其他行業(yè)的碳減排帶來(lái)巨大的收益。譬如，太陽(yáng)能發(fā)電材料多晶硅、銦、鎵等金屬，儲(chǔ)能材料涉及的鋰、鈉、鎂以及輕量化結(jié)構(gòu)材料等，都將給下游行業(yè)的碳減排帶來(lái)好處，因此，都會(huì)有較大的消費(fèi)需求增長(zhǎng)潛力。

例如，以現(xiàn)有技術(shù)水平估計(jì)，生產(chǎn)1千克單晶硅耗費(fèi)的電力大約115千瓦時(shí)，但是1千克單晶硅制造成光伏電池，在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)平均發(fā)電10800千瓦時(shí)，電力回報(bào)近100倍。就是把光伏裝機(jī)之前的全產(chǎn)業(yè)鏈能耗都算上，保守計(jì)算每瓦單晶光伏裝機(jī)耗電大約0.94度，但是每瓦單晶光伏每年平均發(fā)電1.13度，0.83年就能回收投入的能源。一般單晶組件使用壽命至少30年，壽命期發(fā)電量33.9 度，每瓦單晶光伏生命周期給社會(huì)貢獻(xiàn)電量33度。這樣的產(chǎn)品在全生命周期里就是負(fù)碳產(chǎn)品。根據(jù)中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)CLCD數(shù)據(jù)，中國(guó)電網(wǎng)電力（各種電力混合后的平均值）1度電的二氧化碳排放量是0.96千克左右，那么，每瓦單晶光伏電站全生命周期可為社會(huì)減少二氧化碳排放31.68千克。為了使得光伏發(fā)電更適合應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)分布式光伏發(fā)電加裝儲(chǔ)能系統(tǒng)，每瓦光伏發(fā)電配裝4瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，根據(jù)Ecoinvent Database（V3.0）的相關(guān)數(shù)據(jù)，約耗電4.01度電，意味著全系統(tǒng)電能投入產(chǎn)出比為（4.01+0.94）/33.9=1/6.85。

幾點(diǎn)建議

一是加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)前瞻性研究，尤其是產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)和工藝發(fā)展趨勢(shì)及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的研究，從而可以追蹤碳足跡，做好產(chǎn)品的碳核算，制定碳核算標(biāo)準(zhǔn)；二是在完整的碳核算并建立產(chǎn)品碳標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立規(guī)范的碳交易市場(chǎng)；三是開(kāi)展碳稅征收和負(fù)碳減稅工作。只有對(duì)碳減排有貢獻(xiàn)的進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)減排有危害的進(jìn)行懲罰，才會(huì)有良好的社會(huì)效果。