廣西鋁產(chǎn)業(yè)碳減排研究

＊謝鴻 周永信

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1.廣西鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述

廣西富集鋁土礦資源，鋁產(chǎn)業(yè)是廣西代表性的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)，其總產(chǎn)值705.9億元，占所在市規(guī)上工業(yè)比重達(dá)58.9%，為廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。鋁產(chǎn)業(yè)也是一個高能耗、高排放行業(yè)，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均會釋放大量溫室氣體。2020年廣西鋁行業(yè)生產(chǎn)電力消耗占全區(qū)發(fā)電量21%，鋁工業(yè)碳排放總量約為3202.56萬噸，約占全區(qū)碳排放量的9.97%，占全區(qū)規(guī)上工業(yè)碳排放量的15.91%。因此，鋁產(chǎn)業(yè)是落實(shí)碳減排目標(biāo)的重要責(zé)任主體。但是區(qū)內(nèi)鋁行業(yè)在碳減排方面有著資源回收利用率較低、生產(chǎn)技術(shù)節(jié)能改造空間有限、清潔能源使用比例較低等問題[1]。若按照以往的發(fā)展規(guī)律，我區(qū)控制碳排放的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。

近年，自治區(qū)陸續(xù)出臺的《廣西壯族自治區(qū)人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)廣西鋁產(chǎn)業(yè)二次創(chuàng)業(yè)中長期方案的通知》（桂政辦發(fā)〔2015〕109號）、《自治區(qū)工業(yè)和信息化委關(guān)于印發(fā)廣西鋁精深加工產(chǎn)業(yè)集群及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展方案的通知》（桂工信原〔2018〕907號）、《廣西壯族自治區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[2-4]等文件顯示，鋁工業(yè)仍是“十四五”乃至更長一段時期內(nèi)帶動我區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)行業(yè)。

2.廣西鋁產(chǎn)業(yè)碳減排關(guān)鍵影響因素

(1)能源結(jié)構(gòu)偏煤

廣西水力資源豐富，區(qū)內(nèi)發(fā)電企業(yè)將水力轉(zhuǎn)化為水電，先是以最低限價交易到南方電網(wǎng)，再由南方電網(wǎng)制定新的上網(wǎng)電價，導(dǎo)致企業(yè)用電價格上升。電力改革不足，使得電價仍是廣西鋁企業(yè)運(yùn)行成本的影響因素[5]。為穩(wěn)定發(fā)展區(qū)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能，促進(jìn)鋁產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，打破能源電價限制，廣西“二次創(chuàng)業(yè)”方案中積極推進(jìn)煤電鋁一體化建設(shè)。例如：百色市為了滿足鋁產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展帶來的地區(qū)電力增長需求，在“十三五”期間上新了一批效率相對低下的小型煤電項(xiàng)目，形成百色區(qū)域電網(wǎng)，在當(dāng)前國內(nèi)先進(jìn)的百萬千瓦二次再熱機(jī)組的供電煤耗已經(jīng)低于270g/kW·h的情況下，百色市原有及新建自備電廠的供電煤耗分別為360g/kW·h、310 g/kW·h左右，僅僅達(dá)到全國2017年火電機(jī)組平均供電煤耗水平。且在2019年百色鋁產(chǎn)業(yè)及配套煤電迅猛增長，百礦鋁業(yè)、德寶鋁、信發(fā)鋁等多家企業(yè)電解鋁生產(chǎn)線投產(chǎn)、復(fù)產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)，全市碳排放強(qiáng)度較2015年上升了29.3%。鋁工業(yè)擴(kuò)能需求與碳排放控制要求存在較大矛盾。

(2)產(chǎn)業(yè)鏈條偏短

目前，廣西區(qū)內(nèi)本地氧化鋁企業(yè)與電解鋁企業(yè)未形成長期、穩(wěn)定的供求機(jī)制，強(qiáng)鋁制品就地加工轉(zhuǎn)化不高，再生鋁的回收和利用較少。因此，區(qū)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能規(guī)模偏小，氧化鋁就地轉(zhuǎn)化率不到50%[6]，影響項(xiàng)目的正常運(yùn)行及下游鋁加工的發(fā)展。廣西鋁精深加工發(fā)展始終不夠充分，產(chǎn)品附加值偏低。區(qū)內(nèi)鋁加工產(chǎn)品仍以初級原材料范疇的鋁棒、鋁線、鋁材、鋁箔為主。國內(nèi)高純鋁、精鋁等高品質(zhì)附加值的電解鋁產(chǎn)品對鋁含量要求需達(dá)到99.95%，而目前區(qū)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品基本為標(biāo)準(zhǔn)電解鋁產(chǎn)品，鋁含量僅為99.7%[7]。在一系列政策推動下雖有部分企業(yè)開始生產(chǎn)電子鋁箔、航空航天、汽車部件、軌道交通等較高附加值鋁產(chǎn)品，但產(chǎn)品產(chǎn)量較低。比如廣投新材料集團(tuán)龍頭企業(yè)南南鋁加工高端2/6/7系硬鋁合金產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)商用60%以上的市場份額，處于國內(nèi)領(lǐng)先位置，但供貨量無法達(dá)到國內(nèi)航天航空及軍工需求的1%（僅幾百噸）。還未形成具備較強(qiáng)競爭力的高端鋁加工產(chǎn)業(yè)集群[8]，產(chǎn)業(yè)協(xié)同融合發(fā)展程度較低，與汽車、機(jī)械、電子信息等下游產(chǎn)業(yè)的協(xié)同合作機(jī)制尚未形成，制造業(yè)與服務(wù)業(yè)融合發(fā)展程度低，制約區(qū)域的全面綠色轉(zhuǎn)型和低碳集約發(fā)展。

(3)廢鋁回收供應(yīng)不暢

目前廣西再生鋁發(fā)展較為滯后，尚未建立完善的再生鋁體系。2020年，全國再生鋁產(chǎn)量達(dá)745萬噸，新增投產(chǎn)或在建項(xiàng)目主要集中在云南、山東、福建等地。由于廢鋁原材料成分較復(fù)雜，區(qū)內(nèi)已投產(chǎn)項(xiàng)目多用于生產(chǎn)鑄造鋁合金，大部分優(yōu)質(zhì)鋁合金廢料被降級應(yīng)用，造成廢鋁資源的浪費(fèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣西目前準(zhǔn)備建設(shè)、已建及在建等再生鋁項(xiàng)目產(chǎn)能為280萬噸，但由于原料供應(yīng)不足，部分項(xiàng)目已備案卻沒有投入建設(shè)，現(xiàn)投產(chǎn)規(guī)模較小，體系發(fā)展較為滯后，尚未形成有規(guī)模的原料集散地及生產(chǎn)基地，沒有發(fā)揮區(qū)內(nèi)港口優(yōu)勢對國內(nèi)其他地區(qū)的廢鋁原料進(jìn)行調(diào)配，制約鋁循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

3.廣西鋁企業(yè)碳排放潛力分析

(1)氧化鋁碳排放狀況分析

根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》[9]《廣西信發(fā)鋁電有限公司擴(kuò)建工程（一期年產(chǎn)140萬噸氧化鋁和8噸電解鋁項(xiàng)目）環(huán)境影響報(bào)告書》核算得到噸氧化鋁生產(chǎn)帶來1.21t CO2排放，與生產(chǎn)噸氧化鋁會產(chǎn)生0.81t CO2的國際先進(jìn)水平相比，自治區(qū)氧化鋁生產(chǎn)在“減污”方面也存在一定的挖掘空間。目前廣西鋁企業(yè)采用的一般是一水硬鋁石，鋁土礦中氧化鋁含量約55%，全鐵品位15%左右，含鐵量較高。鋁企業(yè)生產(chǎn)氧化鋁時，鋁土礦中的鐵物質(zhì)會隨著原料一起進(jìn)入生產(chǎn)流程，不僅使整個流程中需要處理的物料量增大，還增加了能耗、堿液消耗等成本。由于鋁土礦品位高低與氧化鋁生產(chǎn)能耗有著直接的關(guān)系，因此可從生產(chǎn)原料質(zhì)量提升方面發(fā)掘氧化鋁生產(chǎn)中的“減污降碳”潛力。當(dāng)鋁土礦的鐵、硅雜質(zhì)含量比較高，生產(chǎn)氧化鋁需要消耗較多能源，可以通過提高氧化鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)選礦技術(shù)，達(dá)到低碳開采的同時也能全面提升氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量。早期中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源綜合利用研究所及閆武本人研究的“選礦-拜耳法”工藝，通過浮選來提高鋁土礦的品位，然后再用拜耳法進(jìn)行氧化鋁的生產(chǎn)，此項(xiàng)研究使得低品位鋁土礦利用問題徹底得到了解決，為我區(qū)氧化鋁生產(chǎn)能耗優(yōu)化提供了解決思路。此外，原料鋁土礦中鐵硅含量降低，還能減少赤泥的產(chǎn)生，為行業(yè)帶來綠色效益。

(2)電解鋁碳排放狀況分析

廣西電解鋁生產(chǎn)工藝水平雖較先進(jìn)，但火電仍為生產(chǎn)主要能源，根據(jù)《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）》[10]《百色百礦集團(tuán)有限公司（德保）高性能鋁材一體化項(xiàng)目（一期）環(huán)境影響報(bào)告書》核算得到，1t電解鋁生產(chǎn)時帶來的CO2排放量約為氧化鋁的7倍。電力消耗產(chǎn)生的大量碳排以及生產(chǎn)中附帶產(chǎn)生大量的固體廢棄物，使得電解鋁行業(yè)碳減排和綠色發(fā)展面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。被稱為國家級“綠色工廠”的索通公司是全球最大獨(dú)立鋁用預(yù)焙陽極生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，其使用優(yōu)質(zhì)預(yù)備陽極進(jìn)行生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)為未來電解鋁生產(chǎn)降耗減排指引了方向——優(yōu)質(zhì)預(yù)焙陽極可降低槽電壓、提高電流效率，因此在電解鋁生產(chǎn)過程中，可以通過使用優(yōu)質(zhì)預(yù)焙陽極以降低生產(chǎn)用電量，減少能源消耗，獲得電解過程的減排效果，噸鋁折合碳減排328～475kg的CO2。

(3)鋁產(chǎn)品碳排放狀況分析

根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》[9]《百色百礦集團(tuán)有限公司（德保）高性能鋁材一體化項(xiàng)目（一期）環(huán)境影響報(bào)告書》和經(jīng)驗(yàn)，對鋁產(chǎn)品溫室氣體排放量進(jìn)行核算，燃料燃燒為鋁產(chǎn)品的主要碳排放來源，鋁液和鋁錠生產(chǎn)鋁制品燃料燃燒排放CO2占比分別為66.67%、95.65%。對鋁材加工企業(yè)來說，碳減排可以從以下幾方面考慮：①提升清潔鋁的采購，提高水電鋁企業(yè)生產(chǎn)的電解鋁或鋁錠在生產(chǎn)中的占比，從源頭減少生產(chǎn)帶來的碳排；②提升熔煉工序能源利用，熔煉工序作為生產(chǎn)過程中耗能最高的一環(huán)，排放具有高熱能的煙氣有著良好的余熱利用價值，通過余熱回收裝置，熱能交換后產(chǎn)生的熱水可提供生產(chǎn)線或廠區(qū)員工生活使用，降低天然氣消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；③提升產(chǎn)品合格率，通過提高鋁材鑄件合格率，降低產(chǎn)品報(bào)廢率，不僅能為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，還能間接減少因二次生產(chǎn)鋁材鑄件帶來的碳排放和噴涂產(chǎn)生的有機(jī)物排放。

(4)鋁產(chǎn)業(yè)全生命周期碳排放狀況比較與討論

從鋁產(chǎn)業(yè)全生命周期角度，根據(jù)《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體通用核算方法》[9]《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》[10]和鋁產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目環(huán)評對氧化鋁、電解鋁、鋁制品、再生鋁全產(chǎn)業(yè)鏈條開展了全口徑碳排放核算，包括氧化鋁生產(chǎn)過程中碳酸鹽消耗、電力消耗、蒸汽消耗、煤氣消耗排放，鋁電解過程中陽極電解效應(yīng)、陽極消耗等排放，鋁材加工與再生鋁生產(chǎn)過程中的電力消耗、天然氣消耗排放。

核算得到，每生產(chǎn)1t鋁制品，使用再生鋁作為原料進(jìn)行生產(chǎn)時所帶來的CO2排放量約為0.42t；以氧化鋁-電解鋁（鋁液）-鋁制品工序?yàn)樯a(chǎn)路徑時，產(chǎn)生的CO2排放量約為11.42t；氧化鋁-電解鋁（鋁錠）-鋁制品生產(chǎn)路徑，所產(chǎn)生的CO2排放量約為11.62t。并基于全生命周期的視覺，分析鋁產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中碳排放情況發(fā)現(xiàn)，CO2排放主要源于熔煉工序中電力消費(fèi)的間接排放，其中能源消耗“大戶”電解鋁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CO2排放量遠(yuǎn)大于氧化鋁與再生鋁生產(chǎn)環(huán)節(jié)，位居第一，該環(huán)節(jié)碳排放量約占產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)排放總量的76%；氧化鋁環(huán)節(jié)CO2排放量次于電解鋁，約占排放總量22%；再生鋁環(huán)節(jié)碳排放量僅為電解鋁的4.7%；碳排放主要是電解鋁電力消耗（約70%），其次是氧化鋁蒸汽消耗（約16%）；在鋁液直供和鋁錠重熔、原生鋁和再生鋁兩種不同模式下碳排放水平發(fā)現(xiàn)，鋁業(yè)直供較鋁錠重熔減排CO2達(dá)到90%以上，再生鋁較原生鋁減排CO2達(dá)到95%以上。綜上數(shù)據(jù)，可以看出在鋁加工產(chǎn)業(yè)鏈中以再生鋁作為生產(chǎn)原料，可以帶來明顯的減排效益。

電解鋁是鋁產(chǎn)業(yè)鏈中溫室氣體排放的最大來源，應(yīng)作為鋁行業(yè)碳排放重點(diǎn)控制方向；再生鋁一次能源CO2排放量最低，可以通過使用再生鋁替代氧化鋁、電解鋁作為鋁制品生產(chǎn)原料，以降低鋁產(chǎn)業(yè)CO2排放。此外，由于氧化鋁與電解鋁生產(chǎn)過程中熔煉工序會產(chǎn)生大量含有高熱能的煙氣，因此還可以通過余熱回收利用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)節(jié)能減碳。

4.廣西鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展與碳減排主要策略

(1)強(qiáng)化清潔能源替代和實(shí)現(xiàn)能源脫碳相結(jié)合

完善對可再生能源的經(jīng)濟(jì)支持政策。建議將區(qū)內(nèi)可再生能源發(fā)電的發(fā)電企業(yè)納入增量電網(wǎng)試點(diǎn)范圍，指導(dǎo)和規(guī)范區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)的同時，爭取國家政策支持廣西電力體制改革先試先行，對轉(zhuǎn)制后的增量配電網(wǎng)給予一定的稅收優(yōu)惠，并確保傳導(dǎo)到電網(wǎng)用戶，進(jìn)一步降低網(wǎng)內(nèi)企業(yè)用電成本，完善有利于綠色低碳發(fā)展的差別化電價政策，進(jìn)而推動區(qū)內(nèi)清潔能源的開發(fā)利用，推動能源體系綠色低碳轉(zhuǎn)型。探索新能源布局，促進(jìn)電解鋁行業(yè)布局由“煤—電—鋁”向“水電、風(fēng)電等清潔能源—鋁”轉(zhuǎn)移，從源頭削減CO2排放。

(2)強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈延伸和降低碳排強(qiáng)度相結(jié)合

提高鋁液直供比例[11]，加強(qiáng)鋁制品就地加工轉(zhuǎn)化，提高再生鋁的回收和利用，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性減排。大力發(fā)展鋁精深加工，著力延伸汽車用鋁、電子用鋁、軌道交通及船舶用鋁、建筑用鋁、航空航天用鋁等五條產(chǎn)業(yè)鏈，形成區(qū)內(nèi)具有較強(qiáng)競爭力的完整產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚向集群轉(zhuǎn)型提升。

挖掘廣西區(qū)位優(yōu)勢蘊(yùn)含的商機(jī)，深化生態(tài)型鋁產(chǎn)業(yè)國際產(chǎn)能合作，持續(xù)穩(wěn)固發(fā)展電解鋁，充分發(fā)揮平路運(yùn)河等港口優(yōu)勢承接國內(nèi)電解鋁產(chǎn)能轉(zhuǎn)移，探索電解鋁企業(yè)與上游氧化鋁企業(yè)合作機(jī)制，穩(wěn)定原料來源。

(3)強(qiáng)化廢鋁回收閉環(huán)和減少碳排總量相結(jié)合

構(gòu)建符合地區(qū)發(fā)展的廢鋁保級利用、廢鋁分類回收體系再生鋁行業(yè)清潔生產(chǎn)審核體系等，完善廢鋁回收的相關(guān)制度、標(biāo)準(zhǔn)，通過明確鋁工業(yè)準(zhǔn)入條件，對鋁廢料預(yù)處理環(huán)節(jié)的規(guī)模、能耗、碳排放等方面做出詳細(xì)的規(guī)定。持續(xù)打開再生鋁的行業(yè)空間，并推進(jìn)再生鋁行業(yè)管理水平規(guī)范化。

改善廢鋁回收與預(yù)處理領(lǐng)域，逐步限制、減少家庭作坊式的廢鋁回收廠家。結(jié)合產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展策略，鼓勵鋁加工企業(yè)與再生鋁企業(yè)聯(lián)合利用鋁加工重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域充沛的新廢料優(yōu)勢及鋁加工技術(shù)優(yōu)勢，加快推動再生鋁項(xiàng)目落地、投產(chǎn)。