碳達(dá)峰碳中和 電解鋁如何“火中取栗”

自從去年9月份習(xí)近平主席在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出我國(guó)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)后，碳達(dá)峰碳中和迅速成為2020年的熱詞，在2021年又迅速轉(zhuǎn)化成一項(xiàng)“熱行動(dòng)”。多個(gè)部委將碳達(dá)峰碳中和納入2021年工作計(jì)劃，多個(gè)省市（自治區(qū)、直轄市）也將碳達(dá)峰碳中和納入各自“十四五”規(guī)劃當(dāng)中。2月25日，內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)改委、工信廳、能源局聯(lián)合頒發(fā)了《關(guān)于確保完成“十四五”能耗雙控目標(biāo)任務(wù)若干保障措施》，對(duì)重點(diǎn)用能行業(yè)進(jìn)行壓產(chǎn)調(diào)控。筆者以為，這標(biāo)志著碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)已經(jīng)進(jìn)入落地實(shí)施階段，“碳?jí)寒a(chǎn)”將會(huì)成為一種常態(tài)和普遍現(xiàn)象。

 

受碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)影響的行業(yè)，當(dāng)屬電解鋁（也稱原鋁）行業(yè)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國(guó)電解鋁產(chǎn)量3724.46萬(wàn)噸，以每噸電解鋁耗電13500千瓦時(shí)計(jì)算，耗電量為5028億千瓦時(shí)，占2020年全社會(huì)用電量75110億千瓦時(shí)的6.7%，這個(gè)用電占比在國(guó)內(nèi)許多行業(yè)中當(dāng)屬較高者。從用能結(jié)構(gòu)來(lái)看，電解鋁生產(chǎn)中消耗能源的86%來(lái)自碳排放的火電，因此，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，電解鋁行業(yè)難度很大。甚至有人形容電解鋁行業(yè)若實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，無(wú)異于“火中取栗”，是一項(xiàng)“不可能完成的任務(wù)”。但筆者經(jīng)過(guò)深入調(diào)研、認(rèn)真分析后認(rèn)為，盡管電解鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和難度大，但這火中之“栗”，是必須要取的，而且也是能夠取到的。

 

如何實(shí)現(xiàn)電解鋁“火中取栗”，有四條路徑：

 

第一條路徑：技術(shù)上的革命性創(chuàng)新。電解鋁廠之所以被稱作是“電老虎”，主要因?yàn)殇X在電解過(guò)程中格外耗電。近年來(lái)，在我國(guó)鋁冶煉行業(yè)中，每生產(chǎn)1噸電解鋁的平均耗電為13500千瓦時(shí)，電費(fèi)約占總生產(chǎn)成本的4成左右，是的成本要素。因此，降低電耗，始終是電解鋁行業(yè)降低成本、低碳排放的“牛鼻子”。通過(guò)一代又一代鋁業(yè)人的不懈努力，目前我國(guó)噸鋁電耗已經(jīng)降至13500千瓦時(shí)以下，這在世界同行業(yè)中，已處于水平。雖則如此，依靠技術(shù)創(chuàng)新的常規(guī)性進(jìn)步來(lái)降低電耗、降低碳排放依然是“杯水車薪”，距離“到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降65%以上”的目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。除非是在技術(shù)上發(fā)生革命性創(chuàng)新、顛覆性變革，如用生物法生成原鋁（無(wú)需用電），能耗和碳排放才會(huì)出現(xiàn)顯著降低。但技術(shù)上的革命性創(chuàng)新和顛覆性變革不是敲鑼打鼓就會(huì)實(shí)現(xiàn)的，自1886年美國(guó)人霍爾發(fā)明電解法生產(chǎn)金屬鋁以來(lái)，這一生產(chǎn)技術(shù)已沿用了130余年，至今沒能找到替代電解法的新技術(shù)。所以，革命性創(chuàng)新和顛覆性變革的路子可以繼續(xù)去探索，但寄望于它去達(dá)到碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，并不現(xiàn)實(shí)。

 

第二條路徑：用能上的結(jié)構(gòu)性調(diào)整。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)與碳達(dá)峰碳中和的要求差距甚大。從2020年的數(shù)據(jù)看，我國(guó)化石能源占一次能源比重為85%，包括核電、水電和可再生能源在內(nèi)的低碳能源占比較低，其中水電占比8%，核電占比2%，可再生能源占比4%?；茉词翘寂欧诺哪茉?，我國(guó)每年使用化石能源產(chǎn)生的碳排放約為98億噸，占全社會(huì)碳排放總量的近90%。我國(guó)2020年生產(chǎn)的3724.46萬(wàn)噸電解鋁中，有3205萬(wàn)噸是用火電能源生產(chǎn)出來(lái)的，屬于煤電鋁，低碳能源占比不到15%。低碳能源占比低，就意味著調(diào)整用能結(jié)構(gòu)、降低碳排放的空間大，這正是電解鋁碳達(dá)峰碳中和的發(fā)力點(diǎn)。因此，我國(guó)電解鋁的發(fā)展通過(guò)調(diào)整用能結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)是可行的。中鋁集團(tuán)、魏橋集團(tuán)、神火集團(tuán)等幾家大型鋁企業(yè)已經(jīng)開始行動(dòng)起來(lái)，正在利用云南的水電資源發(fā)展水電鋁，而中鋁集團(tuán)與中廣核集團(tuán)也正在廣西防城港探索核電鋁的發(fā)展模式，還有一些鋁企業(yè)在“十四五”發(fā)展規(guī)劃中作出了用電向低碳能源轉(zhuǎn)型、產(chǎn)能向低碳能源區(qū)域轉(zhuǎn)移的“雙轉(zhuǎn)”安排。未來(lái)，如果我國(guó)電解鋁生產(chǎn)使用的低碳能源占比能夠提高到30%以上，碳達(dá)標(biāo)碳中和目標(biāo)在電解鋁行業(yè)提前實(shí)現(xiàn)將不再是遙不可及的夢(mèng)想。

 

第三條路徑：存量上的循環(huán)性使用。鋁的優(yōu)質(zhì)特性有很多，其中一條就是可回收再生反復(fù)循環(huán)使用。這是因?yàn)殇X的表面有致密的、能夠自我生成的氧化物保護(hù)膜，足以保證它永遠(yuǎn)不會(huì)生銹（理論上金屬鋁可以全部回收進(jìn)行再生循環(huán)利用）。因此，鋁就有了“能源儲(chǔ)蓄銀行”的美稱，也就是電解鋁在生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的能源，可以在以后的回收再生循環(huán)使用中“支取出來(lái)”返還給社會(huì)，因?yàn)榛厥盏膹U鋁在回爐再生中所消耗的能量只有生產(chǎn)電解鋁時(shí)的4.9%，而且再生鋁與原鋁的品質(zhì)完全相同。自從1888年鋁產(chǎn)品開始商業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，全世界生產(chǎn)了近10億噸鋁，這些存量鋁約有75%至今仍在使用中。反觀日本沒有一家電解鋁企業(yè)，可它卻是鋁的消費(fèi)大國(guó)，它的鋁從哪里來(lái)？除了極少量的進(jìn)口原鋁外，絕大部分是再生鋁。從2019年的數(shù)據(jù)來(lái)看，美國(guó)再生鋁產(chǎn)量占其國(guó)內(nèi)鋁總產(chǎn)量的80.63%，而世界再生鋁產(chǎn)量占世界鋁總產(chǎn)量的比例平均為33.1%，而中國(guó)再生鋁只占鋁總產(chǎn)量的16.26%。如果“十四五”末期中國(guó)再生鋁產(chǎn)量占比能夠達(dá)到世界平均水平，即再生鋁年產(chǎn)量達(dá)到1500萬(wàn)噸，那么，我們就完全可以提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。這條路也是可行的，關(guān)鍵是我們要建立起科學(xué)完整又完善的廢鋁回收體系。

 

第四條路徑：管理上的常規(guī)性降碳。管理是永恒的主題，通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)降碳也是永恒的主題。管理降碳的效果，跟技術(shù)的革命性創(chuàng)新、用能的結(jié)構(gòu)性調(diào)整、存量的循環(huán)性使用所產(chǎn)生的效果，雖然可能不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，沒有太大的可比性，但蝦米也是肉，積少成多，通過(guò)管理提升來(lái)降碳，也是很有意義的。如縮短流程，將電解鋁生產(chǎn)鏈延伸到鋁材加工，減少鋁液鑄錠和軋制前重熔的環(huán)節(jié)，節(jié)能降碳量和減少金屬燒損量也是很可觀的；又如持續(xù)優(yōu)化工藝過(guò)程控制，加強(qiáng)余熱回收等綜合節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，也能起到降低能耗、降低物耗、降低碳排放強(qiáng)度的作用；再如開展以惰性陽(yáng)極電解鋁生產(chǎn)為代表的節(jié)能減排技術(shù)的研發(fā)、推廣，來(lái)降低二氧化碳排放量。此處特別應(yīng)該提到的是，要通過(guò)數(shù)字化、智能化、區(qū)塊鏈化實(shí)現(xiàn)降碳效益，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+降碳”新模式，實(shí)現(xiàn)電解鋁產(chǎn)業(yè)鏈的精準(zhǔn)降碳、智能降碳。在這一方面，中鋁集團(tuán)已經(jīng)走在行業(yè)前端，5年前，中鋁集團(tuán)就設(shè)立了“降碳節(jié)”，通過(guò)開展“降碳節(jié)”活動(dòng)，促進(jìn)理念降碳、生產(chǎn)降碳、管理降碳、科技降碳和生活降碳，效果很是喜人。

 

電解鋁企業(yè)是耗能大戶這的確沒錯(cuò)，“電老虎”的名號(hào)背在身上也不要緊，但行業(yè)要堅(jiān)信：耗能大戶必有節(jié)能降碳的大空間，只要我們選擇適當(dāng)?shù)穆窂?、科學(xué)地謀劃、精準(zhǔn)地實(shí)施、堅(jiān)決地落實(shí)，那么，壓力就會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，終將收獲成果。如果電解鋁提前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了“火中取栗”，名號(hào)可憎的“電老虎”就會(huì)變成大家喜愛的“電熊貓”——而這，是完全可能的！