国际铝业协会：2050年铝业温室气体排放路

2050年铝业温室气体减排路径2021年3月国际铝业协会（IAI）就共同关心的问题为铝生产商提供全球论坛，并与各区域以及各国的铝业协会保持联络，以实现1.铝：可持续未来的核心 12.国际铝业协会：科学权威和变革推动者 2 24.对标《巴黎协定》的2050年铝足迹是什么样？ 75.温室气体减排路径 6.要实现一个符合《巴黎协定》要求的铝业，需要什么？ 7.参考文献 吨铝 二氧化碳当量/年 图7BAU和B2DS情境下的2018年和2050年全行业排放量，百万吨二氧化碳当量 图8对标B2DS的2050年情境下的全球平均原铝碳足迹，吨二氧化碳当量/吨铝 图9与IEA“超过2°C情境（B2DS）”相比，在2050年BAU情境下冶炼厂电力结构组合的变化。（B2DS中 图10路径1：电力脱碳 图11路径2：直接过程排放 图132018年和2050年原铝和回收铝的供应情况，（）， 11.铝：可持续未来的核心铝产品是低碳未来的基本推动力，更多地使用这种金属将大量轻型自动电动汽车为日益增长的全球人口提供租赁的出行服务，由可再生能源电网供电；具有能量净正收益的模块化智能建筑，产生的能源比它们消耗的更多，并实时适应其居住者的各种需求；虽然铝是可持续未来解决方案的一部分（因为其独特的特性组合：轻量化、高强度、耐久性、导电性及导热性、可塑性和可再生性），但该行业认识到如果不按照全社会的气候目标制定规划并快速采取行动以减少温室气体排放，其自身有可能成为难题的一部分。只有过渡到低碳路线，对铝的需这是一个挑战。不仅是环境方面的挑战，还是经济、政治、社会、物流和技术方面的挑战。由于需要通过不同途径来获得解决挑战的方案（以及许多解决方案尚在起草中而其他解决方案尚未出台的），标探索现实可靠的技术途径。这些途径符合《巴黎协定》的目标，即相比于工业化前的水平将全球决其他可持续性方面的问题）。在许多情况下，所需技术正处于开发和部署的最后阶段，但需要大22.国际铝业协会：科学权威和变革推动者-考虑到铝产品需求的变化，如果不采取行动，未来三十年碳足迹将如何变-在全球变暖幅度低于2℃的情境下，整个-脱碳技术的范围和组合，包括现有的、新的、正在开发中的和尚未开发的解决方案，可供具有不-政策（和投资）驱动力和脱碳障碍——通过减少生产过程的排放量和回收利用节省的排放量。铝业参与者的路径选择将取决于其独特的能源条件、原材料和废料可用性、区域政策、投资选择以有必要建立行业内和行业间伙伴关系，以应对温室气体减排的巨大挑战，同时满足日益增长的需求。生产商之间，以及公共部门和学术界、发电厂、半成品制造商、客户/原始设备制造商（OEM）以及终端用户之间，需要建立合作关系。由于在工艺和产品方面的相对同质性，以及庞大的规模和遍及全球的影响范围，铝业可以满足这一需求，而IAI在发起、促进和宣传这种伙伴关系方面具有独特数据库涵盖“从摇篮到大门”的所有工艺流程。这意指该行业在自己的生产设施（原铝和回收铝）中产生的所有排放量，也包括该行业消耗的原材料、辅助原料和能源中的排放量。这是当今铝业，铝土矿开采氧化铝精炼阳极生产铸造回收*半成品生产内部废料重熔电力（间接）--非二氧化碳温室气体（直接）------工艺二氧化碳（直------辅助原料（间接）-----热能（直接/间接-运输（间接）------总计（从摇篮到大门）361,127），回收铝和原铝的组合方式来实现。铝制品的回收利用率已经很高。即使收集过程得到进一步改进，然而耐用铝制品寿命长，人口数量不断增长，应用范围变广，意味着未来没有足够的消费后废料来机会加强消费后产品的收集、分类和回收，以（在一定程度上）减原铝生产是一种能源密集型工艺（IAI，2020c），需要大量的电力来打破进料化学品——氧化铝2的强氧键。铝的反应活性由其原子结构决定，也是其宝贵物理特性（如轻量化、高强度、耐久性和导本身的排放量相对较低（相比于价值链中的其他工艺流程），占行业总排放量1使用拜耳法从铝土矿中提取氧化铝，需要消耗以热和蒸汽形式存在的能量，以及诸如氢氧化钠之类的辅助原料，所有这些材料都有碳足迹。氧化铝生产中的排放量仅占行业总排放量的不到20%。目前，铝的冶炼通过原料、氧化铝和碳阳极之间的还原—氧化反应完成，其中每个铝离子得到三个因此，该工艺流程中直接产生的二氧化碳排放与铝的生产成正比。这种电化学工艺（电解）需要电力、碳阳极和诸如冰晶石（氟化铝钠）之类的辅助产品，以及将液态金属铸成固态产物的热能。与电力相关的排放量占铝业排放量的75%。的电力结构——历史上以水电为主，但现在以煤、气燃烧发电的比重不断增另一方面，铝回收需要的能量要少得多——基本上只被用来熔化铝废料。此外，由于不需要将氧化铝还原成金属铝，也就不存在上述化学反应其他可再⽣能源其他⾮可再⽣能源核能煤⽔电百万吨原铝估计未报告百万吨原铝估计未报告大洋洲东欧和中欧南美洲北美洲亚洲（不包括中国）非洲6燃煤发电燃⽓发电燃煤发电燃⽓发电排放强度吨二氧化碳当量/吨铝总排放量（百万吨⼆氧化碳当量）总排放量（百万吨⼆氧化碳当量）燃煤发电燃⽓发电混合电⽹7总排放量（百万吨⼆氧化碳当量）总排放量（百万吨⼆氧化碳当量）（照常经营情境下百万吨二氧化碳当量/年），4.对标《巴黎协定》的2050年铝足迹是什么样？ B2DS情境框架下开展工作。尽管如此，IAI将根据物料流模型和气候科学的发展，持续改进其绘制8•覆盖全产业链（铝土矿、氧化铝及原铝生产，消费前后铝废料回收和半成品铝生产过程，摇•在这2.5亿吨排放量中，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•原铝生产中非耗电产生的排放量（从摇篮到大门）需要从目前的4亿吨二氧化碳当量（2050•与BAU情境相比，回收和制造过程中燃料燃烧和电力消耗产生的排放量需要减少55%，即从超），温室⽓体排放量（百万吨⼆氧化碳当量温室⽓体排放量（百万吨⼆氧化碳当量/年）主要...规避B2DS循环利⽤和半制成品...下游...规避BAU原铝...规避...下游...下游图7BAU和B2DS情境下的2018年和2050年全行业排放量，百万吨二氧化碳当量），（对标B2DS的2050年行业“额度”）/(2050年铝半制成品需求）250/170吨原铝。假设原铝排放“额度”为2亿吨（2050年预算的80%，相比于现今排放量的95%），则每吨），（对标B2DS的2050年原铝排放“额度”）/（2050年原铝需求）200/80=2.5吨二氧化碳当量/吨原铝重大挑战，还意味着50%的直接（工艺和热能）减原原铝碳⾜迹(吨⼆氧化碳当量/吨铝)图8对标B2DS的2050年情境下的全球平均原铝碳足迹，吨二氧化碳当量/吨铝5.温室气体减排路径有三大领域有潜力促成行业增长和温室气体排放的脱钩，每个领域都有独特的创新、政策以及金融以下对温室气体排放途径的探索确定了可以/可能实施的最重大（最根据它们在铝价值链中的位置、当前采用的工艺流程以及未来能源和原料资源的可用性，不同的企业参与者将从不同的起点出发，采取不同的速电力脱碳2018年，发电导致的排放占该行业排放量的60%。根据当地环境和能源条件，现有生产商拥有多种截然不同的机会大量依靠化石燃料地区的铝业生产主要依靠自发电供电。在某些情况下，这是由于在冶炼厂建设期间电网电力不可靠，此类建设需要1周7天、1天24小时不间断供电。IAI数据表明，亚洲（除中国）除了资本投资之外，人们认识到，该行业（以及整个社会）单位能源价格上涨，从而需要进一步投保持相对平稳，但近年来有显著增长计划。中国的许多铝生产商开始用云南省的新产能取代中国中煤图9与IEA“2°C优化情境（B2DS）”相比，在205（B2DS中的化石燃料主要采纳CCUS技术）。随着电网向低惯量（间歇性可再生发电来源，随着包括更多电动汽车等需求基础的变化，在一定时间内产生峰值负荷）转变，诸如铝冶炼厂一类的大型、持续型电力用户将在稳定电网方面发挥越来路径1图10路径1：电力脱碳减少直接排放燃烧（提供热量和蒸汽）导致的排放量以及其他来源的这在一定程度上是化石燃料能效增长的结果，也是该行业聚焦于消除与工艺流程相关的排放的结果，例如阳极效应产生的可潜在加剧全球变暖的气体全氟化碳(PFC)，提高能源效率，以及增加新的（和•免除冶炼过程中对碳阳极需求的新型（惰性阳极）技术，以及•开发在不燃烧化石燃料的情况下提供热量和蒸汽的技术（例如，依靠可再生能源的电气化、生成可再生能源的氢气燃烧、作为能源组合一部分的聚光光此外，从排放点或进程点捕获和封存各来源的温室气CCUS技术带来的挑战对铝业并非独一无二，成本反映了在适当开发和实施这些技术时排放企业将面临的更广泛的问题。然而，对于铝冶炼行业而言，从电解槽中排出的气体流中，低浓度的二氧化碳（浓度为500~15,000ppm）带来了额外的挑战，需要重新设计或改造电解槽，并承担由此产生计、实现和实施成本。这不包括在捕获碳之前洗涤其他污染物的成本（以减少捕获二氧化碳导致的去除电解冶炼工艺的直接排放（将氧化铝转化为铝）是所有原铝生产商共同面临的挑战，需要通过逐步改变技术来实现。惰性阳极等新型电解槽技术将在减排方面发挥重要作用，但应该注意的是，在向零碳电能环境过渡的过程中，这些技术还需要在与现有碳阳极相似或比其更好的能耗强度下运行。这是因为，如果在化石燃料电网中以更高的能耗实行直接减排，那么与电力相关的间接排放可路径路径2直接过程排放潜能惰性阳极精炼⼚和铸造车换碳捕获利⽤和储图11路径2：直接过程排放氧化铝生产（来自铝土矿）需要大量的热量和蒸汽（IAI，2020e）。并不是只有铝业面临着与这些对于这些热工艺过程，依靠可再生能源的电气化提供了潜在的脱碳路径。在电气化不可行的情况下氧化铝的煅烧过程中，用电动锅炉直接取代化石燃料锅炉可能会影响产品质量，从而在下游行业产其他燃料燃烧过程（采矿中的移动设备、焙烧阳极的烘箱、铸造炉、再熔和回收）将遵循类似的路径（电气化、燃料转换和CCUS技术)，而已经电气化的工艺过程（挤压、轧制等）将需要以与冶炼循环利用和资源效率无性能损失的无限可循环性是铝的独特优势之一，使其成为循环经济的有利材料（IAI，2018）。目前，金属在其最大细分市场（运输、建筑和施工）的报废（消费后）回收（收集）率较高——高于90%。然而，这些应用往往具有较长的使用寿命（利用铝的耐久性），因此，像受限于回收率一样，包装应用中的铝的寿命要短得多，收集和回收率也大不相同，这取决于应用（罐装材料中铝的寿命在产品寿命结束时收集的铝废料的质量也各有不同，这取决于合金类别组成和废料的分类程度。质量较低的混合废料，虽然今天用于某些应用，但在未来却几乎没什么用途，未来需要更高价值的变生产商和消费者（以及废物管理参与者）有责任确保在材料的生命结束时将其带回系统。设计金属并将其转化为产品的人员也有责任创造轻松有效地分离、收集和分类铝部件的应用，以确保金属的一旦废料得到收集，其加工和熔化过程中的金属损耗相对较低（分别是3%和6%）。路径路径3循环利⽤和资源效率潜能放图12路径3：循环利用和资源效率建筑、施工和汽车板块的回收率高（>90%）。铝罐如果在经济运行中没有回收该金属，则必须用原铝替代。如今，原铝生产的平均温室气体排放量是回收利用消费后废料导致的排放量的25倍。新废料和内部废料（在最终产品制造之前，各种生产和制造过程中产生的废料）的收集率非常高，收集后损耗也较低。这是因为这一收集过程往往是一个干净且分类良好的物料流，已经处于生产商的管理和控制之下。生产商了解其价值，并且对于他们来说物料损耗会影响盈利。因此，虽然目前铝铝半制成品供应量（百万吨/年）旧废料=即所知的消费后废料。使⽤后产品的回收⽣产），新废料和内部废料被重新熔化（通过热工艺）后产生二氧化碳，尽管与原铝生产相比其二氧化碳水没有（收集、加工和熔化）损耗以及不产生新废料和内部废料的全循环系统，将在BAU情境下使行业排放量减少20%。铝供应的这种转变需要价值链上包括消费者在内的所有参与者共同采取行动及制定激励循环的政策框架，包括投资废料回收能力和拆卸/回收设计以及研发新型金属作为一个向一些温室气体排放量最高的行业提供节能、减排、轻质、可回收产品的全球性综合产业，全价值链的减排举措对于铝业至关重要。这种生命周期方法要求，除了减少全球工业足迹外，铝产术（与同地协作行业合作）的研究、开发和部署增加投资。此外，促进废料收集改进（特别是包装工业）和废料合金分类（特别是在汽车工业）的循环经济政策对于确保铝的价值（及其初始生产阶在这一点上，客户在设计含铝产品时也将发挥作用，产品设计应能最大限度地回收并利用金属铝，最后，至关重要的是，随着铝业的脱碳成本达到几万亿美元，205