有色金屬工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防軍工事業(yè)的重要力量，也是建設(shè)制造強(qiáng)國、提升高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域。同時(shí)，有色金屬冶煉又是我國工業(yè)部門二氧化碳的重要來源之一，2020年我國有色金屬行業(yè)碳排放量約為6.6億噸，占全國總排放量的百分之四點(diǎn)七，依照目前主流有色金屬冶煉工藝的限定能耗水平，冶煉一噸有色金屬的碳排放在1至15噸之間。因此，開展有色金屬節(jié)能減排對推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)及早實(shí)現(xiàn)意義重大。

    有色金屬行業(yè)碳排放特征

    1、有色金屬需求與減排進(jìn)度交織增長

    受新冠肺炎疫情影響，拉動(dòng)中國經(jīng)濟(jì)增長的三駕馬車——消費(fèi)、投資、出口，除出口外均大幅下降，展望未來，三駕馬車中消費(fèi)受到疫情直接沖擊，出口受到海外需求回落與產(chǎn)業(yè)鏈多元化的不利影響，致使投資成為發(fā)力點(diǎn)。而在投資中，地產(chǎn)受制于居民消費(fèi)意愿低迷，導(dǎo)致基建投資依然是穩(wěn)經(jīng)濟(jì)的主要發(fā)力點(diǎn)。

    基建發(fā)力必將帶動(dòng)工業(yè)金屬需求提升，持續(xù)拉動(dòng)有色金屬需求。傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施邊際效應(yīng)逐漸減弱，2011年至2013年，舊基礎(chǔ)設(shè)施的投資增長率從百分之三點(diǎn)三上升到百分之二十一點(diǎn)三，而同期的GDP增長則從百分之九點(diǎn)六降到百分之七點(diǎn)八，即傳統(tǒng)基建在投資加大的同時(shí)，收益卻在降低，所以新基建也逐漸成為穩(wěn)經(jīng)濟(jì)的重要抓手，其中城際高鐵和軌道交通、特高壓、5G基建、新能源汽車充電樁等是有色金屬消費(fèi)的重要領(lǐng)域。

    2021年10月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全 面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，其中指出：到2025年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到百分之二十左右；到2030年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到百分之二十五左右；到2060年，非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到百分之八十以上。國家將“綠電”作為提升非石化能源消費(fèi)比重的重要解決方案，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。發(fā)電行業(yè)占我國碳排放總量百分之四十以上，以煤炭為動(dòng)力的火力發(fā)電占據(jù)總發(fā)電量的百分之四十以上，所以“綠電”為代表的新能源是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的技術(shù)。

    在“綠電”不斷推進(jìn)的背景下，有色金屬需求與減排進(jìn)度交織增長。以光伏為例，生產(chǎn)光伏組件需要一系列工業(yè)金屬，主要包括鋁合金、錫銅與銀漿等。

    l 鋁合金應(yīng)用在光伏領(lǐng)域中主要在光伏組件邊框以及支架，邊框每1GW光伏組件邊框的耗鋁量在0.9-1.1萬噸，支架每GW電站建設(shè)所需光伏支架的用鋁量約為1.9萬噸。預(yù)計(jì)2022年國內(nèi)光伏總裝機(jī)的新增用鋁需求38-77萬噸，拉動(dòng)國內(nèi)鋁消費(fèi)增長百分之一-百分之二。

    l 光伏焊帶又稱鍍錫銅帶，是光伏組件焊接過程中的重要原材料，1GW光伏組件用錫量約為93.5噸。預(yù)計(jì)2022年國內(nèi)光伏新增錫消費(fèi)需求年增長1600-3500噸，預(yù)計(jì)拉動(dòng)國內(nèi)錫消費(fèi)增長百分之一-百分之二。

    l 光伏系統(tǒng)的銅需求集中在平衡系統(tǒng)，尤其是電纜。光伏系統(tǒng)每GW裝機(jī)需耗銅約5噸。預(yù)計(jì)光伏銅需求在2025、2030年將達(dá)到135和272萬噸，未來五年、十年的的復(fù)合增長率將達(dá)百分之十五點(diǎn)七、百分之十五點(diǎn)四。

    2、有色金屬行業(yè)碳排放相對集中

    有色金屬行業(yè)碳排放的集中度較高，鋁是有色金屬碳排放的大來源，鋁冶煉行業(yè)排放量約占有色金屬行業(yè)總排放量的百分之七十六。其中電解鋁碳排放占有色金屬行業(yè)和鋁行業(yè)碳排放總量的百分之六十四和百分之八十四。按照線性推算，2020年電解鋁碳排放占中國碳排放總量約百分之四點(diǎn)五，占二產(chǎn)業(yè)比重約百分之五點(diǎn)四 ；按照鋁產(chǎn)業(yè)鏈推算，鋁產(chǎn)業(yè)占中國碳排放總量約百分之五點(diǎn)八，占二產(chǎn)業(yè)比重約百分之六點(diǎn)九。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，有色金屬行業(yè)碳排放主要來源于金屬冶煉環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程碳排放主要集中在能源消耗，約百分之七十三二氧化碳排放集中于電解環(huán)節(jié)，百分之十八集中于氧化鋁精煉環(huán)節(jié)，其余環(huán)節(jié)僅占百分之八點(diǎn)八五。

    3、有色金屬行業(yè)區(qū)域差異化明顯

    我國電解鋁企業(yè)主要分布在山東、新疆、內(nèi)蒙等地，并逐步向云南、貴州等西南地區(qū)轉(zhuǎn)移。2021 年我國電解鋁產(chǎn)量排名前三的省份分別為山東、新疆和內(nèi)蒙古，其電解鋁產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的比例分別為 百分之二十點(diǎn)七、百分之十五點(diǎn)八和 百分之十五點(diǎn)二。云南具有豐富的水電資源，前期受益于當(dāng)?shù)卣碾妰r(jià)補(bǔ)貼政策，高耗能的電解鋁產(chǎn)線逐步向云南等西南地區(qū)轉(zhuǎn)移。截至2021 年底，云南擁有電解鋁合規(guī)產(chǎn)能約 839.8 萬噸。由于轉(zhuǎn)移的產(chǎn)能仍在逐步建設(shè)中，云南產(chǎn)能利用率較低，僅為百分之六十一點(diǎn)四，產(chǎn)量占比居第四位。

    區(qū)域碳排放差異較大，在有色金屬采選環(huán)節(jié)，四川省二氧化碳排放量突出，是有色金屬采選業(yè)碳減排的省份；在冶煉及加工環(huán)節(jié)，廣西碳排放量和碳排放強(qiáng)度較高。具體到電解鋁生產(chǎn)，2020年全國電解鋁生產(chǎn)電力消耗環(huán)節(jié)的單位排放為10.33t.CO2/t.Al，云南、四川、貴州等九個(gè)省區(qū)的排放低于全國平均水平；山西、內(nèi)蒙古、山東、新疆、陜西等八個(gè)省區(qū)的排放高于全國平均水平。水電豐富地區(qū)排放較低，其中云南省、四川省排放值低，為7.1t.CO2/t.Al，山西省排放值高，為11.7t.CO2/t.Al。綜合來看，山東、新疆、河南等省份是有色金屬行業(yè)碳減排區(qū)域。有色金屬行業(yè)區(qū)域分布與資源稟賦特征密切相關(guān)，特別是能源資源條件關(guān)聯(lián)密切，優(yōu)化區(qū)域布局是有色金屬行業(yè)減排的重要途徑。伴隨區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和資源環(huán)境壓力加大，行業(yè)布局優(yōu)化與區(qū)域發(fā)展之間的協(xié)調(diào)面臨挑戰(zhàn)。行業(yè)整體減排與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型之間的協(xié)調(diào)面臨較大壓力。

    有色金屬行業(yè)削減碳排放途徑初探

    1、轉(zhuǎn)換能源結(jié)構(gòu)

    當(dāng)前，有色金屬冶煉企業(yè)大多是直接或間接使用煤炭等化石能源，降碳首先要實(shí)現(xiàn)能源領(lǐng)域的綠色轉(zhuǎn)型，構(gòu)建清潔低碳安穩(wěn)的能源體系，大力采用水電、風(fēng)電、太陽能、生物質(zhì)能等能源。

    以電解鋁為例，電解鋁行業(yè)屬于高碳排放行業(yè)，2005至2020年電解鋁企業(yè)帶來的碳排放量幾乎翻番。生產(chǎn)一噸電解鋁消耗13500度電，一噸火電鋁二氧化碳排放量高達(dá)13.5噸，而水電鋁僅需2噸。在碳中和制約下和十四五節(jié)能減排的背景下，電解鋁產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)將向更多使用水電等清潔能源的方向調(diào)整，采用綠色能源生產(chǎn)電解鋁成為大勢所趨。中鋁集團(tuán)旗下的云南鋁業(yè)目前生產(chǎn)全流程基本使用云南省豐富的綠色水電資源；中國宏橋向云南省轉(zhuǎn)移原鋁產(chǎn)能396萬噸，以綠色水電替代傳統(tǒng)火電能源結(jié)構(gòu)，同時(shí)在鄒平生產(chǎn)區(qū)域布局了總裝機(jī)容量為30MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

    2、創(chuàng)新工藝流程改造

    行業(yè)要提前布局研發(fā)與應(yīng)用低碳零碳負(fù)碳重大關(guān)鍵技術(shù)，加快開展低碳新材料、新技術(shù)、新裝備的推廣，實(shí)現(xiàn)從“0”到“1”的顛覆性創(chuàng)新。

    以鋼鐵制造為例，煉鋼工藝分為“長流程”與“短流程”：長流程是以“高爐-轉(zhuǎn)爐”為核心的生產(chǎn)過程，在粗鋼產(chǎn)量工藝中占絕大多數(shù)，以鐵礦石為主要原料、廢鋼為輔料；短流程是以“廢鋼-電爐煉鋼”為核心的生產(chǎn)過程，以廢鋼為主要原料、生鐵為輔料。

    相比而言，“電弧爐”短流程煉鋼主要有以下三個(gè)碳減排效益：

    一是電弧爐煉鋼將廢鋼替代原本用于煉鋼的生鐵，減少了生鐵冶煉過程的溫室氣體排放；

    二是電爐鋼減排原料端（廢鋼替代生鐵）大于能耗端（水電替代火電）；

    三是在我國新能源發(fā)電將逐漸替代傳統(tǒng)火力發(fā)電，新能源的運(yùn)用將進(jìn)一步提高減排效率。

    就鋼鐵制造領(lǐng)域而言，減碳的方法主要有以下幾種：首先，對鋼廠進(jìn)行工藝改造，有效減少焦炭的使用量；其次，采用以電爐短流程為主的生產(chǎn)方式，推動(dòng)廢鋼的再利用，強(qiáng)化循環(huán)經(jīng)濟(jì)；嚴(yán)格限制產(chǎn)能也是一種方法，但是2021年躍進(jìn)式的減排運(yùn)動(dòng)已經(jīng)證明，一刀切的方法對周期品價(jià)格影響非常劇烈，容易導(dǎo)致股票及大宗商品價(jià)格劇烈波動(dòng)。

    3、產(chǎn)業(yè)耦合式聯(lián)動(dòng)

    妥善處理好生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)系統(tǒng)性的節(jié)能減排。近年來，我國有色金屬企業(yè)節(jié)能減排意識(shí)顯著增強(qiáng)，在繼續(xù)推動(dòng)各環(huán)節(jié)減排的同時(shí)，加強(qiáng)行業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)優(yōu)化作用。當(dāng)前，有色金屬產(chǎn)業(yè)鏈可以分為原料、合金、加工等環(huán)節(jié)，合金生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對獨(dú)立，通常是由合金生產(chǎn)企業(yè)或加工企業(yè)采購原料之后進(jìn)行生產(chǎn)，這種生產(chǎn)模式雖然有助于產(chǎn)品多元化，但合金與金屬原料分離增加了金屬熔化環(huán)節(jié)，造成能源的重復(fù)消耗，提高了行業(yè)整體能耗水平。因此，立足系統(tǒng)思維，加強(qiáng)有色金屬產(chǎn)業(yè)優(yōu)化尤為重要。科學(xué)規(guī)劃行業(yè)整體發(fā)展，鼓勵(lì)有條件的企業(yè)延伸產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的融合，在提升企業(yè)競爭力的同時(shí)，推動(dòng)行業(yè)綠色發(fā)展。

    以鋁產(chǎn)業(yè)為例，國內(nèi)各地已涌現(xiàn)出眾多的上下游一體化的園區(qū)模式。經(jīng)過多年發(fā)展，山東濱州、重慶西彭、安徽濉溪、廣東佛山南海等地的涉鋁園區(qū)模式日臻成熟完善，成為鋁全產(chǎn)業(yè)鏈短流程發(fā)展、均衡發(fā)展的典型代表。以中國宏橋?yàn)辇堫^，山東濱州正在打造5000億級(jí)的世界鋁產(chǎn)業(yè)基地，從氧化鋁、電解鋁、鋁深加工到再生鋁產(chǎn)業(yè)，下游延伸至鋁合金的終端應(yīng)用，涵蓋涉鋁企業(yè)300余家，園區(qū)內(nèi)涉鋁企業(yè)組成“集團(tuán)軍”，實(shí)施互補(bǔ)式協(xié)同化作戰(zhàn)，鋁水不落地、鋁錠不重熔、不遠(yuǎn)途運(yùn)輸，僅在園區(qū)內(nèi)部就實(shí)現(xiàn)深加工，大幅度降低了能源消耗和碳排放。

    除上述有色行業(yè)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)之外，有條件的地區(qū)已經(jīng)開始推進(jìn)石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材、電力等產(chǎn)業(yè)耦合發(fā)展，建立起原材料工業(yè)耦合發(fā)展園區(qū)，實(shí)現(xiàn)能源資源梯級(jí)利用和產(chǎn)業(yè)循環(huán)銜接，減少碳排放。