近期，國家發改委、國資委委托相關行業協會、研究院所圍繞碳達峰、碳中和約束下電力、建材、有色等重點行業的發展路徑開展研究。鋁工業是發展國民經濟與提高人民生活水平的基礎工業，也是有色行業最大的二氧化碳排放源。其全生命周期各環節，包括鋁土礦開采、氧化鋁冶煉、原生鋁電解、鋁材、最終產品生產和再生鋁回收利用，以及上游能源的生產過程，均會排放CO2。因此，探索鋁工業碳減排路徑對實現我國碳達峰與碳中和目標至關重要。
鋁行業排放現狀
2018 年，全球鋁產量為9500萬t，其中，原鋁產量6400萬t，再生鋁產量3100萬t。全球鋁行業CO2排放量11.3億t當量。同期，我國鋁產量為4275萬t，其中，原鋁產量3580萬t，再生鋁產量695萬t，我國鋁行業CO2排放量5.2億t當量。
圖1 2018年全球與中國鋁行業CO2排放量
鋁行業包括原鋁生產(鋁采礦開采、氧化鋁生產、陽極生產、電解鋁生產)、再生鋁及鋁加工及產品制造等產業鏈，其中原鋁生產CO2排放量約占鋁行業CO2排放量的94.85%，見圖2。
圖2 鋁行業中各產業二氧化碳排放占比
原鋁生產中，能源消耗排放的CO2占比較大，達到77.5%(其中，電能消耗排放的CO2量約占64.3%，熱能消耗排放的CO2量占比13.1%)。
圖3 原鋁生產中各排放源占比圖
我國鋁行業碳排放特點
我國電解鋁生產中煤電占比大
與歐美電解鋁企業相比，我國電解鋁行業在電解環節上的排碳量較高，主要原因是國內原鋁電力能源嚴重依賴火電。據統計，2020年底，我國電解鋁運行產能消耗的自備電占比65.2%，網電占比34.8%。其中，自備電全部為火電，網電按照各區域電網的發電結構進行劃分。經測算，在電解鋁的能源結構中，火電占比88.1%，非化石能源占比11.9%。
表1 2020年國外主流鋁企業能源結構對比
電解鋁、氧化鋁能耗指標大幅下降的空間有限
目前，原鋁生產最典型的生產工藝仍為冰晶石-氧化鋁融鹽電解法(霍爾-埃魯特熔鹽電解法)。經過100多年來的持續工藝優化，氧化鋁、電解鋁生產工藝指標潛力挖掘已接近極限，在沒有發生顛覆性生產工藝改變的條件下，鋁冶煉各項指標下降空間有限。
關鍵降碳技術仍存在瓶頸
鋁冶煉生產中，低溫余熱回收、無廢冶金、惰性陽極、高效超低能耗鋁電解、二氧化碳捕集利用等零碳、負碳核心技術的儲備不足。
再生鋁占比較低
測算表明，再生鋁二氧化碳排放量僅為原鋁二氧化碳排放量的4%左右。2020年，全球鋁產量為9910萬t，其中再生鋁產量3380萬t，占全球鋁產量的34.1%。同年，我國鋁產量為4448萬t，其中再生鋁產量740萬t，占國內鋁產量的16.6%。我國再生鋁產量與國際平均水平存在較大差距。
鋁行業實現碳達峰碳中和路徑
結合我國鋁行業碳排放特點，實現碳達峰、碳中和路徑主要包括提高能源利用效率、產業結構調整、能源結構調整、零碳(負碳)技術開發等。
節能提效，降低碳排放強度
2005年，《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》首次把節約資源上升為我國的“基本國策”。自2006年至今的3個“五年規劃”中，降低單位GDP能耗的節能指標始終被列為“五年規劃”的重要約束性指標之一。2006—2019年，我國單位GDP能耗下降了42.5%，單位GDP二氧化碳排放量下降了47.9%，電解鋁交流電耗從14575 kWh/t降到13555 kWh/t，下降了約7.0%。
多方測算表明，節能和提高能源利用效率對我國實現2030年前碳排放達峰目標的貢獻在70%以上，可再生能源和核電的貢獻接近30%。二氧化碳捕獲和封存技術對我國2030年前實現碳達峰目標很難做出實質性貢獻。
因此，要實現碳達峰、碳中和，應加大節能技術及設備的推廣應用，創新合同能源管理等第三方節能服務模式，推進節能技術、節能設備、能源梯級利用和余熱利用，使提高能源利用效率的項目落地;加強全流程、全鏈條、全要素對標管理，進行節能診斷，發現差距，開展精益管理，以持續改進為載體，挖掘節能降耗潛力，優化技術經濟指標。
優化鋁產業結構，提高再生鋁產量
鞏固化解電解鋁過剩產能，嚴控電解鋁4500萬t天花板產能;加大“城市礦山”開發力度，大力發展短流程冶煉工藝，大幅度提高再生鋁生產能力，提高再生鋁比例;選擇沿海和水電豐富的綠色能源地區進行鋁產業布局，推動產業集聚發展，打造鋁集群化產業基地，降低物流運輸和金屬重熔過程中的碳排放。
優化能源結構，實現鋁產業綠色發展
優化能源結構，收縮電解鋁火電產能，增加清潔能源使用比例，是實現鋁行業碳達峰、碳中和最直接和最有效的途徑。主要措施包括：
1)淘汰燃煤自備電廠，或者通過自備機組發電權置換，利用清潔能源置換火電;
2)對自備電廠進行清潔化改造，用低碳或零碳能源替換燃煤;
3)利用企業廠房及周邊環境，建設風、光電站，配合儲能技術，實現清潔能源直供;
4)依托水電、核電資源，置換電解鋁產能，實現清潔能源直接利用;
5)推行低碳運輸，逐步引進電動、氫能運輸車輛。
推動技術創新，實現顛覆性降碳技術突破
整合國內科研院所，組建中國有色金屬行業低碳綠色發展創新平臺，圍繞節能降碳、清潔生產、清潔能源等領域布局前瞻性、戰略性、顛覆性項目，實施綠色技術攻關行動，力爭在鋁行業中實現無廢冶金、高效超低能耗鋁電解槽、惰性陽極以及二氧化碳捕集、利用和封存技術等方面取得突破，為綠色發展提供技術支撐。
鋁行業碳達峰、碳中和目標
2019年10月，國際鋁業協會理事會第96次會議決定成立了溫室氣體減排途徑工作組，負責國際鋁行業溫室氣體碳減排途徑工作，并初步擬定了鋁行業溫室氣體排放覆蓋范圍及2050年溫室氣體零凈排放目標和途徑。
2021年3月，國際鋁業協會發布了《2050年鋁業溫室氣體排放路徑》，提出全球鋁行業溫室氣體減排目標：到2050年，在全球鋁產量17000萬t(其中原鋁產量9000萬t)條件下，全球鋁行業覆蓋全產業鏈(鋁土礦、氧化鋁及電解鋁生產、鋁加工制造，以及廢料回收、再生)的排放總量為 2.5 億t CO2當量;其中，所有與原鋁生產相關的工藝流程(特別是冶煉過程)中耗電產生的排放量將近于零，直接排放為2億t CO2當量，回收和制造過程中的燃料燃燒和電力消耗排放0.5億t CO2當量。
參照國際鋁業溫室氣體減排目標，結合我國當前鋁行業CO2排放現狀，以及中國有色金屬工業協會提出的有色行業力爭2025年前實現碳達峰，2040年減排40%目標，預計我國鋁行業有望于2025年實現碳達峰，峰值約為5.6億t CO2當量。
