電解鋁行業碳排放現狀和趨勢研究摘要：中國是全球電解鋁交流電耗持續下降的主要推動者和貢獻者，電耗長期處于世界領先水平。隨著中國政府和企業的逐漸重視，電解鋁綠電使用比例有望得到大幅提高，為實現“碳中和”目標和應對氣候變化作出更大貢獻。非中國區域電解鋁綠電使用比例基本穩定，全球電解鋁綠電使用比例變化主要受中國影響和驅動。本文就此進行了相關內容的探究，以供參考。關鍵詞：電解鋁行業；碳排放現狀；低碳理念1電解鋁行業碳排放現狀按照國際鋁業協會(IAI)的口徑和數據，鋁行業碳排放涵蓋原鋁生產和再生鋁等的碳排放，其中原鋁生產碳排放占比達95%。原鋁生產碳排放按生產工藝流程可分為鋁土礦、氧化鋁、陽極、電解鋁和鑄造5個工序的碳排放;按排放類型又分為電力排放(間接)、PFC排放(直接)、CO2直接排放、輔助材料排放(間接)、熱能排放(直接或間接)和運輸排放(間接)6類。根據IAI公布的數據，2019年、2020年和2021年全球原鋁生產量分別達到6365.7萬t、6532.5萬t、6724.3萬t;2019年全球原鋁生產碳排放量(全口徑)達到10.13億t，后續年度的碳排放量數據IAI尚未公布。2005年至2019年的15年間(本文中引用及分析的數據除特殊說明外均指這15年)，全球原鋁生產碳排放量從5.40億t逐步提升至7.23億t(2010年)、9.34億t(2015年)，直至10.13億t，累計增長了87.7%，復合年均增長4.3%。同期全球原鋁生產量分別為3190.5萬t(2005年)、4235.3萬t(2010年)、5845.6萬t(2015年)及6365.7萬t(2019年)，累計增長99.5%，復合年均增長4.7%。可見，全球原鋁生產碳排放量增幅略小于原鋁生產量增幅，這也意味著全球原鋁生產噸鋁平均碳排放量即碳排放強度總體呈下降趨勢。2電解鋁煙氣無組織排放深度治理技術應用2.1電解槽密封系統和上部集氣系統原有電解槽采用的是“下煙道”集氣形式，并且存在罩板變形、密封材料破損等問題，導致廠房內無組織排放增加，集氣效率低，同時被引風機帶入到凈化系統中的煙氣量少。電解槽密封系統和上部集氣系統分別通過提高電解槽的密閉率和電解槽集氣均勻性來提高電解槽的集氣效率。為了分析電解槽密封系統和上部集氣系統對無組織排放的減排效果，利用天窗氟化物在線監測系統在電解槽相同排煙量的條件下，對改造前后的氟化氫排放進行測試。在相同的煙氣量條件下，電解車間氟化物排放總量從0.81kg/t－Al減少至0.58kg/t－Al，降幅28.4%，說明增設密封系統和上部集氣系統可有效降低電解鋁煙氣的無組織排放。2.2雙煙管排煙系統雙煙管排煙系統主要通過增大電解槽排煙量來減少開槽操作時的煙氣泄露，從而減少電解鋁煙氣無組織排放。通過對比電解槽在增設雙煙管系統前后煙氣流量的變化，來確定雙煙管排煙系統的集氣能力。并利用天窗氟化物在線監測系統測量改造前后氟化氫排放的變化量，從而衡量雙煙管排煙系統對電解鋁煙氣無組織排放的減排效果。對原有電解槽進行雙煙管系統改造，對比雙煙管系統在開、關兩種不同情況下電解槽排煙量。在電解槽增設雙煙管系統后，開槽作業時煙氣量能夠比原有單煙管系統時增大1.5倍以上，說明通過增設雙煙管系統后，增加了電解鋁煙氣由無組織排放轉化為有組織排放的量。在改造密封系統和上部集氣系統后，通過增設雙煙管系統，增大開槽作業時排煙量，將電解車間無組織排放轉化為有組織排放[1]。通過增設雙煙管系統后，電解車間氟化物排放總量由0.58kg/t－Al減少至0.47kg/t－Al，進一步降低電解鋁煙氣的無組織排放。2.3殘極煙氣收集系統殘極煙氣收集系統通過殘極集氣箱、排煙管道及排煙風機等，將殘陽極產生的煙氣送至電解煙氣凈化系統中進行處理，使殘陽極散發的大部分煙氣由無組織排放轉化為有組織排放。通過測量殘極集氣箱中氟化氫散發規律，并利用天窗氟化物在線監測系統測量殘極煙氣收集系統改造前后氟化氫散發量的變化，從而衡量殘極煙氣收集系統對電解鋁煙氣無組織排放的減排效果。在特定風量(3800Nm3/h)條件下，測試殘極集氣裝置內氟化氫的排放規律[2]。殘陽極煙氣中氟化氫散發量呈現近似對數函數形式增長，隨著殘陽極的放入，氟化氫散發量在前2個小時內迅速增加，而后隨著時間增加趨于平緩，7個小時后不再向環境中散發氟化氫污染物。3電解鋁行業碳排放的趨勢3.1碳排放強度演化趨勢2019年全球原鋁生產碳排放強度為15.91tCO2e/t-Al，比2005年的16.91tCO2e/t-Al降低了5.9%，比期間最高值18.04tCO2e/t-Al(2007年)降低了11.8%。15年間全球原鋁生產碳排放強度的小幅下降主要得益于氧化鋁工序碳排放強度的下降。隨著氧化鋁工藝技術的進步、優質鋁土礦的普遍使用、控制技術和生產管理的進步，氧化鋁工序碳排放強度由3.86tCO2e/t-Al降低至2.55tCO2e/t-Al，降幅達33.9%;其在原鋁生產碳排放強度中的占比也從22.8%降低至16.0%。電解鋁工序碳排放強度則始終在12.7tCO2e/t-Al左右徘徊，呈現出前10年震蕩波動、后5年漸趨穩定的態勢。由于電解鋁工序碳排放強度沒有整體性降幅，其在原鋁生產碳排放強度中的占比從73.1%升高至79.9%。3.2電解鋁交流電耗2005年至2019年的15年間，全球電解鋁交流電耗從15080kW·h/t-Al逐步降低至14255kW·h/t-Al，累計降低5.5%。同期中國電解鋁交流電耗從14574kW·h/t-Al逐步降低至13531kW·h/t-Al，累計降低7.2%。非中國區域電解鋁交流電耗則呈現穩定態勢，15年加權平均值為15220kW·h/t-Al，最高15407kW·h/t-Al(2013年)，最低14921kW·h/t-Al(2017年)，總體變化幅度較小。可見，在非中國區域電解鋁交流電耗基本持平的情況下，中國電解鋁交流電耗的持續下降成為全球電解鋁交流電耗降低的關鍵因素，從而有利于降低電解鋁工序電力碳排放強度[3]。3.3原鋁產量和增長趨勢中國是全球電解鋁產量第一大國，2005年至2019年的15年間，中國原鋁產量增長459%，累計原鋁產量占全球的46.9%，全球原鋁產量累計增量中的88.1%來自中國[4]。2005年中國原鋁產量占全球的24.5%，并保持逐年攀升態勢，2007年占比超過30%，2013年突破50%;2019年中國原鋁產量達到3579.5萬t，占全球比例達到56.2%。可見，隨著中國經濟的快速發展，中國成為全球原鋁工業發展的主要推動力量，在未來全球原鋁工業碳減排、碳中和進程中將發揮核心作用。結束語：總之，電解鋁行業是典型的高耗能產業，也是高碳排放產業，并且電解鋁行業的高碳排放特性從屬于其高耗能特性。因此，雖然我國電解鋁能耗指標處于國際先進水平，但作為全球電解鋁第一大國，“碳達峰、碳中和”行動勢必對我國電解鋁行業產生深遠影響。參考文獻：[1]溫浩,錢坤.青海省電解鋁產業發展前景分析[J].世界有色金屬,2021,(20):134-137.[2]李瑛娟,宋群玲,張金梁,王曉東,劉捷,蔡川雄.碳中和背景下電