來源： 中國有色金屬工業(yè)技術開發(fā)交流中心更新時間： 2022-08-24
綠色低碳與高質量發(fā)展，是電解鋁行業(yè)貫徹國家工業(yè)發(fā)展總體戰(zhàn)略的需要，也是企業(yè)自身發(fā)展的必由之路。加強產品生態(tài)設計在實際生產中的應用，減少污染物排放，提高資源和能源循環(huán)利用水平，才能從源頭上實現真正的污染防治與可持續(xù)發(fā)展。對產品或工藝過程進行生命周期評價正是實現上述經濟與環(huán)境雙贏局面的有效環(huán)境管理工具。
當前我國鋁冶煉環(huán)保標準愈發(fā)嚴格，特別在“碳達峰碳中和”的目標背景下，節(jié)能減排是鋁冶煉企業(yè)發(fā)展的重要主題。綠色低碳與高質量發(fā)展，是電解鋁行業(yè)貫徹國家工業(yè)發(fā)展總體戰(zhàn)略的需要，也是企業(yè)自身發(fā)展的必由之路。加強產品生態(tài)設計在實際生產中的應用，減少污染物排放，提高資源和能源循環(huán)利用水平，才能從源頭上實現真正的污染防治與可持續(xù)發(fā)展。對產品或工藝過程進行生命周期評價正是實現上述經濟與環(huán)境雙贏局面的有效環(huán)境管理工具。
“雙碳”背景下的電解鋁行業(yè)
當前，我國電解鋁行業(yè)多為200-600kA現代大型預焙陽極電解槽，通過自主技術創(chuàng)新，我國電解鋁行業(yè)的工藝技術和能源利用效率達到世界先進水平，2020年中國電解鋁行業(yè)鋁錠綜合交流電耗為13531千瓦時/噸，低于全球14255千瓦時/噸的平均水平。鋁冶煉行業(yè)是用電大戶，2020年我國電解鋁生產用電量5022億千瓦時，占全國用電量的6.7%。我國電解鋁行業(yè)能源結構中煤電、水電和其它可再生能源占比分別為88%、11%和1%，清潔能源保障比例顯著低于北美（水電84%）、歐洲（水電86%、核電6%）和南美（水電80%、天然氣20%）等地區(qū)。此外，我國電解鋁生產過程中產生的二氧化碳排放量達12.8噸/噸鋁，明顯高于歐洲（1.9噸/噸鋁）、北美（2.7噸/噸鋁）、南美（3.8噸/噸鋁）等地區(qū)。
據國際鋁協(xié)測算，2018年全球鋁行業(yè)二氧化碳排放量約11.27億噸，其中氧化鋁精煉碳排放2.04億噸，占比二氧化碳排放總量約19%；原鋁生產由于電力消耗而間接排放的二氧化碳量約6.7億噸，占比二氧化碳排放總量的60%；鋁電解二氧化碳排放總量8.24億噸，占比二氧化碳排放總量的73%。據中國有色金屬工業(yè)協(xié)會測算，2020年我國有色金屬行業(yè)二氧化碳總排放量約6.6億噸，約占全國碳排放總量的4.7%。其中，鋁冶煉（含電解鋁、氧化鋁、再生鋁）行業(yè)二氧化碳排放量為5.1億噸，約占77%。電解鋁行業(yè)排放（含電力間接排放）二氧化碳4.2億噸，約占有色金屬行業(yè)總排放量的64%。國際和國內統(tǒng)計結果表明，電解鋁貢獻了鋁冶煉行業(yè)和整個有色金屬行業(yè)二氧化碳排放的最大份額。
產品生命周期評價簡介
1990年，國際環(huán)境毒理學與化學學會首次提出了生命周期評價（Life Cycle Assessment，簡稱LCA）的定義：生命周期評價，是一種對產品、工藝或活動的客觀評價過程，是從原材料采集到產品生產、運輸、銷售、使用、回收和最終處置的全生命周期階段中的環(huán)境影響程度的認證，目的在于評價上述過程對環(huán)境的影響，尋求減小環(huán)境影響的機會。LCA模式與傳統(tǒng)的末端治理相比較，體現了全程控制理念，從產品設計之初，到生產實踐的每個環(huán)節(jié)，通過強化管理和技術進步，全程實施節(jié)能減排。1997年～2000年，國際化標準組織頒布的ISO14040～ISO14043一系列標準，使生命周期評價走向國際化，并使利用LCA評價不同地區(qū)產品的環(huán)境負荷有了理論上的對比性。
由于LCA在產品設計與生產過程中能夠最大限度的協(xié)助企業(yè)減少產品對環(huán)境的負面影響，實現產品的環(huán)境效益、功能效益、社會效益和經濟效益的多重目標，近年來獲得了國家的高度重視，如工信部《中國制造2025》、《綠色制造工程實施指南（2016－2020年）》等文件明確提出綠色產品要按照生命周期的理念，在產品設計開發(fā)階段系統(tǒng)考慮產品生命周期各個環(huán)節(jié)對資源環(huán)境造成的影響，實現產品的生態(tài)環(huán)境影響最小化。圍繞“雙談”目標，基于LCA的碳足跡/碳排放核查重要性凸顯。在國家政策和綠色發(fā)展趨勢的推動下，部分電解鋁行業(yè)領頭企業(yè)已經開始啟動產品生命周期評價工作，以此拓展生態(tài)市場，搶占綠色發(fā)展制高點，達到市場經濟和生態(tài)經濟的可持續(xù)發(fā)展。
生命周期評價在鋁冶煉行業(yè)的應用
LCA通過對產品整個或某個生命周期階段的資源和能源消耗以及向環(huán)境（空氣、水、土壤等）排放的廢棄物進行定性、定量分析，從而分析產品的環(huán)境負荷，常見的環(huán)境影響類型包括資源消耗、溫室效應、人體健康、酸化、富營養(yǎng)化、臭氧層破環(huán)和光化學煙霧等，評價結果可用于企業(yè)重大問題識別和工藝或技術改進指導。電解鋁產品的環(huán)境負荷主要與氧化鋁冶煉、碳陽極制備和電解有關，尤其是電解和氧化鋁冶煉，多種環(huán)境影響類型的特征化值顯著高于其它工藝環(huán)節(jié)。在電解過程中，電力消耗對酸化（AP）、人體毒性（HTP 100a）、溫室效應（GWP 100年）、光化學煙霧（POCP）、富營養(yǎng)化（EP）等環(huán)境影響類型的貢獻占比最高，基于我國能源整體結構類型，發(fā)電過程中的煤炭消耗會排放大量污染物，包括溫室氣體二氧化碳、甲烷、一氧化碳等，酸性氣體二氧化硫、氮氧化物等，使電力消耗成為全球變暖、酸化、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境影響類型的主要貢獻者。
此外，不同的原料供應也會對電解鋁產品的環(huán)境負荷產生顯著影響，如拜耳法工藝流程的噸氧化鋁環(huán)境負荷最低，燒結法的最高，混聯(lián)法介于兩者之間。其中，對拜耳法工藝，間接加熱溶出技術比蒸汽直接加熱的壓煮溶出技術的環(huán)境負荷更低；對燒結法工藝，間接加熱脫硅技術比直接加熱脫硅技術的環(huán)境負荷更低；對于混聯(lián)法工藝，拜耳法的生產比例越高，環(huán)境負荷越小。
LCA也是有效的環(huán)境管理工具，可定性和定量分析不同環(huán)境影響類型的地區(qū)差異，為環(huán)境管理部門提供參考。以溫室效應為例，我國電解鋁行業(yè)產能分布存在明顯地域差異，由于能源、原料和消費等因素，電解鋁生產主要集中在山東（自備電廠、靠近港口）、西南地區(qū)（水電、靠近老撾和越南等高品質氧化鋁產地）和西北地區(qū)（煤炭資源、低成本電力）。我國電解鋁行業(yè)碳排放也存在明顯的區(qū)域差異：南方省份主要為低碳排放區(qū)和中等碳排放區(qū)，包括重慶、湖北、湖南、江蘇、浙江、福建、廣西和四川；河南、山東、內蒙和新疆原鋁產量大、煤電占比高，為高碳排放區(qū)，其中山東碳排放強度最高，其次分別為新疆和內蒙；西北地區(qū)煤炭資源豐富、電力成本低廉，鋁產量大，碳排放總量占比全國總量的40%；云南和四川水電占比最高，能源結構中煤電占比僅約為10%，而山東省非化石能源占比不超過5%。
鋁電解技術進步和能源結構優(yōu)化是減少原鋁生產環(huán)境影響的主要途徑，然而國內外研究結果均表明鋁電解在無顛覆性技術出現的現狀下，依靠科技進步帶來減排邊際效益小。此外，我國電解槽工藝參數、電流效率優(yōu)于行業(yè)平均水平，氧化鋁普遍使用環(huán)境影響較小的拜耳法生產，技術改造環(huán)境效益較小。因此，優(yōu)化能源結構，增加水電、風電等清潔能源的使用比例是實現減排的根本途徑。我國部分地區(qū)清潔能源優(yōu)勢明顯，如西南地區(qū)，引導高耗能的電解鋁產能布局至水電和核電等清潔能源保障能力強的，在鋁電解生產過地區(qū)，是將來產業(yè)調整的重要方向。此外，基于LCA的能源評價結果表明程中，輸入能量中僅40%-45%用于電化學反應，其余均轉化為熱量，而煙氣帶走的熱量大致占整個電解槽體系能量支出的15%-30%。鋁電解過程中產生的煙氣溫度一般在100-140℃之間，將電解煙氣中的熱量回收利用，也是實現電解生產節(jié)能降耗的一種重要手段。
網站編輯：陳少林