低碳铝工业：新时代的要求

    向低碳经济转型是中国的必由之路。中国铝工业是二氧化碳排放的大户，2008年约占全球总排放量的三分之一，这就成为世人关注的焦点。中国铝工业必须应对低碳时代的挑战，勇于承担低碳经济的责任。

     2009年末召开的“哥本哈根气候峰会”上，低碳、减排成为了全球关注的焦点。低碳，这个2009年最热门的词汇之一，吸引着世界各界人士的眼球，今后将逐步进入我们经济和生活的每个角落。

    2007年中国国家主席胡锦涛明确提出，中国要“发展低碳经济”。2009年9月22日，国家主席胡锦涛在纽约出席联合国气候变化峰会时再次重申，中国将进一步把应对气候变化纳入经济社会发展规划。国务院总理温家宝则向全世界公开承诺：到2020年，中国国内单位生产总值CO₂排放量将比2005年下降40%～45％，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期规划。

    向低碳经济转型是中国的必由之路。这不仅是为了应对气候变化，也是中国新发展模式的要求。据国际能源署的预测，2030年中国与能源相关的CO₂排放量（碳当量）将上升到116.15亿吨，比2007年增长91.3%，相当于全球1890年以来CO₂累计排放量的16.0%，也占了2007～2030年这段时期全球碳排放新增量（114亿吨碳当量）的48.6%。如果按这条路线发展下去，不仅中国不可能可持续发展，而且将严重地威胁到整个人类的发展与生存。

     一、铝工业迎接低碳经济时代

    通俗地讲，低碳经济的基本特点就是：低能耗、低排放、低污染；在所消耗的各类能

源构成中，新能源及可再生能源、核能所占的比例越来越大。

     （一）我国铝工业达到低碳经济任重道远

    中国生产原铝与氧化铝的技术与装备水平并不比国际水平低，特别是原铝提取工业。2008年中国的平均电耗为14300千瓦时／吨铝，外国为15396千瓦时／吨铝，中国的平均电耗比国外低7.2%。因为中国的自焙阳极电解槽几乎全部淘汰了，因此排放的二氧化碳并不比国外高。不过中国提取氧化铝的能耗却比国外高得多，中国2008年生产1吨氧化铝的平均能耗为800千克标煤，而国外不过500千克标煤，比中国低37.5%。为外国用的铝土矿原料全部为三水软铝石，同时全都采用纯拜耳法；中国90%以上的氧化铝是从一水硬铝石提取的，用纯拜耳法提取的很少。

     即使平果铝业公司以拜耳法生产氧化铝，但原料仍为一水硬铝石。中外铝电解工业2008年的平均能耗与二氧化碳排放量列于表1。

表1  2008年中外铝电解工业的平均能耗与二氧化碳排放量*

备注：*本表资料由姚世焕先生提供。

    综上所述，我国提取1吨原铝直接排放的二氧化碳虽然仅比国外高10.3%，但排放总量却比世界任何一个国家都多。2008年全球原铝产量42540千吨，其中中国产量为13180千吨，其二氧化碳排放量约70777千吨，占国外总排放量142983千吨的49.5%，几乎占到一半；占全球总排放量213760千吨的33.2％。这是一个不可忽视的数字，应引起重视。

    如果将间接原铝生产的二氧化碳排放量也计算在内，则是一个大得更可怕的数字。据匡算，若生产1吨原铝的综合电耗按15000千瓦时计算，则火力发电厂的二氧化碳排放量为约13吨。假如都按用火力发电生产铝，则中外生产1吨原铝的间接二氧化碳排放量相差无几。不过国外生产原铝的能源结构中，水电与核电占相当大的比例，如俄罗斯、加拿大、美国、巴西、委内瑞拉等国，水电占有较大比例。在西欧铝工业的能源结构中，核电占有不小的份额。而在中国，原铝工业的能源结构中，火电占的比例大，核电为零。因为中国现有的核电站都在沿海地区。水电占的比例也相当小。因此，中国生产1吨原铝的直接、间接二氧化碳总排放量至少比国外的平均值大22%以上。

     （二）达到减排40％目标：岁月漫漫，道路艰辛

    铝工业排放的二氧化碳，都源于生产过程中消耗炭素制品与含碳物质。在今后10余年要达到温家宝总理提出的“到2020年单位生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%～45％的目标”是非常困难的。例如，2009年炭阳极的平均消耗量为约435千克／吨铝，若要减少二氧化碳排放量40%，则阳极炭块的消耗量不能大于261千克／吨铝。显然，在现有的技术条件下是办不到的。即使在实验室能做到，商业化生产也几乎在可预见的时期内难于实现。从1888年的直流电耗40000千瓦时／吨铝降到今天的13000千瓦时／吨铝，用了120余年，经过了五、六代人孜孜不倦的探索与大量试验。今天，实现低碳铝工业也将是一项岁月漫漫的艰辛历程，需要几代人努力。发展非消耗性阳极与可湿性阴极，将直流电耗降到10000千瓦时／吨铝或更低一些，或者干脆告别电解法，到那时，我们才可以说绿色的低碳铝时代降临人间。

     （三）中铝站在发展低碳铝工业的最前端

    作为中国铝工业脊梁的中铝公司，在发展低碳铝工业方面站在最前端。在创建国际化多金属矿业公司的进程中，中国铝业以全面科学发展为指导，始终把节能减排作为公司的方针，使一些重要的主导产品生产工艺和能耗指标领先国际水平，有些已跻身世界先进行列。譬如，青海分公司研发的“新型线性给料器在电解烟气净化中的开发与应用”项目和“炭素阳极焙烧炉燃烧控制系统节能技术研究”项目，投入使用以来均取得了预期效果，降低了能耗，减少了污染，经济与社会效益明显；焦作万方铝业股份有限公司成功应用船形阳极使阳极单耗下降13千克／吨铝，综合交流电耗下降189千瓦时／吨铝、二氧化碳排放量减少331千克／吨铝；等等。

    中国铝业计划在今后3年内逐步淘汰高成本及落后铝产能200千吨／年和1000千吨／年的氧化铝产能，大约6.7%的产能将在2011年底前关闭，并将转换现有的1000千吨／年落后、高成本氧化铝产能，变成生产化学等级氧化铝。

    调整产品结构和产业结构，发展高附加值低能耗的低碳产品，是中国铝业采取的另一条发展低碳铝工业措施。不断开发高附加值和高技术含量的铝、铜材，以满足国防军工发展的需要，得到了国家有关部门的充分肯定。中国铝业高起点建设的200千吨／年的再生铝项目，比同等规模的原铝厂可节电28亿千瓦时，二氧化碳排放量可减少约102千吨／年。该项目的一期已于2008年投产。

     中国铝业投资兴建的中铝南海铝合金有限公司，利用约80%的废铝生产挤压圆锭，实现铝的循环利用，节能减排效果显著，是一个名副其实的低碳经济项目。在原铝方面，中国铝业逐步形成了以包头铝业、山东分公司为代表的铸造铝合金基地和以贵州分公司、青海分公司为代表的轧制扁锭生产基地以及以连城铝业公司、青海分公司为代表的铸轧带坯卷生产基地，等等，直接用原铝生产加工用的铸锭及带坯卷，免去加工厂重熔，可免除重熔能耗和减少金属烧损，消除二氧化碳排放，每年可减少柴油能耗54千吨，减少金属损耗约11千吨，减少二氧化碳排放约73千吨。

     二、铝加工业的低碳之路

    铝加工材与铸造产品在整个生产过程中直接排放的二氧化碳仅相当于提取原铝直接排放二氧化碳的12%左右，排放的主要工序有：铝锭重熔、废铝复化、铸锭均匀化、热加工前的预加热与各种热处理等。排放量最多的是前两道工序，除极个别企业外，中国重熔与复化铝废料用的燃料主要是柴油与天然气，电能及其他燃料极少。据笔者调查与计算，熔炼铝（重熔用锭）排放的二氧化碳约90.3千克／吨铝；熔化废铝排放的二氧化碳稍多一些。其原因一是因为熔化废铝本身消耗的燃料略高一些，二是因为废铝上粘有油污与其他脏物，也要多消耗一些燃料，因此排放的二氧化碳为约93.5千克／吨铝。均匀化处理、预加热、退火、固熔处理等，若用矿物燃料加热与保温，也必然会排放二氧化碳。所有的铝材在生产过程中都必须经过一次或几次热处理。就全国来看，铝材加工过程（不含熔炼铸造）中排放的二氧化碳为约1巧千克／吨铝材；铸件及压铸件的热处理次数较少，二氧化碳排放量按65千克／吨铝计算。

     （一）加工铝材及生产铸件排放的二氧化碳

    2009年中国生产加工铝材12350千吨，生产铸件及压铸件4540千吨；加工材的投料量约18450千吨，压铸件及铸件的投料量约5800千吨。加工材的综合成品率按70%计算，压铸件及铸件的综合成品率按78%计算。它们的二氧化碳排放量示于表2，由于篇幅有限，没有对每一种铝材、每一种热处理的二氧化碳排放量进行计算。

表2  2009年中国铝加工业及铸造业的二氧化碳排放量

     备注：①按产量的105.3%计算；

           ②按产量的103.5%计算；

     （二）低碳铝加工业及铝铸造业的发展之路

    由表2所列数据可知，2009年中国铝加工业及铝铸造业排放的二氧化碳总量为4093.3千吨，其中熔炼占54%，热处理工序占46%。在生产过程中，铝材及铸造产品的热处理是不可或缺的，同时必须在加工厂与铸造厂内进行，仅有极少量的个别工序可在专业化的热处理厂内进行。所以，热处理的节能减排在于提高热效率，改进热处理工艺，缩短热处时间和采用先进的热处理设备等。

    熔炼铸造工序最具节能减排潜力。这不仅是因为它排放的二氧化碳量大，而且还在于只要调整一下铸锭或铸造产品的生产结构，就可以取得巨大的节能减排效果。例如，可以在铝电解厂生产铸锭和（或）铸轧带，也可以向铝电解厂购买原铝生产的铸锭和（或）铸轧带坯；可以利用原铝生产压铸件和（或）铸件，也可以利用原铝生产线杆。2009年中国利用原铝直接生产的铸锭、压铸件、铸件、铸轧带坯、连铸轧带坯、线杆等还不到12%，而有些工业发达国家已达65%以上。如果中国的这个比例能达到60%，按2009年重熔的铝锭计算，就可以减少二氧化碳排放1325千吨，何乐而不为呢？

    建设低碳铝工业不单纯在于降低二氧化碳排放量，还要同步降低一切对环保不利物质的排放。对水要做到零排放，尽量减少氮氧化合物的排放；在铝熔体净化处理过程中，不用熔剂与氯；尽量不排放或少排放固体废弃物；对废弃物进行综合利用与无害化处理。

     三、结束语

    气候变化是全人类发展面临的最不确定的最大挑战，其规模之大，范围之广，影响之深，亘古未有。目前，应对全球气候变化已经成为世界各国领导人的共识。向低碳经济转型，是中国铝工业的必由之路，也是中国新发展模式的要求。新世纪以来，中国铝工业进入高速发展期，发展模式是粗放型的，铝工业是能源消费大的产业之一，也是二氧化碳排放多的产业之一。铝工业应全面贯彻科学发展观，做好结构调整，合理利用资源，积极淘汰落后设备，采用节能的、排放物少的清洁工艺。氧化铝与原铝工业大约还有占总产能10%的落后生产能力，铝加工业落后产能占的比例更大，为25%左右，如能源效率低的熔炼炉仍占相当大的份额，块片式二辊轧机尚未绝迹，大部份双辊式连续铸轧机的速度有待提高，锭坯供应结构亟待转型，等等。

    铝工业必须积极应对低碳时代的挑战，勇于承担发展低碳经济的责任，制定完善低碳铝工业与铝企业发展的路线图。