我國有色金屬行業碳達峰之見解

徐明洪 馮東琴 邵澤超 林如海｜文

我國已經明確了實現“碳達峰、碳中和”的時間并加快構建相關政策體系。控制工業碳排放對于實現雙碳目標尤為重要。作為工業的重要組成部分，有色金屬行業經過30 多年的快速發展，產量的高速增長也使得其碳排放總量增長較大。我國銅、鋁、鉛、鋅等基本有色金屬行業由于產量達峰將提前實現碳達峰，小品種金屬產量將繼續增長但對有色金屬全行業碳達峰影響微小。建議加強產業前瞻性研究，建立規范的碳交易市場，開展碳稅征收和負碳減稅工作。

“碳達峰與碳中和”的概念

碳達峰是指在特定范圍內，比如某個地區或某個行業的二氧化碳排放達到峰值。例如，我國承諾2030年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后逐步降低。碳中和是指在某個特定范圍內測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，然后通過植樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“零排放”。我國已承諾到2060年實現碳中和。從碳達峰到碳中和僅用30年時間，世界上還沒有哪個國家在30年間實現碳中和的。

全球二氧化碳排放量逐年增加，2019年全球排放量達341.7億噸，1965-2019年年均復合增速2.1%。作為發展中國家，我國工業及經濟快速發展并由此產生了大量的溫室氣體，2019年我國二氧化碳排放量101.7億噸。盡管我國人均碳排放量不足8噸，與歐盟相當，遠低于美國人均水平，但是我國碳排放總量約占全球碳排放總量的三分之一，分別是美國和歐盟的2倍和3倍。因此，我國實現“碳達峰、碳中和”勢在必行，而且任務十分艱巨。

“碳達峰與碳中和”有時空范圍限制

1.時間限制

從現在開始到2030年，我國每年碳排放總量還將增長，但是增長速度要控制，要讓增速快速降低。到2030年二氧化碳排放達到頂峰，之后先緩慢下降，與2030年之前的緩慢增長年份共同形成一個平臺期，而后逐漸加速下降，到2060年實現碳中和。雖然時間有限制，但發展要循序漸進，防止冒進。中共中央政治局7月30日召開會議要求，要統籌有序做好“碳達峰、碳中和”工作，盡快出臺2030年前碳達峰行動方案，堅持全國一盤棋，糾正運動式“減碳”，先立后破。

2.空間限制

對碳排放量的測算，有一定的地域范圍或特定的產業范圍限制，譬如汽車行業、有色金屬行業、某國、某省、某市等等，也可以以個人或團體單位核算。

以行業、產品為單位相對容易建立碳計算標準，追蹤碳足跡。但由于很多行業構成上下游關系，以行業計算，會有很多重復計算。如果每個行業都實現了“碳達峰、碳中和”，那么包涵所有這些行業在內的地域空間范圍內一定也是實現了“碳達峰、碳中和”。

以地域范圍來計算，不易進行單一產品碳核算，但是容易核算排放總量，可以以地區在核算時間內消耗的各種碳量總和來計算。

工業碳的產生

1.二氧化碳的來源

地球上的二氧化碳有五大來源，分別是：有機物（包括動植物）在分解、發酵、腐爛、變質的過程中釋放出的二氧化碳；糞便、腐殖酸在發酵、熟化的過程中釋放出的二氧化碳；動物在呼吸過程中吸入氧氣后呼出的二氧化碳；石油、石蠟、煤炭、天然氣燃燒過程中釋放出的二氧化碳，石油化工、煤化工在生產產品的過程中釋放出的二氧化碳；冶金工業、化學工業中使用碳作為還原劑的碳熱還原工藝過程中產生的二氧化碳，如鐵、鐵合金、硅等。其他工業中，若使用含碳物質作為媒介，其中的碳多數轉化為二氧化碳。此外，據全球實時碳數據（Carbon Monitor）的每日碳排放檢測方法，全球的二氧化碳排放量主要來自電力（39%）、工業生產（28%）、陸運（18%）、航空（3%）、船運（2%）以及居民消耗（10%）。

2.工業二氧化碳的產生

工業是碳排放的重要領域，主要是工業領域中使用化石能源和碳質還原劑產生二氧化碳，約占社會碳排放總量的70%。能源行業是最大的碳排放行業。由于當前我國能源結構偏煤、油、氣等化石能源，而且借鑒美國碳達峰前后的能源消費、碳排放強度等基本特征和變化規律，結合我國能源資源稟賦和經濟社會所處發展階段，今后相當長的時間內不會完全退出煤炭等化石能源。據預測，我國能源需求結構將順應全球發展趨勢，不斷向清潔、低碳化發展。煤炭占比穩步下降，2030年和2050年將分別降至47.1%和32.4%。2030年后清潔能源將逐步替代煤炭，其中非化石能源占比增幅較大，2030年和2050年將分別達到20.4%和35%。

利用非清潔能源開展生產活動的地區，高耗能產品的單位碳排放量相對較高。再加上產業規模大，行業的碳排放總量就大，比如化工、建材、鋼鐵和電解鋁。有些品種的金屬冶煉還要用到碳質還原劑，多數碳質還原劑的化學反應物質最終也是通過燃燒轉變為二氧化碳排放。工業生產也會產生二氧化碳以外的其他溫室氣體，比如氟化物、甲烷和氮氧化物等，其二氧化碳當量值更高。

3.控制工業碳排放的主要途徑

第一，控制生產規模。我國碳排放總量大的主要原因是生產總量大，工信部數據顯示，在世界500多種主要工業品種中，我國大約有220多種產品的產量居世界第一。化石能源、鋼鐵、化工、建材、電解鋁等產業的碳排放量尤為巨大，在工業碳排放中占了大部分。2020年，我國全社會碳排放量約106億噸，其中電力行業碳排放量約46億噸，排第一位，占我國當年碳總排放量的43%，工業領域碳排放量約43億噸。我國鋼鐵工業二氧化碳年排放量近20億噸，建材行業二氧化碳排放量14.8億噸。根據2020年的數據顯示，我國有色金屬行業二氧化碳排放量約6.6億噸，其中鋁工業二氧化碳排放量約5.5 億噸，占有色金屬行業的83.3%，其中電解鋁碳排放量4.2億噸。由此可見，控制生產規模是控制工業碳排放的重要途徑之一。

第二，改變能源結構。為順利實現碳達峰的目標，必須大力推動能源結構變革，通過更多使用非化石能源來改善碳排放。比如，有色金屬工業中的電解鋁、工業硅、多晶硅等產業遷往水電資源豐富的云南、四川、青海等地。

第三，改進生產技術。通過改進生產技術降低單位產品能耗、物耗等辦法，降低碳排放水平，比如余熱利用、余氣利用和中間物質循環利用等。

第四，改變工藝。用其他還原劑代替某些化學、冶金工業的碳還原劑，比如，鋼鐵行業提出用氫還原工藝煉鋼。

西安交通大學袁曉玲等在《中國工業部門碳排放峰值預測及減排潛力研究》中的成果表明：（1）僅在低碳背景下，工業部門整體達峰時間是2028年，早于2030年全國整體碳達峰目標。因此，中國整體碳達峰的重要前提是工業部門碳達峰。（2）從八大細分行業[采掘、輕工、紡織、石油、化工、冶金（包括鋼鐵和有色）、機電和電力]的碳排放趨勢來看，基準情景下僅輕工和石油業能夠實現2030年前達峰。但低碳背景下八大行業均能在2030年前達峰，高耗能背景下各細分行業只有在2040年前才能達峰。冶金、化工、電力、石油和采掘業等細分行業占據了工業近90%以上的碳排放，尤其是冶金和化工業，因而工業部門碳排放達峰是以上述部門達峰為前提的。（3）八大細分行業中，化工和冶金工業屬于高減排潛力-高增排風險行業，采掘業屬于高減排潛力-低增排風險行業，紡織和石油業屬于低減排潛力-低增排風險行業。工業行業整體碳減排潛力約為8.52 億噸，可實現提前5年達峰，但同時也存在15.85億噸增排風險，這將導致達峰時間推遲11年。因此，根據各細分行業生產規模、能源結構、生產技術和生產工藝特點采取相應的碳排放控制途徑和措施，才能更充分地發揮各自的減排潛力。

有色金屬行業控制碳排放之初見

1.基本金屬行業由于產量達峰將提前實現碳達峰

經過30 多年的連續高速增長，我國多數有色金屬產品的產量不僅居世界首位，而且在全球占有很大的比例，有的占比甚至達到50%以上。由于有色金屬產量增長快，相應碳排放總量增長也大，其中鋁行業碳排放量占有色金屬的83.3%。因此，就有色金屬行業碳達峰來說，最主要的是鋁行業的碳達峰。

我國銅、鋁、鉛、鋅等基本有色金屬形成的足夠大的產能規模和巨大的社會蓄積量，加之這些金屬回收再生率逐年增高，使得原生金屬冶煉的增長潛力不大，產能規模接近達峰，加上行業大力采取節能降耗和減排措施，碳達峰是完全有可能實現，而且是可能提前實現的。而碳中和需要從三個維度去實現：一是產業規模，在維持峰值平臺一段時間以后，會逐漸下降到一個新的平臺；二是能源結構的改變，將大量采用“綠電”；三是自身生產綠色負碳產品，輸出負碳產品給下游用戶，為下游用戶減碳，交換回來碳指標。

據中國有色金屬工業協會預計，我國鋁產業碳達峰峰值為6億噸，較2020年增長0.5億噸，年均增長1.8%；電解鋁行業2025年碳排放達到峰值后將開始下降。有色金屬行業碳排放峰值也將于2025年后達到，峰值為7.5億噸左右，較2020年增長0.9億噸。

2.小品種金屬產量將繼續增長，但對有色金屬全行業碳達峰影響微小

依據現代化進程的經濟和社會指標綜合判斷，目前我國現代化程度與美國1950-1970年相當，這一差距要求持續推進現代化進程，仍然需要能源支撐。

中國石油集團經濟技術研究院在其發布的2017 版《2050年世界與中國能源展望》報告中認為，我國一次能源消費結構呈現清潔、低碳化特征，清潔能源是2030年前新增能源主體，2030年后逐步替代煤炭，2045年前后占比超過50%。

在“碳達峰、碳中和”目標下，我國能源發展將主要有三大路徑，其中兩條途徑都是要擴大有色金屬的消費量。一是持續提高能源效率，減少能源消費；二是大力發展新能源，優化電力結構。有色金屬材料具備優良的熱、電和磁等性能，而且是優良的減重材料，將為實現“碳達峰、碳中和”目標發揮重要作用。例如，提高能源效率，大力發展風能、太陽能等可再生能源發電技術，逐步提高非化石能源發電占比，持續優化電力結構，就需要大量熱、電和磁性能優良的有色金屬材料。新能源的發電、儲能和能量轉換材料的使用量會大幅增加，這既包括基本金屬，也包括小品種金屬。但是由于基本金屬本身規模相對較大，能源領域里的增量可以和其他領域里消費減量進行結構性對沖，而小品種金屬則會形成凈增量。

小品種金屬可以有力助推負碳經濟發展。負碳經濟是以吸收和轉化二氧化碳為主要形態的經濟模式。它是在永續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、產業轉型、清潔能源開發等多種手段“控制”實現二氧化碳的零排放，不僅“吸納”并消除經濟活動中產生的全部二氧化碳，同時還額外消耗二氧化碳，從而使經濟社會發展進入“負碳時代”。新能源創新和新材料創新是負碳經濟的兩個重點研究領域和發展方向。其中，新材料創新是指對材料組成、結構、性能及使用行為的研發與生產，賦予生物材料、復合新材料、超導材料、能源材料、智能材料、磁性材料和納米材料全新內涵的創新。

對小品種有色金屬來說，由于其功能特性，將為新能源與新材料創新提供基礎保障，在“碳達峰、碳中和”過程中，為社會提供全生命周期負碳產品，可以幫助全社會減碳。在這方面，小品種金屬材料將會大顯身手。因此，需求將持續增長，產業規模在形成足夠的社會蓄積量之前將不斷擴大，不能通過控制生產規模的辦法來實現雙碳目標。盡管如此，由于其總量相對基本金屬來說有限，再加上采取一些減碳措施，總體對有色金屬全行業的碳排放貢獻比率不會產生多大影響。

但是，這些小品種金屬的產量規模上升會給其他行業的碳減排帶來巨大的收益。譬如，太陽能發電材料多晶硅、銦、鎵等金屬，儲能材料涉及的鋰、鈉、鎂以及輕量化結構材料等，都將給下游行業的碳減排帶來好處，因此，都會有較大的消費需求增長潛力。

例如，以現有技術水平估計，生產1千克單晶硅耗費的電力大約115千瓦時，但是1千克單晶硅制造成光伏電池，在設計壽命期內平均發電10800千瓦時，電力回報近100倍。就是把光伏裝機之前的全產業鏈能耗都算上，保守計算每瓦單晶光伏裝機耗電大約0.94度，但是每瓦單晶光伏每年平均發電1.13度，0.83年就能回收投入的能源。一般單晶組件使用壽命至少30年，壽命期發電量33.9 度，每瓦單晶光伏生命周期給社會貢獻電量33度。這樣的產品在全生命周期里就是負碳產品。根據中國生命周期基礎數據庫CLCD數據，中國電網電力（各種電力混合后的平均值）1度電的二氧化碳排放量是0.96千克左右，那么，每瓦單晶光伏電站全生命周期可為社會減少二氧化碳排放31.68千克。為了使得光伏發電更適合應用場景，對分布式光伏發電加裝儲能系統，每瓦光伏發電配裝4瓦時的儲能系統，根據Ecoinvent Database（V3.0）的相關數據，約耗電4.01度電，意味著全系統電能投入產出比為（4.01+0.94）/33.9=1/6.85。

幾點建議

一是加強產業前瞻性研究，尤其是產業鏈的產業規模、技術和工藝發展趨勢及其技術經濟指標的研究，從而可以追蹤碳足跡，做好產品的碳核算，制定碳核算標準；二是在完整的碳核算并建立產品碳標準的基礎上，建立規范的碳交易市場；三是開展碳稅征收和負碳減稅工作。只有對碳減排有貢獻的進行獎勵，對減排有危害的進行懲罰，才會有良好的社會效果。