下面是小编为大家整理的碳达峰碳中和技术特性与环境影响分析 关于碳达峰碳中和意义的思考,供大家参考。
碳达峰碳中和的技术特性与环境影响分析
摘要：电解铝是高载能、高排放行业，在铝电解生产过程中排放大量温室气体，给生态环
境造成了较大压力。因此，开展铝电解过程温室气体减排对生态环境保护具有积极意义，
特别是对落实碳达峰碳中和重大战略部署，促进铝工业绿色可持续发展意义重大。本文根
据目前电解铝行业技术现状，从铝电解过程中节能降耗、减少炭阳极消耗和减少PFCs排
放等环节重点分析在铝电解生产过程中减少温室气体排放的潜力，结合详细分析计算，给
出具体的减排值，为铝工业温室气体减排和碳达峰碳中和工作开展提供数据参考。
电解铝工业是国民经济的重要支柱，铝工业的可持续发展对国民经济具有重要的促进作用。由于采用炭阳极生产，铝电解过程会排放大量的二氧化碳，仅阳极消耗一项吨铝产生二氧
化碳1.3 t以上
本文根据目前电解铝行业吨铝能耗以及温室气体排放现状，结合电解铝节能和减排先进技术，从铝电解过程中节能降耗、减少炭阳极消耗和减少PFCs排放等环节重点分析在铝电
解生产过程中减少温室气体排放的潜力，进行详细分析计算，给出具体的减排值，为铝工
业温室气体减排工作开展和碳达峰碳中和提供数据参考。
1 铝电解生产温室气体排放现状
国际铝协(IAI)在2019年9月发布了第四版全球铝工业生命周期清单报告(LCI)。报告显示，2019年全球原铝工业的吨铝平均碳排放量是16.5 t, 包括了铝土矿、氧化铝、阳极、电力和铸造等所有环节，综合考虑了铝电解电耗和电力产生方式，2019年全球电解铝综合交流电耗为14,273 kWh/t-Al, 其中中国的指标最低，为13,531 kWh/t-Al。但是由于中
国电解铝煤电比例2019年时为88%,比世界煤电平均值64%高出24%,中国吨铝电力碳排放
为12.8 t, 比世界平均值10.1 t多出2.7 t, 中国的吨铝碳排放总量约为19.2 t。详细
数据见表1和表2。综合考虑中国铝电解行业的现状，吨铝电力碳排放占了碳排放总量的60%以上，按照吨铝综合交流电耗13,531 kWh, 根据1 kWh排放0.75 kg-CO
2 铝电解节能降耗降低温室气体排放潜力分析
目前，中国电解铝铝液综耗在13,500 kWh/t-Al左右，由于整流系统、净化系统以及其他
均摊用电相对稳定，铝电解节能主要是降低铝液直流电耗。最近十几年，中国电解铝铝液
直流电耗大幅下降，从2007年的14,000 kWh/t-Al 下降到目前的行业水平13,000
kWh/t-Al, 吨铝节电达到1000 kWh, 主要得益于国内铝电解科技工作者巨大贡献，相继研发了无效应低电压技术、异形阴极技术、双钢棒技术等，槽电压较之前有较大幅度的降低，
取得了良好的节能效果
铝电解节能主要从降低槽电压和提高电流效率方面着手。在降低槽电压方面主要开展工作是优化电解槽各部分电压分布、提高导体导电性能降低各部分压降，比如优质阳极技术、阻流块技术、母线补偿技术、富锂氧化铝节能技术、无效应低电压技术、新型稳流保温铝电解槽节能技术均涉及此方面内容，特别是最近兴起的磷生铁浇铸技术，大幅降低炉底压降，是从降低槽电压着手实现降低能耗的典型代表。在提高电流效率方面，提高铝液稳定性，降低水平电流和铝液界面变形，从而提高电流效率，比如锂镁复合添加剂技术、三度寻优技术、异形阴极技术和双钢棒技术等，特别是异形阴极技术和双钢棒技术是这方面的典型代表。
随着铝工业整体技术进步，铝电解节能技术也在不断推陈出新，阴极磷生铁浇铸技术和新型稳流保温铝电解槽节能技术在是目前铝电解行业主流节能技术。数据显示
国外有代表性的电解技术是阿联酋铝业公司的DX+440、力拓的AP37-40和HAL300。这些电解槽的阳极电流密度均接近1 A/cm
3 铝电解生产过程降低阳极碳耗实现温室气体减排分析
铝电解阳极净耗主要与电流效率和阳极氧化两方面因素相关性较强。根据铝化学反应方程式，电流效率越高，碳耗越低，电流效率100%时，全部生产CO
由表3可以看出，随着电流效率降低，理论炭耗和二氧化碳排放量逐渐增大，并且增大幅度加大。电流效率在88%～100%范围变化时，电流效率每降低1%,电解过程消耗炭阳极产生的二氧化碳排放量增加约14 kg/t-Al。
近十年，由于电解质中锂、钾含量不断富集，电解质体系逐渐复杂化，特别是北方地区，所有氧化铝以国产为主，锂、钾富集更为明显，电解质中LiF平均在5%～6%,个别企业甚至达到了8%～10%,KF含量平均在2%～4%,高的达到了6%以上。锂、钾含量富集造成电解质体系发生重大变化，初晶温度降低，槽温降低，不但给生产带来较大的操作难度，也导致了电流效率的降低
电解过程炭阳极消耗产生二氧化碳排放的另一条途径是阳极氧化
综合来看，未来随着铝电解电流效率提高和阳极防氧化技术进步，电解过程炭阳极消耗产生的二氧化碳排放有望减少64 kg/t-Al。
4 铝电解过程PFCs排放量及减排潜力分析
铝电解过程中由于氧化铝浓度波动，造成槽电压波动甚至产生阳极效应，根据电化学原理，当过电压增大到2.55 V,就生成了CF
电解槽在正常运行状态下，PFCs排放量处于较低水平，PFCs排放经系数换算后折合0.2～0.5 t-CO
作者及团队成员采用Gasmet DX4000傅里叶红外光谱仪分析净化系统烟气中CO、CO
5 其他前瞻性铝电解过程温室气体减排技术及措施
铝电解余热发电技术是未来降低铝电解能耗和降低温室气体排放的重要方向和研究领域，
但是此技术研发难度较大。国外对此研究工作开展较早，但也没有实现大规模推广应用，
据报道建立了余热回收利用发电的试验生产线，吨铝可回收2000～3000 kWh能量
改变电解铝能源供给方式，用水电代替煤电，是铝电解减少温室气体排放的另一个重要途径。近几年，中国电解铝往云南、四川等水电丰富西南地区转移了部分产能，使我国的清
洁能源使用比重也在逐步提高。根据最新统计，截止到2021年3月份，国内使用水电、
风电、光电等清洁能源的电解铝产能占比提高至18.83%,较2019年底提升了4.9个百分点。由于西南地区水电发电总量趋于稳定，如果没有新建大型水电站，电解铝产能逐渐趋于固定。但是，电解铝未来风电、光电占比趋势存在较大变数，主要由技术进步和重大能源战
略调整等决定。
6 结论
本文针对目前电解铝行业技术现状及发展趋势，从多个角度分析了为了电解铝温室气体减
排的方向和潜力，铝电解过程中节能降耗、减少炭阳极消耗和减少PFCs排放是未来几年
减少铝电解过程温室气体减排的主要途径。通过分析计算可知，铝电解能耗存在500
kWh/t-Al的节能潜力，相当于间接减排二氧化碳375 kg/t-Al, 通过提高电流效率和降低
阳极氧化，可减少铝电解过程阳极消耗产生二氧化碳排放64 kg/t-Al, 在减低PFCs排放
方面有吨铝减排100 kg-CO
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