2024年全球铝行业脱碳的机遇与挑战研究报告（英）

脱碳 铝市场 ： 挑战与机遇 Nitya Aggarwal, Matthew Piotrowski,乔治 · 弗兰普顿 Acknowledgments 大西洋理事会要感谢气候工程基金会支持我们在这个项目上的工作。 COVER: 在肯塔基州的一家Century Aluminum公司工厂中，液态金属被倒入碳阳极。日期：2019年5月。来源：REUTERS/Bryan Woolston 本报告严格按照大西洋理事会关于思想独立的政策撰写并发布。作者们独自负责其分析和建议。大西洋理事会及其捐赠者并不决定任何本报告结论，也不一定支持或倡导这些结论。 ISBN-13: 978-1-61977-312-7 版权所有 © 2024 美国大西洋理事会。所有权利保留。未经书面许可，本出版物的任何部分均不得复制或以任何形式、通过任何方式传播。允许在新闻文章、评论或评论中引用简短段落的情况除外。请将查询发送至：美国大西洋理事会，华盛顿特区 15 街西北 12 楼，20005 邮政编码。 挑战与机遇 Nitya Aggarwal 、 Matthew Piotrows ki 和 George Frampton 执行摘要 铝是世界上最能源密集型和温室气体排放量大的大宗商品之一，约占全球总排放量的3%。金属的全球需求预计会上升，铝在交通、包装、建筑以及能源转型的整体脱碳努力中占据核心地位。虽然钢铁和水泥的脱碳路径最近受到了政策制定者、非政府组织（NGOs）和行业越来越多的关注，并且与铝有一定的相似之处（因为它们也都涉及到从煤炭电力转向新的减排技术），但政策制定者对铝的关注较少。铝行业已经开始采取领先措施进行脱碳，但为了在这个难以减排的领域取得显著进展，仍需新的政策措施。国家和国际机构必须在这些措施上进行合作，因为铝像钢铁一样高度交易。全球原铝产量从2000年到2021年几乎翻了三番，达到6800万吨。拥有更大气候雄心的国家现在开始生产成本更高的清洁铝，必然会寻求保护国内竞争并防止碳泄漏，如果他们认为必要，可能会通过贸易措施来实现。行业去碳化行动必须考虑到这一点，并促进国际合作而非贸易争端。 各国政府应采取以下行动 ： 致力于铝等重工业的脱碳目标 ， 这些目标符合《巴黎协定》。 致力于、拥抱、加速并集中当前在减少重工业（包括铝业）碳排放方面各自开展的倡议和联盟。 承认气候相关贸易工具的重要性，并将其用于减少铝工业等重工业的排放。 各国政府和国际组织应在以下步骤上共同努力 ： 重点关注设施和产品的 “排放强度 ” ； 开发协议以确定铝生产设施和产品的碳强度（嵌入排放，即制造和生产金属过程中产生的排放）。 确保嵌入式排放测量侧重于生命周期排放。 这份报告分析了铝产业难以实现去碳化的Reasons，各种去碳化路径，以及相关市场国家当前采取的方法。报告还提供了政府、国际组织和行业进一步行动的建议，以推动深度去碳化进程。 整合正在制定关键大宗商品嵌入排放衡量标准的独立举措，将其合并到一个单一的平台和论坛中。 行业应在以下关键领域发挥作用 ： 加强与国际论坛在数据和标准制定方面的合作。 与政府合作，增加废铝和可再生能源在精炼和电解过程中的使用。 "美国铝制造业：行业趋势与可持续性"，国会研究服务，2022年10月26日，<https://crsreports.congress.gov/product/pdf/R/R47294>. 术中发挥着至关重要的作用。3仅新电动汽车的需求预计将推动超过三分之一的铝需求增长，从2020年的1990万吨增加到203 0年的3170万吨。4铝同样对太阳能电池板和电力生产所需的铜缆的生产至关重要。此外，对环保包装的需求（如罐装饮料）也预计将推动铝包装需求的增长。虽然铝可以无限期地回收而不损失质量——大约有75%的历史铝产量仍在使用中——但铝市场的规模及其面临的需求压力要求增加生产。铝行业的巨大规模及其预期的持续增长复杂化了铝行业去碳化的挑战，目前铝行业产生的温室气体排放约占全球总排放量的3%。 全球对铝的依赖使其生产过程去碳化变得越来越重要，以便实现长期气候目标。目前，生产一吨铝平均排放约15.9吨二氧化碳（CO2）。为了与1.5摄氏度的目标保持一致， 巴黎协定中明确了 Celsius 的目标，铝行业必须将碳强度降低至每吨铝低于 0.5 公吨二氧化碳当量。实现这一目标的挑战在于实现去碳化。 炼制和熔炼过程由于其高能强度而受到关注。成功使这些生产流程绿色化将需要创新解决方案，结合可再生能源与新技术。 理解铝行业去碳化面临的困难和机遇首先需要探索铝生产的过程以及目前采取的去碳化措施。在明确了这些因素和现有解决方案后，深度去碳化的路径将变得清晰。 目前，铝的生产能源密集型，并产生大量的温室气体（GHG）排放。纯铝必须从铝土矿中提取，通过破碎过程进行。 2 “报告揭示全球铝需求将创下新高——疫情之后”，国际铝业协会，2022年3月23日，https://international-aluminium.org/report-reveals-global-aluminium-dema nd-to-reach-new-highs-after-covid/. 3 佩德罗·阿苏松等，“铝行业的脱碳：成本合理的路径”，麦肯锡公司，2023年4月20日，https://www.mckinsey.com/industr ies/metadata-and-mining/our-insights/aluminum-decarbonization-at-a-cost-that-makes-sense/. 4 “报告揭示全球铝需求将创下新高——疫情之后”。5 威廉·艾伦·赖恩奇和艾米丽·本森，“铝行业的脱碳：推出更可持续的产业”，战略与国际问题研究中心，2022年2月25日，https://www.csis.org/analysis/decarbonizing-alum inum-rolling-out-more-sustainable-sector. 6 阿苏松等，“铝行业的脱碳：成本合理的路径”。7 “实现净零排放铝材成为可能”，可能的使命伙伴组织，2023年4月，https://missionpossiblepartnership.org/wp-content/uploads/2023/04/AluminiumTSExecutiveSummary.pdf. 8 阿苏松等，“铝行业的脱碳：成本合理的路径”。 铝通过炭阳极进行电解还原生产，因此在脱碳方面面临两个挑战。使用炭阳极目前是生产铝的标准方法，因为它具有良好的导电性和自由电子，但由此导致的问题是电解过程本身会排放大量的CO₂。此外，电解过程需要显著的能量输入，这进一步增加了碳排放。 铝冶炼的主要工业过程是霍尔-埃鲁特过程（Hall–Héroult proc 9 Reinsch 和 Benson, “铝的去碳化”。10 “为什么在电解过程中使用碳电极？”M. Brashem, Inc., 最后访问日期为2023年11月12日, [在线]. 可从 https://www.mbr ashem.com/why-are-carbon-electrodes-used-in-electrolysis/ 获取。11 Assunção 等人, “具有合理成本的铝去碳化”。12 同上。13 铝, 国际铝协会, 最后访问日期为2023年11月12日, [在线]. 可从 https://www.iea.org/energy-system/industry/aluminium 获取。 这些协议确保了大部分清洁电力会从电网获取以满足生产者全年大部分的能源需求。然而，在可再生能源不可用的时期，生产者将会 尽管工业设备（车辆、机器部件、建筑材料）的回收率高达90%以上， 14. Ramon Arratia 和 Nancy Gillis，“净化‘奇迹金属’：如何使铝脱碳”，《绿色业务》，2023年2月3日，https://www.greenbiz.com/article/ purifying-miracle-met al-how-decarbonize-aluminum 15. Assunção等人，“以合理成本实现铝脱碳”。 16. Julia Attwood，“绿色铝如今具有竞争力。是时候开始转型了”，彭博新能源，2021年6月16日，https://about.bnef.com/blog/green- aluminum-is-competitive-today-its-time-to-start-transforming/ 18. “气候中的铝”，世界经济论坛，2020年11月，https://www3.weforum.org/docs/WEF_Aluminium_for_Climate_2020.pdf % ， 消费者回收也提供了一个显著的机会 ， 以减少对原铝的需求。消费者铝回收率在不同国家之间差异显著：德国的铝罐回收率为99%，巴西为97%，欧盟约为75%，而美国的回 导电并携带自由电子。在铝氧化物电解过程中，氧气会附着在阳极上；使用碳阳极时，这会导致二氧化碳的生成和释放。使用惰性阳极时，作为副产品释放的是纯净的氧气而非二氧化碳 阳极由金属或陶瓷等不可消耗的材料构成。像碳一样 ， 它们是 19 “无限可回收”，铝业协会，最后访问日期为2023年11月12日，网址为<https://www.aluminum.org/Recycling>。20 杰西·李等人，“阻碍美国铝回收的因素是什么？”波士顿咨询集团，2022年5月10日，网址为<https://www.bcg.com/publications/2022/whats-holding-back-aluminum-recycling-in-the-us>。21 布赖恩·泰勒，“分类技术可以将铝变为绿色”，今天回收, 2021年9月14日, <https://www.recyclingtoday.com/news/steinert-hoffmann-aluminum-sorting-technology-recycl ing/>. 22 "铝与气候." 23 Assunção等人的,"铝的脱碳及其合理的成本." 24 同上. 25 同上. 26 "铝与气候." 27 Assunção等人的,"铝的脱碳及其合理的成本." 绿色氢和碳的捕获、利用和储存 以用于生产过程或存储在深层地质 formations 中。它往往被建议作为难以减排的行业（如钢铁行业）的一种解决方案。 然而，对于铝行业而言，铝冶炼过程中排放的废气中二氧化碳的浓度相对较低。 铝生产对持续能源来源的需求使向可再生能源转型变得复杂， 铝冶炼 ， 而直接空气捕获技术可以去除其他排放。 每种上述提到的解决方案都提供了巨大的潜力来帮助铝市场去碳化。未来，它们的综合运用——可再生能源、回收、惰性阳极技术，以及最终可能包括核能、碳捕集与封存（CCUS）和氢气——很可能会成为减少铝生产过程排放的关键。 随着降低绿色氢气生产成本的大规模进展继续推进，碳捕获、利用与储存（CCUS）技术有可能通过捕获排放来填补一些缺口。 28 Abhinav Chugh 和 Emanuele Taibi, “绿色氢气是什么以及我们为什么需要它？一位专家的解释”，世界经济论坛，2021年12月21日, https://www.weforum.org/agenda/2021/12/what-is-green-hydrogen-expert-explains-benefits/. 29 Jonas Cho Walsgard 和 Mark Burton, “挪威公司使用绿色氢气生产世界上第一种铝”，彭博社，2023年6月15日, https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-06-15/hydro-produ