一.行业能耗和碳排放情况
铝产业链始于铝土矿开采，以拜耳法或烧结法将铝土矿转化为氧化铝，再以氧化铝为原料，用高温熔盐电解工艺生产原铝，添加合金元素后，通过铸造、挤压、延压等形式加工成铝型材、铝板带、铝箔，应用于建筑、机械、交通运输、电力、家电、电子电器、包装等领域。除此之外，还有部分废铝回收用于再生铝生产。本文重点涵盖铝土矿开采、氧化铝及电解铝生产、铝产品加工制造、铝废料回收和再生等环节。
来源：开源证券
我国电解铝产量全球领先，产能天花板下低速增长。国际铝业协会数据显示，我国电解铝产量近年来稳居全球首位，遥遥领先于印度、俄罗斯、加拿大等全球铝产量排名靠前的其他国家。国家统计局数据显示，2021年，我国电解铝产量达到3850万吨，同比增长4.8%，在全球铝产量中占比超过50%。2016年，国家发展改革委等四部委印发《清理整顿电解铝行业违法违规项目专项行动方案的通知》，严查违规产能，设定4500万吨电解铝产能的上限要求，标志着我国电解铝产量步入低速增长期，未来几年新建项目将多为产能置换，提升运行产能利用率则成为企业核心目标。
铝行业是有色金属碳排放的主要来源，行业双碳目标压力大。中国有色金属工业协会数据显示，2020年，我国有色金属行业二氧化碳排放量约6.6亿吨，占全国总排放量的4.7%，其中铝行业二氧化碳排放量约为5.5亿吨，占有色金属行业的83.3%。我国新能源汽车、家电、建筑等产业动能强劲，铝消费强度不断增强。根据国际铝业协会预测，到2030年，全球铝需求量将增加近40%，其中三分之二的增长将来自中国，我国铝行业“双碳之路”任重道远。
中国有色金属工业协会统计数据显示，铝行业碳排放中原铝生产占比超过90%，其中，氧化铝环节占铝行业碳排放总量的14.6%，电解铝环节占铝行业碳排放总量的76.6%。铝材加工也是铝行业碳排放的主要环节，碳排放量占比为8.2%。推动原铝生产节能减排是铝行业实现碳达峰、碳中和目标的关键。
2020年我国铝行业碳排放情况表
目前，我国主要通过拜耳法生产氧化铝，该方法对应的生产过程产生的碳排放包括：一是使用石灰石或纯碱作为生产原料时，碳酸盐分解产生的碳排放。二是煅烧石灰石、熟料窑烧制熟料和一次能源（氢氧化铝焙烧使用煤炭、石油、天然气等)或二次能源（炉煤气、重油、柴油等)燃烧产生的碳排放。三是消耗电力、蒸汽或循环水、压缩空气等产生耗能工质的碳排放。除此之外，生产系统消耗润滑油以及运输系统使用的汽油、柴油等动力油，也是碳排放的主要来源。
电解铝生产的碳排放主要是电力消耗的碳排放，我国电解铝企业生产所需电力严重依赖火电，中国有色金属工业协会统计数据显示，2020年，我国火电消耗产生的碳排量占电解铝碳排量的比例超过80%。但随着产业结构调整，近年来我国电解铝运行产能消耗的清洁能源占比有所提升，2020年底约为20%，较2019年提高了8个百分点。除此之外，电解铝生产过程中阳极消耗、运输工具使用燃料、电解槽发生阳极效应，也是碳排放的重要来源。
2019-2020年中国电解铝能源消耗占比
铝加工环节的碳排放主要涉及铸造、热轧等工序。在铸造工序中，我国大部分铝加工企业不是将电解铝铝水直接用于原材料铸造和成品加工，而是将铝锭熔化再浇铸，造成了一定的能源浪费。在传统热轧工序中，需要将铝锭从常温加热到550℃左右，导致热量散失，造成燃煤浪费。目前，我国铝废料回收再生率较低，再生铝生产技术较为落后，很多优质的变形铝合金废料被降级使用，造成不少浪费。
数字化实施路径有，一是建设数字化碳排放体系。应用工业现场边缘侧数据采集技术、实时大数据分析、工业数字孪生技术和工业大数据平台等数字技术，构建贯穿生产和运营全过程各环节的碳足迹管理体系，实现产品碳排放量端到端的可信计算及追溯。二是建设数字化能源管理系统。设计能耗网状流转图，对工厂的能源使用、转换、损耗进行定量分析，识别能源流转过程中的关键能耗漏损点，通过能源平衡优化，实时动态调节能源配置，从而提升能源利用效率。三是
推广应用工业机理模型。对铝开采、铝冶炼、铝加工等重点环节的高能耗高排放业务场景进行数据刻画和定义，结合工业知识和算法构建并应用机理模型，实现生产工艺优化和精准控制，帮助铝行业企业节能降碳。
此外，还可以通过以下途径推动行业绿色低碳发展，一是优化能源结构。收缩电解铝火电产能，增加清洁能源使用比例，在厂房或周边建设风、光电站，配合储能技术，实现清洁能源直供，从源头降低碳排放。二是优化产业结构。向新能源丰富的西南地区转移产能，打造铝集群化产业基地，降低物流运输和金属重熔过程中的碳排放。建设闭环回收体系，有效降低铝行业碳排放量。三是优化生产工艺与技术。采用铝液直接铸轧或哈兹列特工艺生产，研发、推广惰性阳极等电解铝颠覆性技术，减少电解铝环节的直接排放。
来源：中国信息通信研究院、工业互联网产业联盟
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