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光伏+儲能正在成為鋁產業降低碳足跡的重要解決方案之一

作者:中國儲能網新聞中心 來源:光伏們 發布時間:2020-12-08 瀏覽:
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世界銀行表示,能源轉型對鋁的需求超過了其他任何金屬。為了將全球溫度上升控制在2℃以下,到2050年,清潔能源技術每年需要近600萬噸的鋁。相比之下,主要應用于電池中的鋰、鈷和鎳的總需求量不會超過400萬噸。盡管只是估算,但這些數字強調了金屬在零排放道路上的重要性。

幾乎所有清潔能源行業的鋁都用在了光伏組件的邊框上。鋁的耐腐蝕和輕質量,使它成為現有元素周期表中,以及確保組件結構穩定性的最佳選擇。但是鋁產業也面臨著急需降低碳足跡的挑戰。

鋁面臨的能源挑戰

應對氣候挑戰需要鋁,然而鋁行業面臨的最大挑戰卻自其自身對氣候的影響。冰島雷克雅未克大學的Guerún S?varsdóttir 教授表示,鋁的產量越來越高,但是生產鋁所帶來的碳排放量也越來越高了。“在過去的二十年間,鋁的產量有了大幅增長,自2000年以來增長了一倍多,但是可惜的是,這些產能大都基于煤炭發電。”

根據雷克雅未克大學教授的研究,中國新建的煉鋁廠推動了鋁產量的飆升,目前全球新增鋁產量有一半以上來自中國企業。目前中國70%的電力依靠煤炭,但鋁廠90%以上的電力都是煤炭發電。

采礦、精煉和冶煉新鋁產生的碳排放量占全球總排放量的近2%。每噸鋁平均產生約15噸二氧化碳當量,這幾乎比20年前多了4噸。按照某些衡量標準,鋁產量的猛增可能意味著到2040年每年將增加4億噸二氧化碳當量。

許多鋁公司正在開發新的冶煉工藝,建造新型工廠,以減少鋁行業的碳足跡,但科學家們表示,鋁生產還亟需更多的研發,才能使其溫室氣體排放與其可再生能源產品保持一致。

制鋁過程中的難題

制鋁的過程通常以鋁土礦石的形式開始,然后送到冶煉廠進行氧化鋁,從氧化鋁中分離出鋁需要近1000℃的高溫,給熔融礦物施加一個強大的電流。這個過程不僅耗費能源,而且礦物中的氧與碳陽極結合釋放出二氧化碳。直接碳排放約占整個過程排放總量的10%,電力消耗占71%。S?varsdóttir 教授表示,“除非在這個過程中采取一些措施,否則這些二氧化碳排放是無法消除的。”

金屬回收大大減少了新增鋁進入循環所需要的能源,鋁在理論上是可以無限循環回收的。據鋁產業代表機構,鋁業協會估計,迄今為止生產的所有鋁中,有75%仍在全球流通。一些礦業公司也在向著投資回收工廠的方向邁進,例如利拓礦業集團在今年9月份宣布在加拿大投資的工廠。

根據世界銀行的預測,在全球升溫2℃以內的情況下,回收鋁的比例將會增長,但是仍然只能滿足61%的需求。鋁業管理倡議組織ASI預計在未來幾個月發布應對氣候變化的擬定鋁業標準,但是未來要建立一項減少鋁產業碳排放的秩序,可能還需要更長的時間。ASI組織的Cameron Jones評論說,“鋁產業是一個復雜、多樣的供應鏈,我們不可能做到一刀切。現在很難找到一種單一的解決途徑或者辦法來應對整個行業的碳足跡,所以這才是目前真正面臨的挑戰。”

尋找減少碳足跡的解決方案

鋁生產企業已經采取了幾種途徑來減少碳足跡,比如使用可再生能源的鋁冶煉廠與水力發電廠相連,像挪威和冰島等國都是采用這種方式。但是水力發電容量有限,而且嚴重依賴地理位置,近年來,使用水力發電的冶煉廠已經從2000年的46%下降到了2018年的26%,煤炭發電依舊在鋁生產中占據了61%的比例。

冶煉通常要比其他生產步驟耗費多一個數量級的能源。為了確保冶煉廠得到可再生能源,中國的一些鋁冶煉廠正在討論是否將整個業務轉移到可再生能源電網為主的區域,但是目前并沒有一家冶煉廠采取行動。

鋁廠的熔爐一般都是恒定功率,但是德國的Trimet公司對他們的熔爐做了一些改造,這樣使冶煉廠能夠比通常使用的功率少25%或多25%工作,增強了靈活性。當本地電網出現過剩電量時(有時是太陽能和風能發電過剩的結果),過程控制會確保電解室只在邊緣凍結,允許冶煉繼續進行,盡管產能較低。從某種意義上說,這種熔爐很像電網上配備的一種電池。“這對穩定電網是一個重大的貢獻,所以我們不應該忽視這個機會,”研究人員表示。

降低鋁業碳排放

在過去的幾年里,有兩家企業聲稱將用氧氣取代冶煉廠直接排放的碳。冰島的Arctus Metals公司已經開始試驗使用惰性陽極的冶煉工藝,這種陽極不會與氧化鋁中的氧氣反應產生二氧化碳。雷克雅未克大學的Guerún S?varsdóttir 教授也參與了這個項目,同時他還在研究用這種碳捕獲技術來治理碳排放。

利拓礦業和美國鋁業的合資公司Elysis創新研發了一種無碳冶煉工藝,目前蘋果公司等消費品公司都已經與Elysis簽訂了協議,來降低自身產品的碳足跡。美國鋁業(Alcoa)今年9月宣布推出了一個氧化鋁品牌,其生產的氧化鋁碳排放量只有行業平均水平的一半。

在澳大利亞北部,本地礦業集團Gulkula主要采用光伏發電和儲能結合的方式來進行生產運營,昆士蘭州的一座利拓礦業的礦山也是利用光伏發電來進行開采。這都是鋁行業在就地取材,更多地利用光伏發電趨勢的體現。

根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的數據顯示,工業碳排放占據全球碳排放的21%,僅次于電力碳排放(25%)。可再生能源尤其是光伏和儲能等將是實現碳中和,應對氣候變化最重要的手段之一。

關鍵字:光伏儲能

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