解读有色金属业首发碳足迹国标!电解铝产品碳足迹量化教程解读,附20份企业减碳干货

2024-12-10 61 次浏览电解铝双碳碳足迹
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碳通通 · 脱水解读

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2025年5月1日,有色金属行业首个碳足迹国家标准《温室气体 产品碳足迹量化方法与要求 电解铝》(GB/T 44905-2024)正式实施。与此同时,电解铝已被列入国家温室气体重点控排企业,即将纳入全国碳市场。铝冶炼行业碳排放约5.8-6.5亿吨,电解铝占其中83.8%,火电生产1吨电解铝排放约11.2吨二氧化碳。面对碳足迹核算、碳市场履约和降碳压力的三重考验,电解铝企业该从哪里入手?本文围绕这套国标和20份减碳资料,梳理核算方法、碳管理要点与六条降碳路径。

核心判断

  • 有色金属行业首个碳足迹国家标准于2025年5月1日起实施。
  • 电解铝占铝冶炼总排放量的83.8%,是最大排放来源。
  • 标准规定了确定系统边界、清单数据收集等五个量化流程。
  • 火电生产1吨电解铝排放约11.2吨二氧化碳,水电则接近于零。
  • 生产1吨再生铝碳排放仅0.2吨,远低于原铝的11.2吨。

脱水解读

首个有色行业碳足迹国标落地

《温室气体 产品碳足迹量化方法与要求 电解铝》由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布,2025年5月1日起正式实施,是我国有色金属行业发布的首个碳足迹国家标准。标准既适用于以冶金级氧化铝为原料、采用预焙阳极铝电解槽设施生产的电解铝产品,也适用于铝土矿石、冶金级氧化铝、铝电解用预焙阳极的产品碳足迹量化。

此前我国已有铝行业等企业层级的碳核算标准,但还没有铝、铜、铅、锌等有色金属产品层级的碳足迹核算规范。这一标准的出台,为铝企业摸清碳排放底数、识别生产过程中碳足迹生态压力的关键要素提供了统一方法,也为温室气体排放、碳核查等领域提供基础数据,为铝行业减碳政策提供支撑。

标准适用的产品与五个量化流程

标准所针对的电解铝产品,是采用氧化铝-冰晶石熔盐电解法生产、符合GB/T1196规定的重熔用铝锭或原铝液。量化过程需要依次经历五个流程:确定系统边界、生命周期清单数据收集、产品碳足迹影响评价、产品碳足迹解释和编制碳足迹报告。

系统边界为从铝土矿资源的开采到电解铝产品的产出,涵盖辅助材料和能源获取阶段、电解铝产品生产阶段。清单数据收集以一个自然年为周期,既要收集通过实际测量、统计等方式得到的现场数据(初级数据),也要收集来自LCA数据库、经第三方认证的产品碳足迹或环境产品声明报告以及高质量学术文献的背景数据。

影响评价环节,通过排放的温室气体质量乘以IPCC给出的100年GWP,计算每种温室气体排放和清除的潜在气候变化影响。结果解释需要说明产品碳足迹和各阶段碳足迹、分析不确定性、详细记录选定的分配程序、说明研究的局限性。碳足迹报告则应包含基本情况、量化目的、量化范围、清单分析、影响评价、结果解释和参考资料等7方面内容。

电解铝企业的四项碳管理功课

电解铝企业目前已被列入国家温室气体重点控排企业,碳管理能力需要从四个方面着手。碳排放数据管理是基础,控排企业需要建立内部碳排放核算体系,督促做好监测和报告工作,对核查结果进行分析,掌握总体碳排放情况,这也是分析配额供给与需求的数据基础。

配合碳排放核查和复查同样重要。企业应尽早收集与碳排放相关的数据文件并及时填报,记录并保存所填报数据的文件来源,方便接受核查;填报参照国家主管部门公布的24个重点行业温室气体排放核算与报告指南,年度报告需采用与历史报告同样的报告边界;填报阶段遇到问题,及时与主管部门及相关机构联系询问。

碳资产管理的核心是提高配额持有量、控制碳排放量、缩小配额缺口,目标是在确保配额量能够满足履约要求的前提下控制履约成本。企业要监测跟踪数据,核算全年碳排放量,分析配额盈缺量;测算履约成本,制定财务预算;设置登记账户、碳排放权交易相关账户管理权限,并在国家规定时间内完成交易和履约。碳交易管理则以交易资金管理、交易方案审批、碳资产交易操作为核心,企业需明确配额交易程序与交易规则,制定卖出与买入交易工作程序、交易方案、交易资金审批程序及资金计划、交易资金风险防控制度。

能源端与原料端的降碳空间

电解铝的碳排放与电力结构高度相关。除西南片区外,我国其他地区的电解铝企业电力能源严重依赖火电,自备电厂全部为火电,非化石能源占比相对较低。使用火电,生产1吨电解铝所排放的二氧化碳量约为11.2吨;使用水电,生产1吨电解铝所排放的二氧化碳量几乎为零。2020年国内电解铝产量3805万吨,火电占比88.1%,非化石能源占比11.9%。

电解铝企业在外购电力方面要优化结构,提升清洁能源比例。

原料端同样有文章可做。在电解铝碳排放中,除电力碳排放外,阳极碳排放是另一大排放源。电解铝企业应采购低硫、低灰分的高品质预焙阳极,在采购前评估碳排放影响,包括是否延长换极周期、净耗是否下降等问题。

槽型改造与节能技术创新

2021年,国家为推动电解铝行业持续提升能源利用效率、降低碳排放强度,出台了按铝液综合交流电耗对电解铝行业实行阶梯电价的政策。对于较早建设的电解铝企业,由于阴极炭块材质及技术等因素限制,电解槽电耗相对较高,需要做好统筹规划,通过大修改造逐步升级。

例如,采用石墨化阴极结合磷生铁浇铸技术和行业内先进成熟的电解槽内衬结构优化技术对电解槽进行升级,降低炉底压降,提高热导率,延长电解槽寿命,尽可能规避阶梯电价涨价风险,同时有效促进节能降碳。

在节能技术创新方面,目前科研院所和电解铝企业自主研发或联合研发了较多技术,包括电解槽槽上部与槽壳绝缘优化、降低直流电无功损耗技术、铝电解节能技术集成工业试验、无炭渣阳极铝电解生产技术、焙烧块开槽、阳极导杆组全截面焊接、阳极抗氧化涂层、低电阻高导电节能型钢爪、智能信息化等。科研技术的应用不断优化阳极毛耗、电流效率、槽平均电压、直流电耗等经济技术指标。此外还有配电系统中央节能技术、燃气锅炉节能技术、空压机系统节能技术、水泵电极节能技术、低温余热利用技术等。企业和科研院应联合起来研究开发颠覆性技术,例如惰性阳极的研发与实践。

全要素管理与废铝循环利用

全要素生产管理以全要素对标为抓手,以强化生产过程管控为重点。具体措施包括九项:加强电解工序过程管控,减少阳极非正常下线,防止阳极下滑爆块和脱极;精准编制换极周期表,换极周期优化到班次,吃干榨净高位残极;从能量平衡、物料平衡方面优化电解槽主要参数控制;实施电解槽分类管理,重点槽制定调整措施和时间节点。

还包括加强对辅机电耗的对标控制,对输料净化系统、电解车间用电、整流所用电、空压系统用电、组装系统用电及熔铸系统用电进行对标优化、逐步改造或淘汰;分解水、风、电、气等能源消耗指标,对重点指标和改善不理想的指标重点攻关;完善分级计量,关注能耗分解看板;开展“避峰填谷”等能源管控措施,杜绝空负荷运行;跟踪优化炭素合同能源管理项目,降低天然气消耗。

废铝利用是另一条重要途径。铝金属抗腐蚀性强,使用期间损失极少,可以多次重复循环利用。欧洲、北美等发达国家或地区的再生铝产量已普遍超过原铝产量,日本国内全部采用再生铝生产。据IAI数据显示,生产1吨原铝的碳排放量约为11.2吨,而生产1吨再生铝的碳排放量仅为0.2吨。再生铝生产具有节约资源、减少铝矿资源对外依赖、环保等特点,以及明显的节能减排优势。

纳入碳市场带来的连锁影响

从企业的角度来看,纳入碳市场意味着企业将面临更为严格的碳排放限制,将促使企业重新审视自身的能源结构和生产方式,积极寻求降低碳排放的有效措施。

同时,电解铝行业纳入碳市场后,也将促使全国碳市场容量进一步扩大,碳排放权的交易也将更加活跃。企业需要在配额盈缺分析、履约成本测算、交易方案制定和资金风险防控等方面提前布局,把碳管理真正融入日常经营。

图说解读

碳足迹量化五步走

标准把电解铝产品碳足迹量化拆成五个前后衔接的环节,从确定系统边界起步,到最终编制碳足迹报告收口。

前两步解决“算什么、拿什么数据算”的问题,中间一步用IPCC给出的100年GWP把各类温室气体统一换算成潜在气候变化影响,后两步则要求企业对结果作出解释并形成报告。

这五个流程环环相扣,任何一个环节的数据缺口或边界划分不清,都会影响最终碳足迹结果的可靠性。

确定系统边界
生命周期清单数据收集
产品碳足迹影响评价
产品碳足迹解释
编制碳足迹报告
电解铝产品碳足迹量化流程
碳通通

生命周期清单的两类数据来源

生命周期清单数据收集以一个自然年为周期,数据分为两类。现场数据通过实际测量、统计等方式得到,也被称为初级数据,直接反映企业自身的生产实际。

背景数据则参考现有的LCA数据库、经第三方权威机构认证的产品碳足迹或环境产品声明报告以及公开发表的高质量学术文献等获得。两类数据各有分工,共同支撑碳足迹核算。

企业需要把现场数据的采集作为日常监测工作固定下来,同时选用可信的背景数据来源,两类数据的质量直接决定碳足迹结果的可靠性。

实际测量、统计得到
参考数据库与文献获得
称为初级数据
来自LCA数据库等
以一个自然年为周期
经第三方认证报告
反映企业自身情况
服务于补充核算
现场数据与背景数据对比
碳通通

电解铝碳足迹报告七项内容

标准明确碳足迹报告应当包含基本情况、量化目的、量化范围、清单分析、影响评价、结果解释和参考资料等7方面内容。结果解释中还要专门说明产品碳足迹和各阶段碳足迹、分析不确定性、详细记录选定的分配程序、说明产品碳足迹研究的局限性。

这套内容框架把核算从“算出来”延伸到“讲清楚”。企业编写报告时,如果只罗列数据而缺少边界说明、分配程序记录和局限性分析,报告完整性就打了折扣。

基本情况
企业及产品基本信息
量化目的
说明开展核算的意图
量化范围
界定系统边界与对象
清单分析
生命周期数据梳理
影响评价
温室气体影响计算结果
结果解释
说明结果与不确定性
参考资料
列明引用依据
局限性
说明研究存在的局限
碳足迹报告应包含的内容
碳通通

四类碳管理任务与抓手

电解铝企业被列入国家温室气体重点控排企业后,碳管理可归为四类任务。数据管理与配合核查是基础层,前者要求建立内部碳排放核算体系并督促监测和报告,后者要求尽早收集数据文件、保存数据来源、参照国家主管部门公布的24个重点行业指南填报。

碳资产管理与碳交易管理是运作层。碳资产管理围绕提高配额持有量、控制碳排放量、缩小配额缺口展开,并通过测算履约成本、制定财务预算来支撑决策;碳交易管理则聚焦交易资金管理、交易方案审批、碳资产交易操作。

四类任务之间存在先后与支撑关系:数据不清楚,配额盈缺就算不准,交易方案也缺乏依据。

数据管理
  • · 建内部核算体系
  • · 做好监测和报告
  • · 分析核查结果
配合核查
  • · 尽早收集数据文件
  • · 保存数据来源
  • · 参照24个行业指南
碳资产管理
  • · 分析配额盈缺量
  • · 测算履约成本
  • · 账户管理权限
碳交易管理
  • · 明确交易程序规则
  • · 制定交易方案
  • · 资金风险防控
电解铝企业碳管理任务分布
碳通通

电耗阶梯电价倒逼槽型升级

2021年国家出台按铝液综合交流电耗对电解铝行业实行阶梯电价的政策,直接推动企业改造升级现有槽型。较早建设的电解铝企业受阴极炭块材质及技术等因素限制,电解槽电耗相对较高,面临用电成本上升的压力。

应对方式是通过大修改造逐步对原电解槽进行升级,例如采用石墨化阴极结合磷生铁浇铸技术,配合行业内先进成熟的电解槽内衬结构优化技术,降低炉底压降、提高热导率、延长电解槽寿命,在规避阶梯电价涨价风险的同时促进节能降碳。

阶梯电价政策2021年按铝液综合交流电耗实施老企业电耗高阴极炭块材质及技术限制大修改造升级统筹规划逐步改造石墨化阴极技术结合磷生铁浇铸技术规避涨价风险促进节能降碳
阶梯电价政策→老企业电耗高
老企业电耗高→大修改造升级
大修改造升级→石墨化阴极技术
石墨化阴极技术→规避涨价风险
阶梯电价推动电解槽改造
碳通通

一吨铝的碳排放差距

在同一件产品上,不同电力和原料来源带来的碳排放差距非常明显。使用火电,生产1吨电解铝所排放的二氧化碳量约为11.2吨;使用水电,这一数值几乎为零。

原料路径的差距同样悬殊。据IAI数据显示,生产1吨原铝的碳排放量约为11.2吨,而生产1吨再生铝的碳排放量仅为0.2吨。

这两个对比直接指向两条降碳主线:外购电力结构向清洁能源倾斜,原料端加大废铝利用、提升再生铝比例。

火电生产1吨电解铝
约11.2吨二氧化碳
水电生产1吨电解铝
几乎为零
生产1吨原铝
约11.2吨二氧化碳
生产1吨再生铝
仅0.2吨二氧化碳
不同原料与电力来源下的吨铝碳排放
碳通通

生产环节的九项管控举措

全要素生产管理以全要素对标为抓手,以强化生产过程管控为重点,覆盖从电解工序到辅助系统的多个环节。工序层面强调减少阳极非正常下线、防止阳极下滑爆块和脱极,并把换极周期优化到班次、吃干榨净高位残极。

参数层面要求从能量平衡、物料平衡优化电解槽主要参数控制,实施电解槽分类管理,对重点槽制定调整措施和时间节点。辅机层面则对输料净化、电解车间、整流所、空压、组装及熔铸等系统用电进行对标优化、逐步改造或淘汰。

企业还要分解水、风、电、气等能源消耗指标,完善分级计量,开展“避峰填谷”等管控措施,并跟踪优化炭素合同能源管理项目以降低天然气消耗。

工序管控
减少阳极非正常下线
换极周期
优化到班次,吃干榨净残极
参数优化
从能量与物料平衡入手
分类管理
重点槽设调整时间节点
辅机电耗
分系统对标优化改造
能耗分解
水风电汽指标逐项攻关
分级计量
关注能耗分解看板
避峰填谷
优化设备运行方式
能源管理
优化炭素合同能源管理
全要素生产管理措施清单
碳通通

再生铝的减排优势

铝金属抗腐蚀性强,在使用期间损失极少,可以多次重复循环利用,因此具有很强的可回收性。欧洲、北美等发达国家或地区的再生铝产量已普遍超过原铝产量,日本国内全部采用再生铝生产,这些都在说明再生铝在产业中的现实地位。

从排放看,生产1吨原铝的碳排放量约为11.2吨,生产1吨再生铝仅为0.2吨。再生铝生产还具有节约资源、减少铝矿资源对外依赖、环保等特点,是电解铝企业节能降碳和提升效益的另一重要途径。

原铝
11.2吨CO₂/吨
再生铝
0.2吨CO₂/吨
原铝与再生铝吨碳排放对比
碳通通

数据解读

指标数值单位出处
铝冶炼行业碳排放5.8-6.5亿吨第1页
电解铝占铝冶炼总排放量比重83.8%第1页
2020年国内电解铝产量3805万吨第9页
2020年火电占比88.1%第9页
2020年非化石能源占比11.9%第9页
火电生产1吨电解铝碳排放11.2吨CO₂第8页
生产1吨再生铝碳排放0.2吨CO₂第10页
电解铝行业碳排放与产量数据

这组数据勾画出电解铝行业碳排放的基本盘。我国铝冶炼行业碳排放约为5.8-6.5亿吨,其中电解铝是铝冶炼中最大的二氧化碳排放来源,约占铝冶炼总排放量的83.8%。这意味着铝冶炼减排的着力点主要集中在电解铝环节。 2020年国内电解铝产量为3805万吨,火电占比88.1%,非化石能源占比11.9%,电力结构明显偏重火电。在火电生产条件下,1吨电解铝的二氧化碳排放量约为11.2吨,电力结构对排放水平的影响由此显现。 再生铝路径的排放数据则提供了另一种参照,生产1吨再生铝的碳排放量仅为0.2吨,与火电生产原铝的11.2吨形成鲜明落差。

指标数值单位出处
量化流程数量5个第4页
清单数据收集周期1个自然年第6页
GWP取值年限100年第6页
碳足迹报告内容项7方面第7页
填报参照重点行业指南24个第8页
碳足迹量化流程与报告要求

标准把量化工作拆解为确定系统边界、生命周期清单数据收集、产品碳足迹影响评价、产品碳足迹解释和编制碳足迹报告五个流程。清单数据收集以一个自然年为周期,影响评价则通过排放的温室气体质量乘以IPCC给出的100年GWP来计算潜在气候变化影响。 碳足迹报告需要包含基本情况、量化目的、量化范围、清单分析、影响评价、结果解释和参考资料等7方面内容。在碳管理实务中,企业填报参照国家主管部门公布的24个重点行业温室气体排放核算与报告指南,年度报告需采用与历史报告同样的报告边界。 这些数字对企业的直接提示是:碳足迹核算是一项按固定流程、固定周期、固定内容框架推进的规范化工作,而不是一次性应付。

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