光伏+储能正在成为铝产业降低碳足迹的重要解决方案之一

 世界银行表示，能源转型对铝的需求超过了其他任何金属。为了将全球温度上升控制在2℃以下，到2050年，清洁能源技术每年需要近600万吨的铝。相比之下，主要应用于电池中的锂、钴和镍的总需求量不会超过400万吨。尽管只是估算，但这些数字强调了金属在零排放道路上的重要性。

几乎所有清洁能源行业的铝都用在了光伏组件的边框上。铝的耐腐蚀和轻质量，使它成为现有元素周期表中，以及确保组件结构稳定性的最佳选择。但是铝产业也面临着急需降低碳足迹的挑战。

铝面临的能源挑战

应对气候挑战需要铝，然而铝行业面临的最大挑战却自其自身对气候的影响。冰岛雷克雅未克大学的Guðrún Sævarsdóttir 教授表示，铝的产量越来越高，但是生产铝所带来的碳排放量也越来越高了。“在过去的二十年间，铝的产量有了大幅增长，自2000年以来增长了一倍多，但是可惜的是，这些产能大都基于煤炭发电。”

根据雷克雅未克大学教授的研究，中国新建的炼铝厂推动了铝产量的飙升，目前全球新增铝产量有一半以上来自中国企业。目前中国70%的电力依靠煤炭，但铝厂90%以上的电力都是煤炭发电。

采矿、精炼和冶炼新铝产生的碳排放量占全球总排放量的近2%。每吨铝平均产生约15吨二氧化碳当量，这几乎比20年前多了4吨。按照某些衡量标准，铝产量的猛增可能意味着到2040年每年将增加4亿吨二氧化碳当量。

许多铝公司正在开发新的冶炼工艺，建造新型工厂，以减少铝行业的碳足迹，但科学家们表示，铝生产还亟需更多的研发，才能使其温室气体排放与其可再生能源产品保持一致。

制铝过程中的难题

制铝的过程通常以铝土矿石的形式开始，然后送到冶炼厂进行氧化铝，从氧化铝中分离出铝需要近1000℃的高温，给熔融矿物施加一个强大的电流。这个过程不仅耗费能源，而且矿物中的氧与碳阳极结合释放出二氧化碳。直接碳排放约占整个过程排放总量的10%，电力消耗占71%。Sævarsdóttir 教授表示，“除非在这个过程中采取一些措施，否则这些二氧化碳排放是无法消除的。”

金属回收大大减少了新增铝进入循环所需要的能源，铝在理论上是可以无限循环回收的。据铝产业代表机构，铝业协会估计，迄今为止生产的所有铝中，有75%仍在全球流通。一些矿业公司也在向着投资回收工厂的方向迈进，例如利拓矿业集团在今年9月份宣布在加拿大投资的工厂。

根据世界银行的预测，在全球升温2℃以内的情况下，回收铝的比例将会增长，但是仍然只能满足61%的需求。铝业管理倡议组织ASI预计在未来几个月发布应对气候变化的拟定铝业标准，但是未来要建立一项减少铝产业碳排放的秩序，可能还需要更长的时间。ASI组织的Cameron Jones评论说，“铝产业是一个复杂、多样的供应链，我们不可能做到一刀切。现在很难找到一种单一的解决途径或者办法来应对整个行业的碳足迹，所以这才是目前真正面临的挑战。”

寻找减少碳足迹的解决方案

铝生产企业已经采取了几种途径来减少碳足迹，比如使用可再生能源的铝冶炼厂与水力发电厂相连，像挪威和冰岛等国都是采用这种方式。但是水力发电容量有限，而且严重依赖地理位置，近年来，使用水力发电的冶炼厂已经从2000年的46%下降到了2018年的26%，煤炭发电依旧在铝生产中占据了61%的比例。

冶炼通常要比其他生产步骤耗费多一个数量级的能源。为了确保冶炼厂得到可再生能源，中国的一些铝冶炼厂正在讨论是否将整个业务转移到可再生能源电网为主的区域，但是目前并没有一家冶炼厂采取行动。

铝厂的熔炉一般都是恒定功率，但是德国的Trimet公司对他们的熔炉做了一些改造，这样使冶炼厂能够比通常使用的功率少25%或多25%工作，增强了灵活性。当本地电网出现过剩电量时(有时是太阳能和风能发电过剩的结果)，过程控制会确保电解室只在边缘冻结，允许冶炼继续进行，尽管产能较低。从某种意义上说，这种熔炉很像电网上配备的一种电池。“这对稳定电网是一个重大的贡献，所以我们不应该忽视这个机会，”研究人员表示。

降低铝业碳排放

在过去的几年里，有两家企业声称将用氧气取代冶炼厂直接排放的碳。冰岛的Arctus metals公司已经开始试验使用惰性阳极的冶炼工艺，这种阳极不会与氧化铝中的氧气反应产生二氧化碳。雷克雅未克大学的Guðrún Sævarsdóttir 教授也参与了这个项目，同时他还在研究用这种碳捕获技术来治理碳排放。

利拓矿业和美国铝业的合资公司Elysis创新研发了一种无碳冶炼工艺，目前苹果公司等消费品公司都已经与Elysis签订了协议，来降低自身产品的碳足迹。美国铝业(Alcoa)今年9月宣布推出了一个氧化铝品牌，其生产的氧化铝碳排放量只有行业平均水平的一半。

在澳大利亚北部，本地矿业集团Gulkula主要采用光伏发电和储能结合的方式来进行生产运营，昆士兰州的一座利拓矿业的矿山也是利用光伏发电来进行开采。这都是铝行业在就地取材，更多地利用光伏发电趋势的体现。

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的数据显示，工业碳排放占据全球碳排放的21%，仅次于电力碳排放（25%）。可再生能源尤其是光伏和储能等将是实现碳中和，应对气候变化最重要的手段之一。