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金属矿山碳排放现状及降碳路径浅析

摘要:我国公布双碳目标后,各行各业积极响应行动,开展行业碳排放现状及降碳路线图研究,取得了积极进展。金属矿山行业“十三五”期间受外部发展环境制约,产量明显下降。从行业层面分析,黑色金属矿山行业产量明显大幅下降,碳排放峰值已过,而有色金属矿行业由于需求仍在持续增长,虽产量有波动,但碳排放尚未达到峰值。通过与国际大型矿业公司碳排放强度对比分析,我国金属矿山行业碳排放总量占我国碳排放总量比例较小,但减排空间仍然很大,可从优化和调整产业布局和产业结构、推广低碳节能技术、利用新能源优化用能结构、产业链上下游协同降碳、推进矿山生态修复复垦和参与负碳技术研发6个方面实现降碳。

关键词:金属矿山;铁矿;有色矿;碳达峰;降碳路径;低碳

《巴黎协定》(TheParisAgreement)是由全世界178个缔约方共同签署的气候变化协定,是对2020年后全球应对气候变化的行动做出的统一安排。《巴黎协定》的长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内,并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内,是继1992年《联合国气候变化框架公约》、1997年《京都议定书》之后,人类历史上应对气候变化的第三个里程碑式的国际法律文本,形成2020年后的全球气候治理格局。目前,已有127个国家自主承诺碳中和。2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会发表重要讲话,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取到2060年前实现碳中和。此后,我国各行各业积极行动,将实现“3060”双碳目标作为重点工作开展。本文重点分析探讨我国金属矿山碳排放现状、结构及降碳路径选择。

一、我国金属矿山现状

金属矿产主要包括黑色金属矿产资源、有色金属矿产资源和非金属矿产资源,其中黑色矿产资源以铁矿为主,有色矿产资源以铜和铝为主。

1.生产现状

2020年,我国铁矿石原矿产量8.67亿吨,同比增加3.7%(国家统计局数据),铁精矿约2.7亿吨(中矿协数据),同比增长1.8%。锰矿年产量在600万吨左右;铬矿年产量在10万吨左右;6种有色金属矿产精矿金属量603.2万吨,同比增长1.6%。

2.产业结构

从产业结构看,我国露天采矿量占总量比例约为80%,地下采矿占比约为20%。但从总体发展趋势看,未来我国露天采矿的比重将呈下降趋势,地下采矿比例逐渐上升。从选矿结构看,未来我国难选矿比例将逐渐增加。

二、我国金属矿山碳排放现状

金属矿产资源开发的范围主要包括资源的开采和选矿过程,即矿产资源从地下被开采到精矿产品,开采分为露天开采和地下开采2种,其中露天开采包括穿孔、爆破、铲装、运输等环节,地下开采包括穿孔、爆破、铲装、运输、提升、排水、通风等环节;选矿加工过程包括破碎、筛分、磨矿、选别、过滤、精(尾)矿输送等环节。这个过程中与温室气体有关的内容主要包括开发和加工过程的能源消耗。

1.碳排放分类

根据《中国矿山企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)》,矿产资源开发环节主要包含开采和洗选,金属矿山的碳排放主要包括以下2个部分:——化石燃料燃烧直接排放:指煤、柴油等化石燃料在各种类型的固定或移动燃烧设备中与氧气充分燃烧生成的二氧化碳排放。矿产资源开发涉及化石燃料燃烧的装置或设备主要有工业锅炉、内燃凿岩机、铲车、推土机、自卸汽车等。——净购入电力隐含的间接排放:该部分排放实际发生在电力生产企业,但由矿产资源开发主体的消费活动引发,依照规定也计入矿产资源开发主体的排放总量中。

2.碳排放现状

鉴于统计数据限制,金属矿山行业能耗数据基于2019年《中国能源统计年鉴》,根据模型计算得到2010—2018年碳排放总量,如图1所示。金属矿山开发碳排放总量自2013—2014年进入平台期之后已大幅下降。其中,黑色金属矿采选业碳排放占比整体呈下降趋势,有色金属矿采选业碳排放占比整体呈上升趋势。黑色金属矿采选业,电力消耗产生的碳排放是主要碳排放源,其次是煤炭和焦炭,且电力消耗的碳排放占比逐渐增大,煤炭和焦炭消耗的碳排放占比逐渐减小,表明黑色金属矿采选业电气化水平在逐渐提高,如图2所示。有色金属矿采选业,电力消耗产生的碳排放也是主要碳排放源,其次是煤炭。且电力消耗的碳排放占比逐渐增大,煤炭消耗的碳排放占比逐渐减小,表明有色金属矿采选业电气化水平也在逐渐提高,并且电气化水平比黑色金属矿采选业更高。2018年有色金属矿采选业电力消耗的碳排放占比达到87%,如图3所示。

三、国际主要矿业公司降碳路径分析

2020年全球前十大矿业公司中的必和必拓、力拓、淡水河谷、嘉能可、英美集团、FMG在金属矿产行业中占据了巨大份额,在全球矿业市场上举足轻重。这些公司积极响应减碳号召,均将减碳纳入到履行社会责任的日程中,推进企业的可持续发展。

1.国际主要矿业公司碳中和承诺

必和必拓、力拓、淡水河谷、英美集团、FMG、嘉能可、巴里克等国际矿业公司均公布了其碳中和承诺和减碳路径,详见表1。

2.国际矿业公司主要降碳路径

(1)主动响应政府应对气候变化,披露碳排放数据国际主要矿业公司积极响应政府和国际组织号召,披露碳排放数据,促进全球应对气候变化,为实现联合国可持续发展目标和《巴黎协定》目标而努力。(2)优化资产组合,降低高碳资产占比近年来,为应对气候变化政策调整,部分国际矿业公司在不断调整其资产组合,降低煤炭等高碳排放资产占比,如2018年力拓完成煤炭资产剥离,退出煤炭业务;2020年必和必拓通过将旗下石油与天然气资产出售给澳大利亚Woodside石油公司,彻底退出油气业务,并寻求出售最后剩余的动力煤矿,以便专注于“更加绿色”的大宗商品。(3)大力发展新能源,优化用能结构和提升能源利用效率充分利用风能、太阳能和可再生能源,优化用能结构,并通过技术进步提升用能效率。2021年力拓计划斥资24亿美元在塞尔维亚建设1座锂矿,正在向绿色能源转型。必和必拓与IberdrolaAustralia签订可再生能源供应协议,花费5亿澳元(3.69亿美元)从奥古斯特港可再生能源公园(PAREP)获取电力,将奥运大坝铜铀矿的排放量减少约一半。(4)产业链上下游协同减碳2020年,必和必拓与中国宝武就共同应对气候变化签署战略合作谅解备忘录,计划投资3500万美元,共享互通低碳减排技术知识,旨在共同应对全球钢铁产业所面临的气候变化挑战。力拓与行业领先的产业链合作,如中国宝武钢铁集团、清华大学、新日铁公司等,并与合资企业ELYSIS共同开发无碳电解铝技术。嘉能可通过将资金优先投向再生金属、与上下游产业链合作、支持减排技术的吸收和整合、利用技术提高资源利用效率、采用透明的管理方法等措施进一步减少公司产品的碳足迹。(5)将气候风险管理和寻找机遇纳入经济绩效管理气候变化将导致能源结构和价格变化,引发各国碳税政策的出台和修订,可能导致企业运营成本增加。此外,极端天气、洪水及干旱等气候事件发生的频率逐年增加,降雨模式不断变化,气温逐年上升,也会增加企业运营风险。为了应对这些风险,大型矿业企业定期在企业战略框架内审查和更新其应对气候变化的方法,既防范风险,又寻找机遇。

3.案例分析

FMG是1家单一铁矿石生产商,根据其2020财年年报及气候变化报告,2020财年FMG铁矿石产量1.78亿吨,其二氧化碳排放中期目标为:到2030年实现净零排放(2021年最新)。2009—2020年FMG二氧化碳排放量见图4,FMG二氧化碳排放结构见图5。此外,FMG通过全资子公司FFI,在澳大利亚开发绿色电能源、绿色氢能源和绿色氨能源项目,计划开发大规模绿色氢气生产工厂,将生产的氢气用于粗钢生产,并销售由此产生的“绿色铁(greeniron)”。FFI目前计划到2030年实现“绿氢”年产量1500万吨。从以上可以看出,FMG年排放二氧化碳约200万吨,吨铁矿产品排放强度约11.8kg,而我国铁矿企业由于品位低、工艺流程长,吨产品二氧化碳排放量在80~120kg,排放量大,但降碳空间也较大(见图6)。

四、我国金属矿山降碳路径探讨

根据我国金属矿山发展现状及国际矿业公司实践,本文从以下几个方面探讨我国金属矿山降碳路径,以飨读者。

1.优化和调整产业布局和产业结构

一是大力推进资源基地建设。综合考虑资源禀赋、开发利用条件、环境承载力和区域产业布局等因素,从行业层面需推动建设多个资源基地,将其作为保障国家金属矿山安全供应的战略核心区域,大力推进资源规模开发和产业集聚发展。二是从产业结构层面,需培育建设大型矿业企业集团。把对稳定产能、产业升级、效益增长具有重大影响的大型矿山项目新建、改扩建项目,列入国家重点建设工程;支持领军企业组建大型企业(集团)。三是规范行业管理。建议出台行业规范条件,提高准入门槛,加强矿山生态环境治理,加快安全环保升级改造,开展资源综合利用,推动产业集约化、绿色化、智能化转型,全面提高资源开发利用水平,实现高质量、可持续发展。

2.大力推广低碳节能技术,提高用能效率

一是应用新工艺、新技术,如铁矿行业正在推广应用的层压粉碎技术——高压辊磨机——可实现多破少磨、降低能源消耗和碳排放;二是大力推进智能矿山建设及能源管控体系建设,提高金属矿山能源利用效率,如露天矿山无人运输、地下矿山无人采矿等技术的推广应用;三是进行工艺装备技术升级改造,采用新材料和节能技术延长设备的使用周期,降低设备能耗。3.发展新能源,优化用能结构一是充分利用选矿厂、办公楼等屋顶发展分布式光伏发电;二是充分利用金属矿山排土场、尾矿库、工业场地等占地面积大的特点,大力发展风电、光伏、抽水蓄能电站等新能源,优化金属矿山用能结构,替代化石燃料消耗,降低碳排放。

4.产业协同降碳

一是产业链上下游纵向协同降碳。金属矿产品作为冶炼产业的原料,产业链上下游协同降碳空间巨大。就钢铁产业链看,钢铁行业是我国工业行业中主要的碳排放行业,年二氧化碳排放量约占全国碳排放量的15%,钢铁行业优化炉料结构、提高入炉品位是重要的减碳路径之一,同时对上游矿山铁精矿品位提出了更高要求,也为产业上下游协同降碳提供了机遇。从碳足迹角度看,产业链上下游协同降碳也是重要的减碳路径。二是产业间横向协同减碳。金属矿山采选过程产生大量固体废弃物,近年来随着环保政策趋严,金属矿山废石综合利用生产建筑骨料、机制砂,尾砂综合利用提取建筑砂、制作混凝土砌块等建筑材料,以及尾砂充填采矿法得到广泛应用。这些措施可大规模减少砂石开采和河道取砂,减少崩落法采矿导致的地面塌陷,降低对环境的扰动,实现产业间协同降碳。

5.推进矿山生态修复和复垦,开展生态碳汇

矿山开发过程中,必然导致生态环境的损害,通过绿色矿山建设,推进生态环境修复和复垦,部分闭库尾矿库或排土场还可开展生态碳汇建设,为企业碳中和打下坚实基础。

6.科技创新是实现碳中和的重要保障

在金属矿山降碳和实现碳中和的过程中,需要加大科技创新投入力度,充分利用节能新装备、新技术提高能源利用效率,研发负碳技术实现碳中和,建议金属矿山要加强与其他产业的协作,积极参与CCS、CCUS等负碳技术的研发,充分利用矿山巷道、露天矿坑等空间,发展负碳技术,为碳中和奠定基础。

五、结论

金属矿山行业碳排放来源以外购电力隐含排放为主,以柴油和煤炭等化石燃料燃烧排放为辅,碳排放总量虽占我国碳排放总量比例较小,但金属矿山多属于非连续工艺,与社会融合度高,存在占地面积大、可利用空间大等特点,具备发展光伏、风电、抽水蓄能电站、碳储存及增加生态碳汇的潜力。金属矿山应积极响应国家双碳政策,通过调整产业结构、降低化石燃料消耗、提高电气化水平,大力推进生态修复和生态复垦,为我国碳达峰碳中和贡献力量。

作者:张松波 单位:冶金工业规划研究院

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