世界銀行表示，能源轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)字強調(diào)了金屬在零排放道路上的重要性。
幾乎所有清潔能源行業(yè)的鋁都用在了光伏組件的邊框上。鋁的耐腐蝕和輕質(zhì)量，使它成為現(xiàn)有元素周期表中，以及確保組件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最佳選擇。但是鋁產(chǎn)業(yè)也面臨著急需降低碳足跡的挑戰(zhàn)。
鋁面臨的能源挑戰(zhàn)
應對氣候挑戰(zhàn)需要鋁，然而鋁行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)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(chǎn)量越來越高，但是生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)能大都基于煤炭發(fā)電?！?
根據(jù)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(chǎn)量的飆升，目前全球新增鋁產(chǎn)量有一半以上來自中國企業(yè)。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(fā)電。
采礦、精煉和冶煉新鋁產(chǎn)生的碳排放量占全球總排放量的近2%。每噸鋁平均產(chǎn)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(chǎn)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(fā)新的冶煉工藝，建造新型工廠，以減少鋁行業(yè)的碳足跡，但科學家們表示，鋁生產(chǎn)還亟需更多的研發(fā)，才能使其溫室氣體排放與其可再生能源產(chǎn)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(jié)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(huán)所需要的能源，鋁在理論上是可以無限循環(huán)回收的。據(jù)鋁產(chǎn)業(yè)代表機構(gòu)，鋁業(yè)協(xié)會估計，迄今為止生產(chǎn)的所有鋁中，有75%仍在全球流通。一些礦業(yè)公司也在向著投資回收工廠的方向邁進，例如利拓礦業(yè)集團在今年9月份宣布在加拿大投資的工廠。
根據(jù)世界銀行的預測，在全球升溫2℃以內(nèi)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(yè)管理倡議組織ASI預計在未來幾個月發(fā)布應對氣候變化的擬定鋁業(yè)標準，但是未來要建立一項減少鋁產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)是一個復雜、多樣的供應鏈，我們不可能做到一刀切。現(xiàn)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(yè)的碳足跡，所以這才是目前真正面臨的挑戰(zhàn)?！?
尋找減少碳足跡的解決方案
鋁生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)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(fā)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(fā)電容量有限，而且嚴重依賴地理位置，近年來，使用水力發(fā)電的冶煉廠已經(jīng)從2000年的46%下降到了2018年的26%，煤炭發(fā)電依舊在鋁生產(chǎn)中占據(jù)了61%的比例。
冶煉通常要比其他生產(chǎn)步驟耗費多一個數(shù)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(yè)務轉(zhuǎn)移到可再生能源電網(wǎng)為主的區(qū)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(wǎng)出現(xiàn)過剩電量時(有時是太陽能和風能發(fā)電過剩的結(jié)果)，過程控制會確保電解室只在邊緣凍結(jié)，允許冶煉繼續(xù)進行，盡管產(chǎn)能較低。從某種意義上說，這種熔爐很像電網(wǎng)上配備的一種電池?！斑@對穩(wěn)定電網(wǎng)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(yè)碳排放
在過去的幾年里，有兩家企業(yè)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(jīng)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(chǎn)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(shù)來治理碳排放。
利拓礦業(yè)和美國鋁業(yè)的合資公司Elysis創(chuàng)新研發(fā)了一種無碳冶煉工藝，目前蘋果公司等消費品公司都已經(jīng)與Elysis簽訂了協(xié)議，來降低自身產(chǎn)品的碳足跡。美國鋁業(yè)(Alcoa)今年9月宣布推出了一個氧化鋁品牌，其生產(chǎn)的氧化鋁碳排放量只有行業(yè)平均水平的一半。
在澳大利亞北部，本地礦業(yè)集團Gulkula主要采用光伏發(fā)電和儲能結(jié)合的方式來進行生產(chǎn)運營，昆士蘭州的一座利拓礦業(yè)的礦山也是利用光伏發(fā)電來進行開采。這都是鋁行業(yè)在就地取材，更多地利用光伏發(fā)電趨勢的體現(xiàn)。
根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)碳排放占據(jù)全球碳排放的21%，僅次于電力碳排放（25%）?？稍偕茉从绕涫枪夥蛢δ艿葘⑹菍崿F(xiàn)碳中和，應對氣候變化最重要的手段之一。
