金屬礦山碳排放現(xiàn)狀及降碳路徑淺析

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摘要：我國公布雙碳目標后，各行各業(yè)積極響應行動，開展行業(yè)碳排放現(xiàn)狀及降碳路線圖研究，取得了積極進展。金屬礦山行業(yè)“十三五”期間受外部發(fā)展環(huán)境制約，產(chǎn)量明顯下降。從行業(yè)層面分析，黑色金屬礦山行業(yè)產(chǎn)量明顯大幅下降，碳排放峰值已過，而有色金屬礦行業(yè)由于需求仍在持續(xù)增長，雖產(chǎn)量有波動，但碳排放尚未達到峰值。通過與國際大型礦業(yè)公司碳排放強度對比分析，我國金屬礦山行業(yè)碳排放總量占我國碳排放總量比例較小，但減排空間仍然很大，可從優(yōu)化和調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推廣低碳節(jié)能技術(shù)、利用新能源優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同降碳、推進礦山生態(tài)修復復墾和參與負碳技術(shù)研發(fā)6個方面實現(xiàn)降碳。

關(guān)鍵詞：金屬礦山；鐵礦；有色礦；碳達峰；降碳路徑；低碳

《巴黎協(xié)定》（TheParisAgreement）是由全世界178個締約方共同簽署的氣候變化協(xié)定，是對2020年后全球應對氣候變化的行動做出的統(tǒng)一安排?！栋屠鑵f(xié)定》的長期目標是將全球平均氣溫較前工業(yè)化時期上升幅度控制在2℃以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度限制在1.5℃以內(nèi)，是繼1992年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、1997年《京都議定書》之后，人類歷史上應對氣候變化的第三個里程碑式的國際法律文本，形成2020年后的全球氣候治理格局。目前，已有127個國家自主承諾碳中和。2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會發(fā)表重要講話，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取到2060年前實現(xiàn)碳中和。此后，我國各行各業(yè)積極行動，將實現(xiàn)“3060”雙碳目標作為重點工作開展。本文重點分析探討我國金屬礦山碳排放現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)及降碳路徑選擇。

一、我國金屬礦山現(xiàn)狀

金屬礦產(chǎn)主要包括黑色金屬礦產(chǎn)資源、有色金屬礦產(chǎn)資源和非金屬礦產(chǎn)資源，其中黑色礦產(chǎn)資源以鐵礦為主，有色礦產(chǎn)資源以銅和鋁為主。

1.生產(chǎn)現(xiàn)狀

2020年，我國鐵礦石原礦產(chǎn)量8.67億噸，同比增加3.7%（國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)），鐵精礦約2.7億噸（中礦協(xié)數(shù)據(jù)），同比增長1.8%。錳礦年產(chǎn)量在600萬噸左右；鉻礦年產(chǎn)量在10萬噸左右；6種有色金屬礦產(chǎn)精礦金屬量603.2萬噸，同比增長1.6%。

2.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，我國露天采礦量占總量比例約為80%，地下采礦占比約為20%。但從總體發(fā)展趨勢看，未來我國露天采礦的比重將呈下降趨勢，地下采礦比例逐漸上升。從選礦結(jié)構(gòu)看，未來我國難選礦比例將逐漸增加。

二、我國金屬礦山碳排放現(xiàn)狀

金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)的范圍主要包括資源的開采和選礦過程，即礦產(chǎn)資源從地下被開采到精礦產(chǎn)品，開采分為露天開采和地下開采2種，其中露天開采包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，地下開采包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸、提升、排水、通風等環(huán)節(jié)；選礦加工過程包括破碎、篩分、磨礦、選別、過濾、精（尾）礦輸送等環(huán)節(jié)。這個過程中與溫室氣體有關(guān)的內(nèi)容主要包括開發(fā)和加工過程的能源消耗。

1.碳排放分類

根據(jù)《中國礦山企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》，礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)節(jié)主要包含開采和洗選，金屬礦山的碳排放主要包括以下2個部分：——化石燃料燃燒直接排放：指煤、柴油等化石燃料在各種類型的固定或移動燃燒設(shè)備中與氧氣充分燃燒生成的二氧化碳排放。礦產(chǎn)資源開發(fā)涉及化石燃料燃燒的裝置或設(shè)備主要有工業(yè)鍋爐、內(nèi)燃鑿巖機、鏟車、推土機、自卸汽車等?！獌糍徣腚娏﹄[含的間接排放：該部分排放實際發(fā)生在電力生產(chǎn)企業(yè)，但由礦產(chǎn)資源開發(fā)主體的消費活動引發(fā)，依照規(guī)定也計入礦產(chǎn)資源開發(fā)主體的排放總量中。

2.碳排放現(xiàn)狀

鑒于統(tǒng)計數(shù)據(jù)限制，金屬礦山行業(yè)能耗數(shù)據(jù)基于2019年《中國能源統(tǒng)計年鑒》，根據(jù)模型計算得到2010—2018年碳排放總量，如圖1所示。金屬礦山開發(fā)碳排放總量自2013—2014年進入平臺期之后已大幅下降。其中，黑色金屬礦采選業(yè)碳排放占比整體呈下降趨勢，有色金屬礦采選業(yè)碳排放占比整體呈上升趨勢。黑色金屬礦采選業(yè)，電力消耗產(chǎn)生的碳排放是主要碳排放源，其次是煤炭和焦炭，且電力消耗的碳排放占比逐漸增大，煤炭和焦炭消耗的碳排放占比逐漸減小，表明黑色金屬礦采選業(yè)電氣化水平在逐漸提高，如圖2所示。有色金屬礦采選業(yè)，電力消耗產(chǎn)生的碳排放也是主要碳排放源，其次是煤炭。且電力消耗的碳排放占比逐漸增大，煤炭消耗的碳排放占比逐漸減小，表明有色金屬礦采選業(yè)電氣化水平也在逐漸提高，并且電氣化水平比黑色金屬礦采選業(yè)更高。2018年有色金屬礦采選業(yè)電力消耗的碳排放占比達到87%，如圖3所示。

三、國際主要礦業(yè)公司降碳路徑分析

2020年全球前十大礦業(yè)公司中的必和必拓、力拓、淡水河谷、嘉能可、英美集團、FMG在金屬礦產(chǎn)行業(yè)中占據(jù)了巨大份額，在全球礦業(yè)市場上舉足輕重。這些公司積極響應減碳號召，均將減碳納入到履行社會責任的日程中，推進企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.國際主要礦業(yè)公司碳中和承諾

必和必拓、力拓、淡水河谷、英美集團、FMG、嘉能可、巴里克等國際礦業(yè)公司均公布了其碳中和承諾和減碳路徑，詳見表1。

2.國際礦業(yè)公司主要降碳路徑

（1）主動響應政府應對氣候變化，披露碳排放數(shù)據(jù)國際主要礦業(yè)公司積極響應政府和國際組織號召，披露碳排放數(shù)據(jù)，促進全球應對氣候變化，為實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標和《巴黎協(xié)定》目標而努力。（2）優(yōu)化資產(chǎn)組合，降低高碳資產(chǎn)占比近年來，為應對氣候變化政策調(diào)整，部分國際礦業(yè)公司在不斷調(diào)整其資產(chǎn)組合，降低煤炭等高碳排放資產(chǎn)占比，如2018年力拓完成煤炭資產(chǎn)剝離，退出煤炭業(yè)務；2020年必和必拓通過將旗下石油與天然氣資產(chǎn)出售給澳大利亞Woodside石油公司，徹底退出油氣業(yè)務，并尋求出售最后剩余的動力煤礦，以便專注于“更加綠色”的大宗商品。（3）大力發(fā)展新能源，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)和提升能源利用效率充分利用風能、太陽能和可再生能源，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，并通過技術(shù)進步提升用能效率。2021年力拓計劃斥資24億美元在塞爾維亞建設(shè)1座鋰礦，正在向綠色能源轉(zhuǎn)型。必和必拓與IberdrolaAustralia簽訂可再生能源供應協(xié)議，花費5億澳元（3.69億美元）從奧古斯特港可再生能源公園（PAREP）獲取電力，將奧運大壩銅鈾礦的排放量減少約一半。（4）產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同減碳2020年，必和必拓與中國寶武就共同應對氣候變化簽署戰(zhàn)略合作諒解備忘錄，計劃投資3500萬美元，共享互通低碳減排技術(shù)知識，旨在共同應對全球鋼鐵產(chǎn)業(yè)所面臨的氣候變化挑戰(zhàn)。力拓與行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)鏈合作，如中國寶武鋼鐵集團、清華大學、新日鐵公司等，并與合資企業(yè)ELYSIS共同開發(fā)無碳電解鋁技術(shù)。嘉能可通過將資金優(yōu)先投向再生金屬、與上下游產(chǎn)業(yè)鏈合作、支持減排技術(shù)的吸收和整合、利用技術(shù)提高資源利用效率、采用透明的管理方法等措施進一步減少公司產(chǎn)品的碳足跡。（5）將氣候風險管理和尋找機遇納入經(jīng)濟績效管理氣候變化將導致能源結(jié)構(gòu)和價格變化，引發(fā)各國碳稅政策的出臺和修訂，可能導致企業(yè)運營成本增加。此外，極端天氣、洪水及干旱等氣候事件發(fā)生的頻率逐年增加，降雨模式不斷變化，氣溫逐年上升，也會增加企業(yè)運營風險。為了應對這些風險，大型礦業(yè)企業(yè)定期在企業(yè)戰(zhàn)略框架內(nèi)審查和更新其應對氣候變化的方法，既防范風險，又尋找機遇。

3.案例分析

FMG是1家單一鐵礦石生產(chǎn)商，根據(jù)其2020財年年報及氣候變化報告，2020財年FMG鐵礦石產(chǎn)量1.78億噸，其二氧化碳排放中期目標為：到2030年實現(xiàn)凈零排放（2021年最新）。2009—2020年FMG二氧化碳排放量見圖4，F(xiàn)MG二氧化碳排放結(jié)構(gòu)見圖5。此外，F(xiàn)MG通過全資子公司FFI，在澳大利亞開發(fā)綠色電能源、綠色氫能源和綠色氨能源項目，計劃開發(fā)大規(guī)模綠色氫氣生產(chǎn)工廠，將生產(chǎn)的氫氣用于粗鋼生產(chǎn)，并銷售由此產(chǎn)生的“綠色鐵（greeniron）”。FFI目前計劃到2030年實現(xiàn)“綠氫”年產(chǎn)量1500萬噸。從以上可以看出，F(xiàn)MG年排放二氧化碳約200萬噸，噸鐵礦產(chǎn)品排放強度約11.8kg，而我國鐵礦企業(yè)由于品位低、工藝流程長，噸產(chǎn)品二氧化碳排放量在80~120kg，排放量大，但降碳空間也較大（見圖6）。

四、我國金屬礦山降碳路徑探討

根據(jù)我國金屬礦山發(fā)展現(xiàn)狀及國際礦業(yè)公司實踐，本文從以下幾個方面探討我國金屬礦山降碳路徑，以饗讀者。

1.優(yōu)化和調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

一是大力推進資源基地建設(shè)。綜合考慮資源稟賦、開發(fā)利用條件、環(huán)境承載力和區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局等因素，從行業(yè)層面需推動建設(shè)多個資源基地，將其作為保障國家金屬礦山安全供應的戰(zhàn)略核心區(qū)域，大力推進資源規(guī)模開發(fā)和產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展。二是從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)層面，需培育建設(shè)大型礦業(yè)企業(yè)集團。把對穩(wěn)定產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)升級、效益增長具有重大影響的大型礦山項目新建、改擴建項目，列入國家重點建設(shè)工程；支持領(lǐng)軍企業(yè)組建大型企業(yè)（集團）。三是規(guī)范行業(yè)管理。建議出臺行業(yè)規(guī)范條件，提高準入門檻，加強礦山生態(tài)環(huán)境治理，加快安全環(huán)保升級改造，開展資源綜合利用，推動產(chǎn)業(yè)集約化、綠色化、智能化轉(zhuǎn)型，全面提高資源開發(fā)利用水平，實現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

2.大力推廣低碳節(jié)能技術(shù)，提高用能效率

一是應用新工藝、新技術(shù)，如鐵礦行業(yè)正在推廣應用的層壓粉碎技術(shù)——高壓輥磨機——可實現(xiàn)多破少磨、降低能源消耗和碳排放；二是大力推進智能礦山建設(shè)及能源管控體系建設(shè)，提高金屬礦山能源利用效率，如露天礦山無人運輸、地下礦山無人采礦等技術(shù)的推廣應用；三是進行工藝裝備技術(shù)升級改造，采用新材料和節(jié)能技術(shù)延長設(shè)備的使用周期，降低設(shè)備能耗。3.發(fā)展新能源，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)一是充分利用選礦廠、辦公樓等屋頂發(fā)展分布式光伏發(fā)電；二是充分利用金屬礦山排土場、尾礦庫、工業(yè)場地等占地面積大的特點，大力發(fā)展風電、光伏、抽水蓄能電站等新能源，優(yōu)化金屬礦山用能結(jié)構(gòu)，替代化石燃料消耗，降低碳排放。

4.產(chǎn)業(yè)協(xié)同降碳

一是產(chǎn)業(yè)鏈上下游縱向協(xié)同降碳。金屬礦產(chǎn)品作為冶煉產(chǎn)業(yè)的原料，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同降碳空間巨大。就鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈看，鋼鐵行業(yè)是我國工業(yè)行業(yè)中主要的碳排放行業(yè)，年二氧化碳排放量約占全國碳排放量的15%，鋼鐵行業(yè)優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、提高入爐品位是重要的減碳路徑之一，同時對上游礦山鐵精礦品位提出了更高要求，也為產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同降碳提供了機遇。從碳足跡角度看，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同降碳也是重要的減碳路徑。二是產(chǎn)業(yè)間橫向協(xié)同減碳。金屬礦山采選過程產(chǎn)生大量固體廢棄物，近年來隨著環(huán)保政策趨嚴，金屬礦山廢石綜合利用生產(chǎn)建筑骨料、機制砂，尾砂綜合利用提取建筑砂、制作混凝土砌塊等建筑材料，以及尾砂充填采礦法得到廣泛應用。這些措施可大規(guī)模減少砂石開采和河道取砂，減少崩落法采礦導致的地面塌陷，降低對環(huán)境的擾動，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)間協(xié)同降碳。

5.推進礦山生態(tài)修復和復墾，開展生態(tài)碳匯

礦山開發(fā)過程中，必然導致生態(tài)環(huán)境的損害，通過綠色礦山建設(shè)，推進生態(tài)環(huán)境修復和復墾，部分閉庫尾礦庫或排土場還可開展生態(tài)碳匯建設(shè)，為企業(yè)碳中和打下堅實基礎(chǔ)。

6.科技創(chuàng)新是實現(xiàn)碳中和的重要保障

在金屬礦山降碳和實現(xiàn)碳中和的過程中，需要加大科技創(chuàng)新投入力度，充分利用節(jié)能新裝備、新技術(shù)提高能源利用效率，研發(fā)負碳技術(shù)實現(xiàn)碳中和，建議金屬礦山要加強與其他產(chǎn)業(yè)的協(xié)作，積極參與CCS、CCUS等負碳技術(shù)的研發(fā)，充分利用礦山巷道、露天礦坑等空間，發(fā)展負碳技術(shù)，為碳中和奠定基礎(chǔ)。

五、結(jié)論

金屬礦山行業(yè)碳排放來源以外購電力隱含排放為主，以柴油和煤炭等化石燃料燃燒排放為輔，碳排放總量雖占我國碳排放總量比例較小，但金屬礦山多屬于非連續(xù)工藝，與社會融合度高，存在占地面積大、可利用空間大等特點，具備發(fā)展光伏、風電、抽水蓄能電站、碳儲存及增加生態(tài)碳匯的潛力。金屬礦山應積極響應國家雙碳政策，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、降低化石燃料消耗、提高電氣化水平，大力推進生態(tài)修復和生態(tài)復墾，為我國碳達峰碳中和貢獻力量。

作者:張松波 單位:冶金工業(yè)規(guī)劃研究院