金屬礦山碳排放現狀及降碳路徑淺析

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摘要：我國公布雙碳目標后，各行各業積極響應行動，開展行業碳排放現狀及降碳路線圖研究，取得了積極進展。金屬礦山行業“十三五”期間受外部發展環境制約，產量明顯下降。從行業層面分析，黑色金屬礦山行業產量明顯大幅下降，碳排放峰值已過，而有色金屬礦行業由于需求仍在持續增長，雖產量有波動，但碳排放尚未達到峰值。通過與國際大型礦業公司碳排放強度對比分析，我國金屬礦山行業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，可從優化和調整產業布局和產業結構、推廣低碳節能技術、利用新能源優化用能結構、產業鏈上下游協同降碳、推進礦山生態修復復墾和參與負碳技術研發6個方面實現降碳。

關鍵詞：金屬礦山；鐵礦；有色礦；碳達峰；降碳路徑；低碳

《巴黎協定》（TheParisAgreement）是由全世界178個締約方共同簽署的氣候變化協定，是對2020年后全球應對氣候變化的行動做出的統一安排。《巴黎協定》的長期目標是將全球平均氣溫較前工業化時期上升幅度控制在2℃以內，并努力將溫度上升幅度限制在1.5℃以內，是繼1992年《聯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合國大會發表重要講話，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年前實現碳中和。此后，我國各行各業積極行動，將實現“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狀、結構及降碳路徑選擇。

一、我國金屬礦山現狀

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

1.生產現狀

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

2.產業結構

從產業結構看，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。從選礦結構看，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狀

金屬礦產資源開發的范圍主要包括資源的開采和選礦過程，即礦產資源從地下被開采到精礦產品，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、運輸等環節，地下開采包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸、提升、排水、通風等環節；選礦加工過程包括破碎、篩分、磨礦、選別、過濾、精（尾）礦輸送等環節。這個過程中與溫室氣體有關的內容主要包括開發和加工過程的能源消耗。

1.碳排放分類

根據《中國礦山企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》，礦產資源開發環節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備中與氧氣充分燃燒生成的二氧化碳排放。礦產資源開發涉及化石燃料燃燒的裝置或設備主要有工業鍋爐、內燃鑿巖機、鏟車、推土機、自卸汽車等。——凈購入電力隱含的間接排放：該部分排放實際發生在電力生產企業，但由礦產資源開發主體的消費活動引發，依照規定也計入礦產資源開發主體的排放總量中。

2.碳排放現狀

鑒于統計數據限制，金屬礦山行業能耗數據基于2019年《中國能源統計年鑒》，根據模型計算得到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，黑色金屬礦采選業碳排放占比整體呈下降趨勢，有色金屬礦采選業碳排放占比整體呈上升趨勢。黑色金屬礦采選業，電力消耗產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電氣化水平在逐漸提高，如圖2所示。有色金屬礦采選業，電力消耗產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更高。2018年有色金屬礦采選業電力消耗的碳排放占比達到87%，如圖3所示。

三、國際主要礦業公司降碳路徑分析

2020年全球前十大礦業公司中的必和必拓、力拓、淡水河谷、嘉能可、英美集團、FMG在金屬礦產行業中占據了巨大份額，在全球礦業市場上舉足輕重。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，推進企業的可持續發展。

1.國際主要礦業公司碳中和承諾

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，披露碳排放數據國際主要礦業公司積極響應政府和國際組織號召，披露碳排放數據，促進全球應對氣候變化，為實現聯合國可持續發展目標和《巴黎協定》目標而努力。（2）優化資產組合，降低高碳資產占比近年來，為應對氣候變化政策調整，部分國際礦業公司在不斷調整其資產組合，降低煤炭等高碳排放資產占比，如2018年力拓完成煤炭資產剝離，退出煤炭業務；2020年必和必拓通過將旗下石油與天然氣資產出售給澳大利亞Woodside石油公司，徹底退出油氣業務，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）大力發展新能源，優化用能結構和提升能源利用效率充分利用風能、太陽能和可再生能源，優化用能結構，并通過技術進步提升用能效率。2021年力拓計劃斥資24億美元在塞爾維亞建設1座鋰礦，正在向綠色能源轉型。必和必拓與IberdrolaAustralia簽訂可再生能源供應協議，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）產業鏈上下游協同減碳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知識，旨在共同應對全球鋼鐵產業所面臨的氣候變化挑戰。力拓與行業領先的產業鏈合作，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ELYSIS共同開發無碳電解鋁技術。嘉能可通過將資金優先投向再生金屬、與上下游產業鏈合作、支持減排技術的吸收和整合、利用技術提高資源利用效率、采用透明的管理方法等措施進一步減少公司產品的碳足跡。（5）將氣候風險管理和尋找機遇納入經濟績效管理氣候變化將導致能源結構和價格變化，引發各國碳稅政策的出臺和修訂，可能導致企業運營成本增加。此外，極端天氣、洪水及干旱等氣候事件發生的頻率逐年增加，降雨模式不斷變化，氣溫逐年上升，也會增加企業運營風險。為了應對這些風險，大型礦業企業定期在企業戰略框架內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家單一鐵礦石生產商，根據其2020財年年報及氣候變化報告，2020財年FMG鐵礦石產量1.78億噸，其二氧化碳排放中期目標為：到2030年實現凈零排放（2021年最新）。2009—2020年FMG二氧化碳排放量見圖4，FMG二氧化碳排放結構見圖5。此外，FMG通過全資子公司FFI，在澳大利亞開發綠色電能源、綠色氫能源和綠色氨能源項目，計劃開發大規模綠色氫氣生產工廠，將生產的氫氣用于粗鋼生產，并銷售由此產生的“綠色鐵（greeniron）”。FFI目前計劃到2030年實現“綠氫”年產量1500萬噸。從以上可以看出，FMG年排放二氧化碳約200萬噸，噸鐵礦產品排放強度約11.8kg，而我國鐵礦企業由于品位低、工藝流程長，噸產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

根據我國金屬礦山發展現狀及國際礦業公司實踐，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.優化和調整產業布局和產業結構

一是大力推進資源基地建設。綜合考慮資源稟賦、開發利用條件、環境承載力和區域產業布局等因素，從行業層面需推動建設多個資源基地，將其作為保障國家金屬礦山安全供應的戰略核心區域，大力推進資源規模開發和產業集聚發展。二是從產業結構層面，需培育建設大型礦業企業集團。把對穩定產能、產業升級、效益增長具有重大影響的大型礦山項目新建、改擴建項目，列入國家重點建設工程；支持領軍企業組建大型企業（集團）。三是規范行業管理。建議出臺行業規范條件，提高準入門檻，加強礦山生態環境治理，加快安全環保升級改造，開展資源綜合利用，推動產業集約化、綠色化、智能化轉型，全面提高資源開發利用水平，實現高質量、可持續發展。

2.大力推廣低碳節能技術，提高用能效率

一是應用新工藝、新技術，如鐵礦行業正在推廣應用的層壓粉碎技術——高壓輥磨機——可實現多破少磨、降低能源消耗和碳排放；二是大力推進智能礦山建設及能源管控體系建設，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的推廣應用；三是進行工藝裝備技術升級改造，采用新材料和節能技術延長設備的使用周期，降低設備能耗。3.發展新能源，優化用能結構一是充分利用選礦廠、辦公樓等屋頂發展分布式光伏發電；二是充分利用金屬礦山排土場、尾礦庫、工業場地等占地面積大的特點，大力發展風電、光伏、抽水蓄能電站等新能源，優化金屬礦山用能結構，替代化石燃料消耗，降低碳排放。

4.產業協同降碳

一是產業鏈上下游縱向協同降碳。金屬礦產品作為冶煉產業的原料，產業鏈上下游協同降碳空間巨大。就鋼鐵產業鏈看，鋼鐵行業是我國工業行業中主要的碳排放行業，年二氧化碳排放量約占全國碳排放量的15%，鋼鐵行業優化爐料結構、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，也為產業上下游協同降碳提供了機遇。從碳足跡角度看，產業鏈上下游協同降碳也是重要的減碳路徑。二是產業間橫向協同減碳。金屬礦山采選過程產生大量固體廢棄物，近年來隨著環保政策趨嚴，金屬礦山廢石綜合利用生產建筑骨料、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，降低對環境的擾動，實現產業間協同降碳。

5.推進礦山生態修復和復墾，開展生態碳匯

礦山開發過程中，必然導致生態環境的損害，通過綠色礦山建設，推進生態環境修復和復墾，部分閉庫尾礦庫或排土場還可開展生態碳匯建設，為企業碳中和打下堅實基礎。

6.科技創新是實現碳中和的重要保障

在金屬礦山降碳和實現碳中和的過程中，需要加大科技創新投入力度，充分利用節能新裝備、新技術提高能源利用效率，研發負碳技術實現碳中和，建議金屬礦山要加強與其他產業的協作，積極參與CCS、CCUS等負碳技術的研發，充分利用礦山巷道、露天礦坑等空間，發展負碳技術，為碳中和奠定基礎。

五、結論

金屬礦山行業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，具備發展光伏、風電、抽水蓄能電站、碳儲存及增加生態碳匯的潛力。金屬礦山應積極響應國家雙碳政策，通過調整產業結構、降低化石燃料消耗、提高電氣化水平，大力推進生態修復和生態復墾，為我國碳達峰碳中和貢獻力量。

作者:張松波 單位:冶金工業規劃研究院