鋁應(yīng)用是材料節(jié)能減排重要領(lǐng)域
“鋁生命周期內(nèi)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，鋁工業(yè)涉及鋁土礦、氧化鋁、炭素電極、電力供應(yīng)、電解鋁、鋁材加工、廢雜鋁再生循環(huán)等一系列部門，是資源和能源密集型工業(yè)，也是我國材料行業(yè)節(jié)能減排、走低碳之路的重要領(lǐng)域之一。”北京工業(yè)大學(xué)教授聶祚仁在日前舉辦的促進鋁應(yīng)用高層論壇上說，鋁是國民經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于建筑、交通運輸、包裝、電力、航空航天、機器制造以及信息產(chǎn)業(yè)等各個領(lǐng)域。
鋁生命周期內(nèi)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
進入21世紀(jì)以來，國際鋁業(yè)協(xié)會(IAI)聯(lián)合發(fā)達國家的跨國鋁業(yè)公司先后制定了“世界氧化鋁技術(shù)發(fā)展指南”和“鋁工業(yè)技術(shù)發(fā)展指南”，確定了產(chǎn)品與市場、能源與資源、可持續(xù)發(fā)展三大目標(biāo)，并支持采用國際標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境管理與評價量化分析工具——生命周期評價(LCA)方法評估鋁生產(chǎn)給氣候變化帶來的影響以及鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
“鋁工業(yè)應(yīng)對氣候變化的主要目標(biāo)之一是減少鋁產(chǎn)品生命周期所有階段的溫室氣體排放。”聶祚仁分析認為，鋁因其質(zhì)量較輕的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在交通領(lǐng)域，它不僅能夠減少能源消耗和二氧化碳排放，而且其輕質(zhì)的特性還是發(fā)展航空航天工業(yè)的關(guān)鍵。鋁的另一個重要的可持續(xù)性特點是其再生循環(huán)能力，這也是鋁產(chǎn)品生命周期溫室氣體減排評價研究的重要組成部分。
早在1992年，歐洲鋁業(yè)協(xié)會(EAA)就開展了涉及主要歐洲國家鋁生產(chǎn)和制造企業(yè)的生命周期指標(biāo)數(shù)據(jù)的收集工作，并于1996年出版了第一部生態(tài)概況報告。鋁全生命周期各階段溫室氣體排放清單的研究結(jié)果表明，鋁電解過程的電力消耗、鋁電解過程的直接排放和氧化鋁生產(chǎn)是鋁工業(yè)鏈溫室氣體排放的主要階段，三個階段占其全生命周期排放的83%。
可持續(xù)性屬性是鋁的再循環(huán)能力。“再生鋁生產(chǎn)所需要的能源僅為從礦石提煉原鋁所需能源的5%左右，同時鋁廢料較高的內(nèi)在價值使其回收具有經(jīng)濟上的吸引力。”聶祚仁對鋁應(yīng)用充滿了信心。據(jù)估計，目前全世界生產(chǎn)的原鋁中約有75%仍然在被循環(huán)使用，目前的技術(shù)水平能夠保證鋁及其合金在重熔和再利用時的品質(zhì)。因此，回收利用是大多數(shù)鋁產(chǎn)品可持續(xù)性的基礎(chǔ)，它不僅節(jié)約了原材料和能源，并且減少了對土地填埋場所的依賴。
鋁應(yīng)用可減少二氧化碳排放
國際能源機構(gòu)(IEA)的研究表明，近20%的人為溫室氣體排放是由交通運輸部門產(chǎn)生的。交通運輸業(yè)在人類社會和經(jīng)濟發(fā)展中扮演了重要的角色，因此必須以一種更安全、節(jié)能和環(huán)境友好的方式為人類提供服務(wù)。然而，僅在2000年，交通工具的使用過程就排放了約76億噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體，而且這個數(shù)字還在不斷提高。
“目前技術(shù)條件下，汽車零部件設(shè)計采用鋁質(zhì)材料，在節(jié)能和溫室氣體減排方面具有明顯優(yōu)勢。”聶祚仁對外表示。
根據(jù)國際汽車工程師學(xué)會的研究報道，包括材料循環(huán)利用在內(nèi)的鋼、鋁、鎂3種材質(zhì)前端零部件的汽車全生命周期內(nèi)初級能源消耗和環(huán)境影響差異巨大。
若以行駛距離作為比較基準(zhǔn)，當(dāng)應(yīng)用鎂合金材料作為部件的汽車在運輸距離達到12.8萬千米時，鎂材質(zhì)部件和鋼材質(zhì)部件的汽車在其全生命周期內(nèi)的能源消耗是相等的。也就是說，由于鎂在原材料生產(chǎn)階段的能耗遠大于鋼鐵，在超過這個臨界運輸距離后，應(yīng)用鎂材質(zhì)部件的汽車才會顯示出節(jié)能的效果。
而鋁和鋼相比較，對應(yīng)的臨界運輸距離達到3.5萬千米時，總能耗是相等。
從當(dāng)前的技術(shù)水平和交通工具行駛20萬千米的生命周期這兩個方面考慮，鋁比鎂具有更好的環(huán)境表現(xiàn)。同樣，鋼、鋁、鎂3種材質(zhì)前端部件的汽車全生命周期內(nèi)的溫室氣體排放也存在巨大差異。與鋼相比，鎂質(zhì)部件生產(chǎn)過程將排放更多的溫室氣體。因此，與能耗評估中的臨界運輸距離(12.8萬千米)相比，鎂和鋼在溫室氣體排放中的臨界距離(14.4萬千米)更大。而鋁質(zhì)前端部件在其生命周期早期(運輸距離為3.5萬千米以后)，溫室氣體的減排效果已經(jīng)優(yōu)于鋼和鎂。
減少運輸車輛的重量是降低能源消耗、溫室氣體減排和提高燃油效率的重要方法。海德堡環(huán)境研究中心能源與環(huán)境研究所(IFEU)研究了不同類型車輛實施輕量化措施后，在使用階段的能源消耗及溫室氣體排放情況。研究表明，在車輛的生命周期內(nèi)，一輛轎車減少100千克的質(zhì)量可以節(jié)省300至800升的燃油，而對于出租車和城市巴士，節(jié)油量可以超過2500升;同時每千米約減少9克二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放量，這證明輕量化對于汽車行業(yè)溫室氣體減排具有重要的積極意義。
