毫無(wú)疑問(wèn)，鋁框架將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)成為太陽(yáng)能組件的一部分。隨著光伏制造規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種多功能金屬的碳足跡可能證明對(duì)可持續(xù)性構(gòu)成挑戰(zhàn)。

　　世界銀行(World Bank)表示，能源轉(zhuǎn)型對(duì)鋁的需求將超過(guò)其他任何金屬。為了將氣溫上升控制在2攝氏度以下，到2050年，清潔能源技術(shù)每年將需要近600萬(wàn)噸的金屬。相比之下，鋰、鈷和鎳的總和預(yù)計(jì)不會(huì)超過(guò)400萬(wàn)噸。鋰、鈷和鎳是能源轉(zhuǎn)型中主要用于電池。這些估算很大程度上建立在許多的假設(shè)的基礎(chǔ)上，但它們強(qiáng)調(diào)了金屬在通往零排放能源道路上的重要性。

　　幾乎所有用于清潔能源的鋁都將用于太陽(yáng)能電池組件框架。它的耐腐蝕性和輕質(zhì)性使其成為暴露于元件并確保模塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最佳選擇。

　　鋁的能源挑戰(zhàn)

　　雷克雅未克大學(xué)的工程學(xué)教授GuerúnS?varsdóttir說(shuō)，氣候的改變需要用到鋁，但鋁行業(yè)面臨的主要環(huán)境挑戰(zhàn)是對(duì)氣候的影響。鋁的生產(chǎn)量越來(lái)越大，該行業(yè)的碳排放量也越來(lái)越大。

　　S?varsdóttir說(shuō)：“（過(guò)去二十年來(lái)）鋁的生產(chǎn)量大幅度增加，自2000年以來(lái)，鋁的產(chǎn)量增加了一倍以上?！?“不幸的是，許多鋁產(chǎn)能的增加都是基于燃煤發(fā)電的?！?/p>

　　中國(guó)新的鋁冶煉廠推動(dòng)了產(chǎn)量的飆升，現(xiàn)在，它們生產(chǎn)的鋁占全球新鋁的一半以上。塞瓦爾斯多蒂特（S?varsdóttir）的研究顯示，盡管該國(guó)70％的電力依靠煤炭發(fā)電，但鋁冶煉廠的混合動(dòng)力煤卻占90％以上。

　　新鋁的開采，氧化鋁的生產(chǎn)和鋁冶煉產(chǎn)生的碳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(dāng)量，比20年前高了將近四噸。從某些方面來(lái)看，到2040年，鋁產(chǎn)量的增長(zhǎng)可能意味著每年將增加4億噸二氧化碳當(dāng)量。

　　許多鋁業(yè)公司正在開發(fā)新的冶煉工藝和建造新型工廠，以減少該行業(yè)在地球上的碳足跡，但科學(xué)家們表示，還需要更多的發(fā)展，以使其溫室氣體排放量與可再生能源產(chǎn)品保持一致。

　　“目前我們正處于緊要關(guān)頭，”鋁業(yè)管理倡議的保證總監(jiān)卡梅倫?瓊斯（Cameron Jones）說(shuō)。非營(yíng)利性行業(yè)認(rèn)證組織ASI正在進(jìn)行“健康而嚴(yán)格”的討論，以更新其標(biāo)準(zhǔn)，以鼓勵(lì)公司在2030年之前將二氧化碳噸當(dāng)量目標(biāo)定為8噸。它計(jì)劃制定一個(gè)“更具包容性和挑戰(zhàn)性”的目標(biāo)， 要克服的技術(shù)和政策障礙。

　　工藝問(wèn)題

　　新鋁的生產(chǎn)通常以鋁土礦開采開始，然后被送到氧化鋁廠提煉氧化鋁。從氧化鋁中分離鋁需要在接近1000oC的溫度下，并需要通過(guò)強(qiáng)大的直流電流進(jìn)行電解生產(chǎn)。

　　該過(guò)程不僅耗能，而且氧化鋁中的氧與碳陽(yáng)極反應(yīng)后，生產(chǎn)并釋放出二氧化碳。塞瓦爾斯多蒂特（S?varsdóttir）的工作表明，直接碳排放量約占該過(guò)程總排放量的10％，而電力消耗則占71％。

　　S?varsdóttir說(shuō)：“除非對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，否則我們不會(huì)消除這些碳排放的問(wèn)題。”

　　對(duì)比電解鋁生產(chǎn)而言，再生鋁大大降低了其所需的能量，而且理論上鋁是無(wú)限可回收的。行業(yè)代表機(jī)構(gòu)鋁業(yè)協(xié)會(huì)（Aluminum Association）估計(jì)，曾經(jīng)生產(chǎn)的所有鋁中有75％仍在流通中。礦業(yè)公司正在大力投資回收工廠，例如9月宣布的力拓加拿大工廠。

　　在世界銀行的兩套方案中，再生鋁的比例將增加，但仍只能滿足61％的需求。ASI希望在接下來(lái)的幾個(gè)月中發(fā)布擬議的標(biāo)準(zhǔn)以解決氣候影響，以進(jìn)行協(xié)商，但是建立減少碳排放的途徑可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

　　瓊斯說(shuō)：“這是一個(gè)如此復(fù)雜，多樣化的供應(yīng)鏈，我們無(wú)法做到一刀切”?！昂茈y想出一種適用于整個(gè)行業(yè)的單一途徑或方法。因此，這是目前的真正問(wèn)題?！?/p>

　　尋找解決方案

　　鋁生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)選擇了幾種途徑來(lái)減少其碳足跡。使用可再生能源的鋁冶煉廠大多與水力發(fā)電相連，例如在挪威和冰島，但是水力發(fā)電能力有限，并且在很大程度上取決于地理位置。使用水力發(fā)電的冶煉廠所占比例已從2000年的46％下降到2018年的26％，而煤炭現(xiàn)在為鋁產(chǎn)量的61％提供了動(dòng)力。

　　冶煉通常比其他步驟需要多一個(gè)數(shù)量級(jí)的能量。瓊斯說(shuō)，為了確保由可再生能源提供能源，中國(guó)的一些冶煉廠正在討論是否將整個(gè)工廠運(yùn)輸?shù)诫娋W(wǎng)依賴可再生能源的地區(qū)，但至今仍未采取任何行動(dòng)。

　　熔爐設(shè)計(jì)用于恒定功率，但是德國(guó)公司Trimet將其某些熔爐轉(zhuǎn)變?yōu)殇X熔爐，以適應(yīng)可變功率。雖然冶煉廠需要將材料保持在熔融狀態(tài)，但工程師增加了靈活性，使冶煉廠的功率比通常使用的功率低25％或25％以上。當(dāng)本地電網(wǎng)上有多余的電力時(shí)，有時(shí)是由于多余的太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的。過(guò)程控制可確保電解生產(chǎn)時(shí)電解質(zhì)僅在爐幫處凝結(jié)，即使降負(fù)荷時(shí)冶煉能力較低，但也可以繼續(xù)進(jìn)行鋁冶煉。從某種意義上說(shuō)，這樣的冶煉廠充當(dāng)了電網(wǎng)上的一種電池。

　　S?varsdóttir說(shuō)：“這確實(shí)可以為穩(wěn)定電網(wǎng)做出重大貢獻(xiàn)，因此我們不應(yīng)忽視這個(gè)機(jī)會(huì)?！?/p>

　　減少排放

　　在過(guò)去的幾年中，兩家企業(yè)聲稱用氧氣代替了冶煉廠的直接碳排放。冰島的Arctus Metals已開始試用熔煉工藝，該工藝使用不會(huì)與氧化鋁中的氧氣反應(yīng)生成二氧化碳的惰性陽(yáng)極。參與該項(xiàng)目的塞瓦斯多蒂特（S?varsdóttir）也正在研究將碳捕集用于直接排放的可能性。

　　力拓（Rio Tinto）和美國(guó)鋁業(yè)（Alcoa）通過(guò)成立于2018年的合資子公司Elysis合作建立了無(wú)碳冶煉工藝。像Apple這樣的消費(fèi)品公司已達(dá)成協(xié)議，從Elysis購(gòu)買以減少其碳足跡。這家總部位于加拿大的公司拒絕對(duì)此發(fā)表評(píng)論，自發(fā)布以來(lái)，幾乎沒(méi)有與之交談的記者。

　　瓊斯說(shuō)，氧化鋁精煉廠習(xí)慣于經(jīng)常遇到技術(shù)問(wèn)題和供應(yīng)中斷，這可能使它們更適應(yīng)于對(duì)間歇性太陽(yáng)能或風(fēng)能的依賴。美鋁公司在9月宣布生產(chǎn)的氧化鋁品牌的碳排放量是行業(yè)平均水平的一半。

　　在澳大利亞的北領(lǐng)地，當(dāng)?shù)負(fù)碛袖X土礦開采商Gulkula依靠太陽(yáng)能光伏發(fā)電和電池存儲(chǔ)來(lái)開展業(yè)務(wù)。昆士蘭州的力拓（Rio Tinto）礦山部分依賴太陽(yáng)能，此舉是更大的資源型工業(yè)向采用現(xiàn)場(chǎng)光伏發(fā)電的趨勢(shì)的一部分。

　　瓊斯說(shuō)：“該行業(yè)正在朝著正確的方向發(fā)展，但是在這一階段還沒(méi)有令人驚嘆的改變?！?/p>

　　去年夏天，塞瓦斯多蒂爾（S?varsdóttir）向新來(lái)的工程專業(yè)學(xué)生介紹了她對(duì)鋁的碳排放問(wèn)題的研究。她的目標(biāo)是吸引新員工解決行業(yè)最大的溫室氣體問(wèn)題，例如鋁冶煉的直接排放。IPCC指出，雖然電力占全球排放量的四分之一，但行業(yè)緊隨其后，僅為21％。

　　“有人需要努力解決21％的問(wèn)題。每個(gè)人都想從事可再生能源的工作，但有人需要從事這一工作，否則我們將無(wú)法實(shí)現(xiàn)碳中和……我認(rèn)為這是幫助氣候變化的最大機(jī)會(huì)。”