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產業技術評析

淨零減碳趨勢對鎳金屬產業的機會與挑戰
發表日期:2023-03-15
作者:李志賢(金屬中心)
摘要:
面對氣候變遷威脅,在國際組織倡議下,全球已有近140個國家或地區聯盟宣示淨零排放的承諾。

全文:

一、全球淨零排放趨勢

面對氣候變遷威脅,在國際組織倡議下,全球已有近140個國家或地區聯盟宣示淨零排放的承諾。對於金屬相關產業而言,由於鋼鐵以及鋁金屬在總碳排量以及單位碳排量相較其他金屬高,成為國際間首波受到碳邊境稅納管的金屬,國際大廠正積極投入低碳金屬的研發與生產,以避免產品被課徵碳稅,同時兌現各國以及企業做出的淨零排放承諾。

鎳金屬在應用上除了鎳合金外,其於應用包含不銹鋼、電池、電鍍、特殊鋼,超過9成為其他材料的添加物,2021年全球鎳使用占比如【圖1】所示。由於其使用情境多以添加物為主,且使用量遠比其他基本金屬少,目前並未被國際納管,預期短期內也不會直接是碳邊境稅納管重點。雖然鎳金屬並未受到納管,但近年來使用電池作為動力來源的電動車,成為未來淨零排放重要關鍵,其各原物料(電池正極材料硫酸鎳)、零組件是否為低碳甚至零碳產品,皆為市場與各業者關注重點。另外鎳大宗作為不銹鋼添加原料,也將連帶影響不銹鋼產業減碳規劃。整體而言,雖然鎳金屬並未受到碳邊境稅納管,但受到產業應用需求以及減碳承諾影響,全球鎳標竿大廠已積極投入低碳鎳產品的發展與開發,迎接淨零排放的挑戰。
 

圖1 2021年全球鎳使用占比

Norislk Nickel/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2023/03)
圖1 2021年全球鎳使用占比
 

二、國際標竿鎳金屬業者低碳轉型做法

(一)使用可再生能源進行電力脫碳

1. 嘉能可使用風力發電開採礦山

有別於完全使用柴油做為開採、營運礦山的主要能源來源,全球最大大宗商品業者嘉能可(Glencore)位於加拿大魁北克的Raglan Mine礦場,坐落於海拔600公尺的高原上,利用得天獨厚的風力資源開發風力發電為礦場供電,減少柴油使用並降低碳排放量。嘉能可考量到氣候變遷與柴油成本高漲等因素,於2014至2018年間建設了兩座風力發電機組以及儲能設備供Raglan Mine礦場電力使用,根據嘉能可預測,兩座風力機可為整座礦場提供10%的電力,每年可省下440萬公升的柴油並減少1.2萬公噸二氧化碳排放,而為了進一步實現淨零排放的承諾與里程碑,Raglan Mine礦場也正考慮建設更多風力發電機組,以提升礦場使用綠色電力至40%。

2. 嘉能可打造全電動礦場

嘉能可位於加拿大安大略省的Onaping Depth礦山項目正規劃朝向純電動載具營運擴建中。Onaping Depth礦山項目位於嘉能可克雷格礦山(Craig Mine)底下約2,500公尺的位置,由於位於2,500公尺深的地底,維持地下通道的空氣溫度與潔淨度更為該項目基礎建設的主要規劃重點。一般而言,使用柴油系統載具會排放廢氣、溫室氣體,使本位於惡劣環境的地下通道空氣品質加速惡化,為維持通道內的空氣品質,往往使礦山營運耗費大量能源成本。為兼顧礦山營運與減碳承諾,嘉能可規劃採用全電動設備作為人員與貨物於地下通道間移動的載具,相比於使用柴油系統載具,電力設備系統除了可以減少44%通風系統與30%冷卻系統能耗外,且由於電動載具無額外碳排、廢氣,更有利於減碳以及員工健康發展。

3. 必何必拓使用太陽能、風電為礦場提供電力

澳洲鎳業巨擘必和必拓(BHP)指出,目前有越多越多客戶要求符合低碳生產、道德規範的金屬,特別是鎳金屬作為電池材料重要原料之一,更需符合低碳足跡的要求。為了降低鎳金屬的碳足跡,必和必拓宣布將與加拿大電力業者TransAlta合作,利用當地豐富的日曬資源開發Northern Goldfields太陽能項目,為其在澳洲Mt Keith以及Leinster礦場提供太陽能電力,根據該公司預估,使用太陽能取代柴油與天然氣可減少12%碳排放量,每年約可減少5.4萬公噸碳排放量;同時必和必拓也規劃透過TransAlta北部電網連結風電,以更大幅度減少溫室氣體的排放,邁向淨零排放目標。

(二)升級發電設備提升能源效率

透過積極提升能源效率,全球最大鎳生產業者諾里爾斯克(Norilsk Nickel)於2021年7月宣布生產出第一批經認證的碳中和鎳產品。自2013年至2021年間,諾鎳對其能源設施進行了全面升級以提高能源使用效率,除了進行火力發電廠機組、天然氣井等設備升級、建置自動化控制、廢熱控制系統以及淘汰老舊、耗能設備外,也針對已運行約50年的Ust-Khantayskaya HPP水力發電廠的七座發電機組進行重點更新,該水力發電廠發電量自升級前的441MW提升至511MW,若加上另一座水力發電廠Kureyskaya HPP約600MW發電量,整體而言,兩座水力發電廠為諾鎳提供超過1,000MW的再生能源,成為諾鎳具備生產碳中和鎳產品能力的關鍵。

(三)強化探捕捉技術加快探封存速度

加拿大鎳業(Canada Nickel)於2022年7月開發了一種更快更有效率的碳捕捉方法,該公司稱之為製程中尾礦碳捕捉技術(In Process Tailings Carbonation, IPT Carbonation),該方法有別於傳統碳捕捉技術在尾礦沉積後才開始捕捉二氧化碳,而是在尾礦產生時便快速於尾礦中注入高濃度的二氧化碳,使其在加工過程中便能開始捕捉二氧化碳。

根據該公司研究數據指出,該技術能在36小時內透過吸收足夠二氧化碳,實現生產淨零碳排目標,並在每生產1公噸鎳的6天內產生21公噸的碳權,相比於現行以被動方式耗費數月時間進行碳封存,該技術透過主動吸收二氧化碳的方式進行碳封存,提升8-12倍速度。該技術預期每年可為加拿大鎳業的Crawford礦山項目產生高達71萬公噸的碳權,並在礦山整體生命週期中產生高達1,800萬公噸的碳權。加拿大鎳業目前也正持續精進該技術,並規劃應用於不同金屬的生產,實現碳中和目標。

(四)廢鎳循環利用回收重要金屬

1. 電池材料業者布局廢電池回收

根據歐盟規範《電池法》草案,2030年後容量大於2kWh的含鈷、鉛、鋰、鎳電池必須使用一定比重的回收材料,包含12%的鈷、4%的鋰以及4%的鎳回收比例。有鑑於此,許多電池材料業者如優美科(Umicore)、美琪瑪(Mechema)正積極布局廢電池回收,除了欲自廢電池中提取戰略價值、取得成本越來越高的金屬材料,以滿足未來龐大的電池需求外,也提前因應歐盟對於未來電池的規範。

2. 博利登自電子廢棄物提取金屬

博利登(Boliden)是一家瑞典跨國金屬、採礦和冶煉公司,生產如鋅、銅、鉛和鎳等金屬。博利登位於芬蘭的Harjavalta鎳鈷銅冶煉廠,每年自全球回收近1萬公噸經預粉碎的電子廢棄物,直經約為1-3公分,並將這些電子碎屑與精礦一同進行冶煉,透過添加再生料的方式降低金屬碳足跡。

三、結論與建議

綜觀國際鎳金屬標竿大廠因應淨零排放低碳轉型的做法,可以發現不論是使用再生能源或提升能源效率,皆是以能源、電力脫碳為主要減碳措施,且其使用的再生能源會搭配礦場所在的天然環境規劃適合的能源計畫,減少對環境的影響。在生產方面,則透過新技術的導入加快溫室氣體的捕捉,提升減碳效率。而鎳金屬作為未來電動載具達成淨零排放目標的重要原料之一,透過循環、回收廢棄物降低原生鎳的使用來降低碳足跡,不僅為國際組織規範重點,同時也是各大廠取得稀缺資源的策略。

淨零排放目標已在全球形成共識,我國用鎳業者也應提早布局。雖鎳金屬並未受到額外碳關稅制度納管,但其主要應用領域包含不銹鋼及電池產業,分別為大宗應用材料與實現淨零排放目標重要原料,可預期受到上述兩大關鍵產業之影響,對於鎳金屬減碳要求只會越趨嚴苛。

我國並無鎳精煉廠,仰賴進口取得鎳資源,產品碳足跡主要來自材料端鎳金屬取得所產生的碳排,以及製造過端中產生的排放,而我國鎳產業除了鎳合金產業外,大部分將鎳作為添加物使用,並非以鎳作為產品主要元素,故對於我國鎳產業低碳轉型而言,在製程端需考量各產業關鍵製程的差異,優先布局排碳量最高、最具急迫性改善的製程;材料端部分,由於我國並無原生鎳製造能力,無法控制鎳原料的碳排,故取得低碳或者碳中和的鎳原料對我國鎳金屬產業減碳至關重要。面對未來淨零排放挑戰,建議我國業者優先向已取得碳中和認證、或已積極投入減碳轉型、其單位碳排較低的鎳生產業者進行原料採購,並提高如廢不銹鋼、廢電池等循環利用率以替代原生鎳使用,同時從製程端管理關鍵製程碳排放量,提升企業在未來減碳趨勢下的競爭力。
 

(本文作者為金屬中心執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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