中国提出力争在2030年前实现碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和的目标。“双碳”目标提出后,今年2月,国务院发布关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见,中国即将迎来循环经济发展的新机遇。“十四五”规划更是将发展循环经济作为政策工作布局的重要一环。
循环经济是推动绿色转型,实现可持续发展的重要抓手,发展循环经济可以实现经济效益、社会效益和生态效益的平衡,能够有效降低资源消耗,减少垃圾污染物,降低温室气体排放量。本文围绕循环经济可有效降低碳排放强度、再生资源行业发展过程与碳减排方法论、碳减排经济效益分析、明确渠道端承担者责任和提升循环效率等方面介绍了中国主要再生资源的现状,以及其循环利用对碳减排的贡献。
循环经济可有效降低碳排放强度
循环经济:碳中和与双循环的双重裨益
循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以减量化、再利用、资源化为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征,符合可持续发展理念的经济增长模式。它强调把经济活动组织成一个“资源一产品一再生资源”的反馈式流程。所有物质和能源在这个不断进行的经济循环中得到合理和持久的利用,以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。
在瑞士、德国等发达国家,循环经济得到高度重视。根据清华 PPP 研究中心引自瑞士联邦环保部网站的有关数据,2018 年在瑞士产生的一千七百五十万吨建筑垃圾中,有近一千二百万吨(水泥、碎石、沥青等)被回收再利用,城市垃圾中,一半以上被循环利用;在德国饮料瓶、废纸也可通过专门的渠道统一进行回收。在循环经济的框架下,产品的使用年限得到提升,这不仅保护了环境、节约了资源,大部分情况下还能为消费者节省费用,同时为资源再利用企业提供新的商机。
(1)制造端:通过减少或替代高能耗的原料加工环节减碳,材料再制造能力是核心竞争力,原料保障、定价权是基础,再制造产品的认证需要政策支持。
(2)渠道端:可通过回收材料循环赚取价格差,但渠道的约束与监管若不健全或无法将成本内部化,渠道建立的成本、商业模式的打通压力则会较大。
2021 年 2 月,中国国务院颁布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》,其中明确提出“大力发展再制造产业,加强再制造产品认证与推广应用。建设资源综合利用基地,促进工业固体废物综合利用”:
(1)到 2025 年绿色低碳循环发展的生产体系、流通体系、消费体系初步形成;
(2)到 2035 年重点行业、重点产品能源资源利用效率达到国际先进水平。
按照商务部的统计口径:主要的再生资源包括废金属(废钢、废有色金属等)、废塑料、废纸、废轮胎、废玻璃、废纺织品,废弃电器电子产品(以空调、洗衣机、电视、冰箱和电脑等“四机一脑”为主)、报废机动车、废电池等。
(1)废金属、废塑料、废纸、废轮胎、废玻璃、废纺织品等可以作为制造端再生产的原料,其与大宗商品市场运转逻辑类似;
(2)废弃电器电子产品、报废机动车、废电池包含各类资源成分较多,是获得上述再生资源的部分来源;保证材料回收、利用、再制造的有效流转是实现商业逻辑的核心,渠道正规化更为关键。
中国经济发展与资源回收利用量之间高度相关。根据商务部流通业发展司发布的《中国再生资源回收行业发展报告》和再生资源信息网的统计,2011-2018年中国主要再生回收价值从 5764 亿元上升到 8705 亿元,年均增长突破 6%;从总量上看,制造业、消费体量是 GDP 核心包含要素,这也恰恰是再生资源品的重要来源。
再生资源回收能力、利用效率则体现了中国循环经济发展的水平。2019 年可再生资源回收量达到 3.45 亿吨,同比增长 7.1%,比 2011 年已经翻倍。据行业协会数据统计,在中国 2021-2035 年 GDP 年均增速 5.5%的情景假设下,得出可再生资源回收量将以 6.55%的年均增速提高,从 2019 年的3.45 亿吨提升至2035年的 8.08 亿吨。
从再生资源回收结构上看,废钢、废有色金属(主要是废铝和废铜)、废纸、废塑料等无论是在回收量(合计占比超过 90%)上还是回收价值(合计占比超过95%)上,均位列前四。以下将就这四类可再生资源的循环使用进行重点分析, 其中废有色金属将以废铝为例。
再生资源回收利用过程蕴含的减排逻辑
每种再生资源的循环使用都可以减少“开采原材料、原材料初加工”时的碳排放,若原材料(如树木等)有负碳作用,循环利用将更具效果。如果细分到各个行业,不同的生产工艺体现的减排逻辑和减排量则不尽相同。
(1)废钢再利用
钢铁制造过程从炼钢工艺分为“长流程”与“短流程”:
1)长流程是以高炉-转炉为核心的生产过程,以铁矿石为主要原料、废钢为辅料。长流程在粗钢产量工艺中占绝大多数。
2)短流程是以废钢-电炉炼钢为核心的生产过程,以废钢为主要原料、生铁为辅料。
目前,钢铁制造领域减碳可行的方法有:
1)限制国内新增产能,严格推行产能置换原则,甚至推动产能向其他国家外迁;该方法属于通过行政手段进行供给侧改革,实施后对周期品价格影响较为剧烈,2021 年上半年股票及期货市场体现的便是因环保或行政限产导致的价格上涨后的行情。
2)对钢厂进行工艺改造,采用富氢高炉或者氢还原工艺,有效减少焦炭的使用量;该方法需要制、储、运氢成本达到经济性要求,叠加钢厂的高炉改造,都是一个长期的过程。
3)采用以电炉短流程为主的生产方式,推动废钢的再利用,强化循环经济。从欧洲的经验看,在碳约束增强或者碳成本直接对钢厂利润冲击的时候,电炉短流程的比重确实在提升。
2005-2009 年,欧盟碳市场启动后,受到减排预期影响,电炉比例增加;2009年金融危机后,欧盟钢铁行业转炉法和电炉法的比例变化趋势发生逆转;背后的原因可能在于金融危机后政府的进一步扶持下,钢铁行业低碳转型约束减小,这也侧面体现了碳中和政策实际是受经济景气度影响的。
废钢炼钢以“废钢-电炉”短流程为主。而电炉炼钢相较高炉炼铁,首先省去了烧结、球团等工艺流程,同时减少了高炉工艺中的焦炭损耗。从能耗角度分析,电炉相较高炉未必在能耗方面实现降低,但若采用光伏、风能的电力初始来源,碳排放量则将会显著下降。
废钢再利用碳减排量=生产同等回收量的钢铁所产生的温室气体量-废钢铁回收再生产为粗钢所排放的温室气体量
(2)再生铝
铝行业是典型的因碳成本内部化后,会导致行业内各公司成本结构差异性变的更 大的行业。
目前,铝制造领域减碳可行的方法有:
1)限制国内新增产能,严格推行产能置换原则,甚至推动产能向其他国家外迁,该方法属于通过行政手段进行供给侧改革。
2)推动电解铝用能结构调整,可采取的方式有:推动清洁能源自备电厂的使用,将产能建立在清洁能源较为富余的地区。
3)积极推动铝产品的回收利用,推动再生铝制品的使用。可回收且不损失性能,是铝的独特优势之一,因而再生铝免去了制备氧化铝和电解铝这两个高排放的环节。根据世界铝协发布的《2050 年全球铝行业温室气体减排路径》,制备原生铝的碳排量为再生铝的 25 倍。
再生铝碳减排量=生产同等回收量的再生铝所产生的温室气体量-废铝回收再生产为所排放的温室气体量
(3)再生纸
再生纸是以废纸做原料,将其打碎、去色制浆经过多种工序加工生产出来的纸张,其原料的 80%来源于回收的废纸。虽然利用废纸造纸的生产工艺相对于木材造纸并不减少温室气体排放量,但却可以减少的木材消耗最终实现碳减排。再生纸已经广泛应用于纸板和纸箱、包装纸袋、卫生等生活用纸、新闻用纸、办公文化用纸的制造过程中。
再生纸碳减排量=木材生产同等回收量的纸的温室气体排放量-回收废纸制浆生产纸产生的温室气体排放量+减少的木材消耗的温室气体排放量+减少的废纸填埋或焚烧产生的温室气体排放量
(4)再生塑料
此前,中国在废旧塑料的处理上采用的主要方式还是最原始的填埋方式和快速发展的焚烧处理,传统塑料的难降解性会对环境造成长期影响。随后,中国开始对塑料制品循序渐进的实行禁令。
2008 年 1 月 8 日,中国国务院办公厅下发《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,从 6 月 1 日起,在全国范围内禁止生产销售使用超薄塑料袋,并实行塑料袋有偿使用制度。
2017 年 7 月 18 日,中国国务院办公厅印发《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》。
2020 年 1 月 16 日,发改委联合生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,要求在 2025 年,完善塑料制品生产、流通、消费和回收处置等环节的管理制度,对不可降解塑料逐渐禁止、限制使用。7 月 10 日,发展改革委等部门发布了《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,通知要求各地在8月中旬前出台省级实施方案,重点围绕 2020 年底阶段性目标,确保如期完成目标任务。
从整体上看,中国的塑料污染治理采取“减源头、控末端、促循环、防泄露”等措施,构建覆盖塑料制品全生命周期的管理模式,引导全社会树立绿色消费理念,共同推动塑料制品减量消费、循环使用和再生利用。
(1)禁塑令:从源头总量角度,推动塑料的使用量,实现减少环境污染,温室气体减排,同时对需求侧、流通侧、供给侧进行压减。
(2)可降解塑料:通过原材料和工艺的替代,主要减少土壤污染;同时也可通过减少焚烧实现温室气体减排。
(3)再生塑料:减少废塑料的填埋和焚烧产生的温室气体,同时减少使用高碳原料等,实现温室气体减排。
塑料薄膜、塑料包装箱、塑料容器、日用塑料制品、塑料袋、塑料丝等等,质量参差不齐,统一回收再塑的过程中,可能因为原材料的差异,导致新产品在批次间存在较大的性能差异。此外,再生塑料因为生产环节较为复杂,生产成本较高,导致其价格高出原生塑料价格的 30%-50%,所以从起初的材料使用和制造环节就要更多考虑后续的回收再利用,再通过政策的约束,推动再生塑料渠道和产品的发展。
中国早在 1996 年就开始实行的国家标准《塑料包装制品回收标志》上所要求的塑料制品材质标志。这个标准主要目的是通过不同的标识区分塑料制品材质,以 便于回收。
再生塑料碳减排量=等量废塑料的填埋和焚烧产生的温室气体量+使用原油生产等量再生塑料产生的温室其体量-废塑料回收再生产为所排放的温室气体量
(5)废电子电器回收、汽车拆解、电池回收等
传统意义上的废电子电器指的是“四机一脑”,即废弃电视、电冰箱、空调、洗衣机和电脑。电子废弃物回收过程本身是不减排的,但回收可获得贵金属、钢铁、铜、铝、塑料和玻璃等再生材料,能替代相应原生材料的生产过程,进而达到碳减排的效果,属于间接减碳的范畴。
同理,汽车拆解、电池回收行为本身也并不能减排,但是可以从汽车、电池中获得金属资源或提高其利用效率,这些金属资源的再利用,或者排碳环节的减少可以促进循环经济和碳减排,亦是必不可少的过程。
各类再生资源产品以及过程的减排效率
各类可再生资源均具备一定的减排效益。如果这些废弃物得到妥善的处置,除了可以得到再生的钢、铝、纸等资源,更可以减少原生资源生产时的碳排放,助力实现“碳达峰”“碳中和”的目标。
再生资源再生利用率的提升对于实现减少碳排放会带来显著贡献。目前中国已经对上述再生资源产品进行了一部分的回收利用,根据再生资源信息网数据,2019年中国回收的废钢/废铝/废纸/废塑料量分别已达 2.34/0.07/0.5/0.19 亿吨,累计碳减排量约 11 亿吨 CO2e;未来随着碳中和碳达峰政策的持续推进和技术水平的稳步提升,我们认为各类再生资源回收率有望维持稳健提升态势,从而带来更大的碳减排贡献。经我们测算,主要再生资源产品废钢、废铝、废纸、废塑料的回收量每提升 10%(在 2019 年各类产品产量基础上,下同),可带来约 1亿 吨CO2e的碳减排增量;如果各类产品的回收率每提升 10 个 pct,可带来约4.52亿吨CO2e的碳减排增量;若各类产品回收率均达到 90%,累计碳减排量有望突破 40 亿吨 CO2e。
再生资源行业发展过程与碳减排方法论
废钢:需解决原料不足及电炉钢清洁用能问题
2020 年末工信部颁布了《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见(征求意见稿)》,其中明确提出到 2025 年(即“十四五”末)钢铁行业率先碳达峰。这就意味着未来数年钢铁行业既要兼顾建筑、基建、地产等产业的用材需求,也要考虑碳达峰目标的约束。除了优化产业产能,提高废钢的用量与电炉钢比重也成为一条潜在的减排路径。而“地条钢”虽然是以废钢为主要原料,但其品质低劣且有严重的安全隐患,故为国家所禁止。
2017 年中国废钢的转炉单耗为 128.2kg/t,电炉单耗为 660.6kg/t;电炉钢比重为 9.3%。那么当年的废钢比=(128.2*90.7%+660.6*9.3%)/1000=17.78%。
工信部提出到 2025 年电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至 15%以上,并力争达到 20%,废钢比达到 30%。截至 2019 年,中国的粗钢生产水平虽位居世界第一,但中国电炉钢比重为 11.2%,废钢比为 20.23%,与世界主要国家有着较大的差距。
废钢比一方面体现了内循环中循环经济推进的水平,另一方面也与中国外循环中业链地位和定价权密切相关。
(1)从全球产业链角度看,中国是制造业大国,既是钢铁制造大国,也是相应产品需求大国。铁矿石、废钢同可作为钢铁生产的原材料,中国原材料整体对外依存度较高,中国目前依然在通过整合中游制造端来减少对铁矿石的需求。
(2)在需求侧:废钢作为炼钢的原料之一,其价格是根据钢铁行业供需而波动。同时,废钢和铁矿石、生铁具有一定的替代作用,铁矿石价格较高时,钢厂对废钢的需求就会提升,钢厂会增加废钢的用量,但各家钢厂为了争夺废钢资源,也提高了收购价格。
2016 年开展的打击“地条钢”的行动和环保督察,对中频炉及散乱污进行了集中整治,虽然在一定程度抑制了地条钢使用废钢的需求,但也进一步鼓励了向电弧炉路线转变提升了废钢的需求,属于废钢需求侧优化的过程。
碳达峰、碳中和提出后,电炉(如果使用清洁能源)具有一定的减排效果,路线低碳化转变的过程中,会提升废钢的需求。
(3)在供给侧:2015 年的中央经济工作会议上,中央提出“三去一补一降”(去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板)五大任务,从 2016 年起,对钢铁行业整体进行了供给侧改革,拉动钢价上涨,原材料价格也水涨船高。
2018 年 12 月 29 日,生态环境部、商务部、国家发改委、海关总署联合发布关于调整《进口废物管理目录》的公告,将废钢铁、铜废碎料、铝废碎料等8个品种固体废物从《非限制进口类可用作原料的固体废物目录》调入《限制进口类可用作原料的固体废物目录》,自 2019 年 7 月 1 日起执行。限制废钢进口,进一步减少了废钢的供给,拉升废钢价格。
当然,随着中国内循环中循环经济水平逐步提升,有助于扩展废钢来源,提升供给,此外,如果中国对原材料定价权长期处于弱势地位,那么也可通过修改进口废/原材料目录来增加外循环中废钢的供给,这样可以降低原材料价格压力。
综上所述,废钢的价格和多方面因素相关:
1)受宏观经济景气度和钢价影响。
2)由于其替代作用受铁矿石等原料价格影响。
3)废钢若定性成固废,受进口 环保政策影响。
4)在碳达峰、碳中和背景下受电炉路线兴起影响。从渠道端看,如果废钢价格维持高位,也有利于废钢的回收,反之则不利。
废钢的来源可分为折旧废钢(即日常生活里报废器材中含有的钢铁)、钢厂自产废钢以及加工废钢。其中折旧废钢在废钢资源总量中所占的比例逐年增长,根据中国工程院黑色金属矿产资源强国战略研究专题组的研究,折旧废钢可利用量可以用社会钢铁蓄积量折算法得出,进而可以算出废钢资源总量。废钢产生率参考美国、日本、俄罗斯等国的数据取 2.5%,2030 年社会钢铁蓄积量预测为132.6亿吨,折旧废钢占比以 80%计,回收率以 90%考虑,则 2030 年社会废钢可利用量将达到约 3 亿吨。
2020 年末工信部长肖亚庆在 2021 年全国工业和信息化工作会议上表示2021年要坚决压缩粗钢产量,考虑到 2020 年中国粗钢产量达到 10.53 亿吨,假设2021年的产量为 10.5 亿吨,2025 年逐步收缩到 10 亿吨左右。
国内的废钢资源还不足以完全覆盖产钢需求。2021 年 1 月 1 日《关于规范再生钢铁原料进口管理有关事项的公告》正式实施,符合《再生钢铁原料》(GB/T39733-2020)标准的再生钢铁原料,不属于“洋垃圾”,可自由进口。这也意味着“十四五”期间我国欢迎国外高质量的再生钢原料进入中国,以保障废钢比提升与电炉钢发展,切实降低钢铁行业的碳排放。
电弧炉炼钢主要有以下三个碳减排效益:
(1)短流程替代长流程,可避免高炉炼铁过程中产生的大量二氧化碳。高炉炼生铁是“高炉-转炉”长流程中碳排量最高的部分,占比达到2/3。而在电弧炉炼钢的流程(尤其是“全废钢”)中,原本用于炼钢的生铁被废钢替代,减少了生铁冶炼过程的温室气体排放。
(2)原料端减排贡献大于能耗端。除去高炉炼铁的部分,转炉炼钢与电炉炼钢相比碳排放差距相对较小(无论是火电还是水电),这就意味着电炉钢减排原料端(废钢替代生铁)大于能耗端(水电替代火电)。
(3)新能源的运用将进一步提高减排效率。同样是电炉炼钢,使用火电与风电/光伏的单吨排放差距达到了 0.475 吨 CO2e。在我国“碳达峰”“碳中和”背景下,新能源发电将逐渐替代火力发电,释放电炉钢的减排效益。
根据假设,我们测算出在使用光伏/风力提供电力的情境下,生产 1 亿吨电炉钢的减排量为 2.55 亿吨 C02。假设碳价为 100 元/吨,带来的经济效益为100*2.55+(3000-2500)*0.7*1=605 亿元;在欧盟碳现货市场的碳价水准下,电炉钢的减碳的经济效益将突破 1200 亿元人民币;即使取折中的韩国碳价水准,经济效益也能达到约 580 亿元人民币。
再生铝:与新能源供给及电价市场化进度赛跑
目前,原铝的冶炼通过原料、氧化铝和碳阳极之间的还原--氧化反应完成,其中每个铝离子得到三个电子被还原成金属形态,而阳极的碳原子则被氧化成二氧化碳。反应式如下:
2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2
可以看出电解制铝工艺中的碳排量与铝的生产成正比关系,这是电解铝产生二氧化碳的一大来源。此外,由于电解铝需要耗费大量电力,现有状态下发电的间接排放是电解铝碳排放量中占比最大的部分。如果用清洁能源发电并用于电解,这一过程中的碳排放量将大大降低。
由于再生铝不经历电解过程,故其减排的主要贡献来自避免氧化铝精炼和电解过程中的二氧化碳排放。在铝行业总排放量中,这两项合计占到 91.22%,而废料回收与重熔占比不足 3%。当然,随着清洁能源在发电中使用比例的提高(尤其相对于煤电而言),电解铝的碳排放本身会大幅下降,从而会使得再生铝的替代效应减弱。
与钢铁行业不同,再生铝的生产与原铝生产之间的直接关联并不大:废铝不可以 再用于电解铝的生产,而是通过熔铸成为再生铝。
目前中国再生铝行业发展整体平稳有序,指导政策与国家标准相继出台。但是放眼全球,中国再生铝利用率偏低,2019 年再生铝产量占总产量的比重不到 17%,与世界平均水准有近 5 个 pct 的差距。总体而言,中国再生铝提升的空间十分广阔。
再生铝的主要原材料是废铝,根据废铝的来源将分为两类:新废铝和旧废铝。新废铝主要是铝在生产加工过程中产生的边角料、废屑等;旧废铝主要来自社会上回收的报废含铝材料。与钢铁行业不同,废铝与原铝冶炼的铝产品并不相同。ADC12铝合金是再生铝最主要的产品,适合缸体、气缸盖罩盖、传感器支架等制造;电解铝的产品则是铝纯度>99%的原铝(A00 铝)。
由于废铝不存在标准产品和全国性市场报价,这里选用中灵通网公布的广东佛山南海有色市场对破碎熟铝(90%-92%)的报价作为废铝材料的市场价格。根据我们的估算,中国废铝的市场价值在2019年达到约700亿元。而在产品端ADC12铝合金与A00 铝走势趋于一致,多数情况下二者价差在 1000 元/吨之内;而ADC12 则一般比废铝价格高出 4000-5000 元/吨。
此外,2017 年以来中国对包含废铝在内的“洋垃圾”实行了进口限制,废铝的进口量在逐年递减,预计“十四五”期间再生铝行业将主要依赖国内回收的废铝。
以上内容来源于“中国循环经济”