专题 | 镍：碳排量第二大的有色金属
镍产品碳排放量的核算：镍产品单位碳排放量在10-16吨二氧化碳当量，仅次于铝，为有色金属中单位产品碳排量第二高的金属。
1. 火法冶炼高镍铁：基于宝钢德盛和福建鼎信等单位编制的方法，我国红土镍矿冶炼高镍铁的碳排放系数为16.12，即每生产1实物吨高镍铁排放16.12吨二氧化碳，烧结、高炉和矿热炉三道工序分别占高镍铁生产过程碳排放量的12%、53%和35%。海外镍生产企业的实践结果与国内的排放标准相近，Eramet火法生产FeNi和NPI的碳排放系数为16，其中矿石冶金占47%，电力占32%，燃料占17%。
2. 湿法生产精炼镍：基于金川集团、新疆有色、吉恩镍业等单位编制的方法，国内硫化镍矿生产精炼镍的碳排放系数为10.19，备料、熔炼和吹炼环节碳排放量占60%，高镍硫精炼至电解镍占总能耗的40%。海外企业Sherritt湿法生产精炼镍的碳排放系数为10.53。
3. 火法生产精炼镍：海外镍生产企业BHP以火法生产精炼镍的碳排放系数为12.86，其中燃料消耗占70%，电力消耗占30%。
镍产品碳排放量的比较：
1. 镍铁的碳排放量高于精炼镍。从实物吨角度来看，生产镍铁的碳排放系数高于精炼镍，而且镍铁中含镍量远低于电解镍的含镍量，如果我们计算每个金属吨镍的碳排放量，那么镍铁的碳排放量将是电解镍的16倍以上。
2. 精炼镍生产中火法工艺的碳排放成本高于湿法工艺。以海外的火法项目碳排放系数12.86，湿法项目碳排放系数10.53为例，火法和湿法工艺按照每生产一吨电解镍差异2.33吨二氧化碳，2021年1-5月，欧盟市场排放配额均价为41.9欧元/吨计算，海外生产火法和湿法的碳排放成本差异为97.627欧元/吨（760人民币元/吨）。
3. 国外生产镍产品的碳排放成本远高于国内。国内外碳排放权价格差异较大，2021年1-5月，天津碳排放市场均价为25.57元/吨，欧盟市场排放配额均价为41.9欧元/吨，按照每吨镍产品排放10吨二氧化碳计算，海外每生产一吨镍产品的碳排放成本比我国高出3000元/吨。
碳排放权实施初期以免费配额为主，对镍生产成本的影响较小，随着配额有偿化将抬升镍生产企业的生产成本，按照全额征收碳排放计算，一吨镍铁碳排成本为412元/吨，一吨电解镍的碳排成本为261元/吨，对镍铁生产企业的利润影响较大。
在碳中和、碳达峰的背景下，生产企业适应低碳转型之路。对于镍的供应商来说，其与电力、钢铁、电解铝等行业相同，在电解镍、FeNi和NPI等镍产品的生产过程中释放大量温室气体，但是镍与这些高耗能的品种亦不同，碳减排对镍既是挑战，又是机遇。一方面，供应端可能受到碳排放的总量约束，无偿碳排放向有偿碳排放过渡中亦会催生成本压力；另一方面，得益于新能源汽车需求与高镍电池的转型，释放大量对镍的新增需求。
我们将在镍碳中和系列报告中，分别阐述在镍在碳减排背景下的碳排核算、碳成本和供应变局，以及在新能源背景下，电动汽车渗透以及电池技术路线变革对镍需求的影响。
01 国内：镍生产能耗的行业标准及产业链概况
在镍产品的生产过程中，碳排放的核算范围有3处。范围1为生产过程的直接排放，主要是经营资产的运货卡车消耗的燃料排放，以及经营过程中生产煤炭的排放。范围2是外购燃料的间接排放，包括购买电力、蒸汽、热量或冷却产生的间接排放。范围3为上下游的间接排放，主要包括上游购买的货物和服务、燃料和能源、上游运输和配送、商务旅行、员工通勤和下游运输和配送、下游客户加工所购镍产品的排放。全球对碳排放的核定边界思路吻合，碳排放企业均以此思路核算碳排放量，为我们进行跨国对比提供基础。
1.1 红土镍矿冶炼高镍铁的碳排放系数为16.12
以红土镍矿为原料冶炼不锈钢过程中，高镍铁的单位产品综合能耗核算为6200千克标准煤，每生产1实物吨高镍铁排放二氧化碳16.12吨，该核算结果基于宝钢德盛和福建鼎信等单位编制的方法。
高镍铁的碳排放量的核算分为三段工序。第一，烧结工序从烘干、石灰混拌、熔剂、燃料破碎开始，经配料、原料运输、工艺过程混料、烧结机、烧结矿破碎、筛分等到成品烧结矿皮带机离开烧结工序为止，烧结工序下烧结矿的单位能耗为150千克标准煤。烧结矿按照1.6%品位，高镍铁按照8%品位换算，烧结工序下高镍铁的单位能耗约为750千克标准煤。
第二，高炉工序包括原燃料供给、鼓风、热风炉、煤粉干燥及喷吹、高炉本体、冲渣等工艺，高炉工序后低镍铁的单位能耗为650千克标准煤，与烧结矿换算公式一致，高镍铁在高炉工序的单位能耗约为3250千克标准煤。
第三，矿热炉工序将低镍铁水加工至高镍铁，涵盖原燃料供给、干燥窑、回转窑、矿热炉及喷煤、冲渣等步骤，高镍铁水的单位能耗约为2200千克标准煤。
烧结、高炉和矿热炉三道工序分别占高镍铁生产过程碳排放量的12%、53%和35%，高镍铁的单位产品综合能耗合计为6200千克标准煤，按照每吨标准煤排放2.6吨二氧化碳计算，生产高镍铁的综合能耗系数为16.12。以上的计算中包括了辅助生产系统所需能耗，包括诸如生产管理及调度指挥系统、机修、化验、计量、水处理、动力、除尘和脱硫等环保设施消耗的能源量。
图 1:以红土镍矿为原料冶炼不锈钢企业的产品能耗
资料来源：福建省工业和信息化厅，国泰君安期货产业服务研究所
1.2 硫化镍矿生产精炼镍的碳排放系数为10.19
电解镍冶炼中单位综合能耗3920千克标准煤，按照每吨标准煤排放2.6吨二氧化碳计算，电解镍碳排放系数为10.19，该核算结果基于金川集团、新疆有色、吉恩镍业等单位编制的方法。
从构成来看，从备料生产焙砂和熔炼吹炼生产高镍硫的综合能耗约为2371千克标准煤（按高镍硫品位35%，精炼镍99.96%计算），前序环节碳排放量占总体的60%，后序高镍硫精炼至电解镍能耗1550千克标准煤，占总能耗的40%。
图 2:处理硫化镍精矿的镍熔炼、镍精炼企业的产品能耗
资料来源：国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司，国泰君安期货产业服务研究所
从我国企业的核算结果来看，国内企业以红土镍矿冶炼高镍铁的碳排放系数为16.12，硫化镍矿生产精炼镍的碳排放系数为10.19。
02 海外：镍供应商的实践经验
碳排放在我国实体企业生产经营中尚处于理论阶段，缺乏实际经验，海外发达国家尤其是最早推行碳减排的欧洲、美洲地区，镍企执行了较为严格的碳排放监测与成本分担措施。
2.1 火法生产高冰镍及精炼镍（BHP）的碳排量为12.86
BHP（必和必拓）Nickel West工厂位于澳大利亚，采用火法工艺生产高冰镍，所产的高冰镍产品自用于生产精炼镍（豆）。2020财年Nickel West可销售镍产品达8.01万金属吨，温室气体排放总量为104万吨二氧化碳当量，其中直接排放温室气体49万吨，间接排放温室气体55万吨。2020年，镍生产的碳排放系数为12.86，即每生产1吨镍将排放温室气体12.86吨二氧化碳当量，其中燃料消耗（煤和焦炭、天然气、汽油）占70%，电力消耗占30%，2019年碳排放系数为11.21。
图 3:BHP经营性温室气体排放系数12.86
资料来源：公司官网，国泰君安期货产业服务研究所，单位：千吨二氧化碳当量、千金属吨
图 4:BHP经营活动的能源消耗
资料来源：公司官网，国泰君安期货产业服务研究所，单位：PJ
2.2 湿法生产精炼镍（Sherritt）的碳排放量为10.53
Sherritt以每周7天，每天24小时的频率采集空气质量数据，这种核算方法相对于企业上报数据的方式更加可靠与透明。2019年，Sherritt共排放温室气体101万吨，扣除其油品日产4175桶的二氧化碳排放66.14万吨（计算方法：4175桶*365天*158.98升/桶*2.73kgco/KG）=66.14万吨二氧化碳），以3.3108万吨镍产量计算，吨镍的碳排放系数为10.53。Sherritt工厂中，购电产生的间接排放量低于直接排放量，直接排放占到88%以上，这与其在古巴当地大量发电有关，从而减少了电力外购的碳排放量。
图 5:Sherritt温室气体排放量
资料来源：公司官网，国泰君安期货产业服务研究所，单位：千吨二氧化碳当量
2.3 火法生产FeNi和NPI（Eramet）的碳排放量为16
2018年Eramet镍产量5.9万吨，锰矿产量700万吨，2018年温室气体排放量为410万吨二氧化碳，1吨锰按0.45吨二氧化碳计算，每单位镍产量温室气体排放系数16。与Sherritt相似，由于无碳电力的比例很高，与电力相关的间接排放量很低。温室气体排放物产生于：（1）矿石火法冶金占47%，目前没有经济可行的替代技术解决方案；（2）外购电力占32%，可通过低排放技术改良，特别是液化天然气工厂和太阳能发电厂；（3）外购燃料占17%。
图 6:Eramet火法冶金的温室气体排放比例
资料来源：公司官网，国泰君安期货产业服务研究所
2.4 海外碳排放改进与成本分担措施
海外镍供应商为满足当地排放要求，减少碳排放成本，设立中长期碳减排目标、购买碳信用、通过建造装置对碳排放进行优化，诸多举措均为镍生产的低碳化提供支持。
与国内不同，海外企业一般均设立了减排目标。以BHP Nickel West为例，其短期目标为：到2022财年，将排放量保持在2017财年或以下，中期目标为：到2030财年，在2020财年的基础上至少减少30%的排放量，长期目标为：到2050年实现净零排放目标。海外企业通过设定碳排放目标一方面满足所在地区对碳排放政策的要求，另一方面则是通过减少单位产品的碳排放量来增加产量，降低生产成本。
图 7:Nickel West为温室气体排放设置了短中长期目标
资料来源：公司官网，国泰君安期货产业服务研究所，单位：千吨二氧化碳当量
在生产实践中，当超过碳排放上限或者未达到当地的碳排放要求时，企业通过碳信用来覆盖超出的碳排。2019年，Sherritt曾购买过1.7万吨的碳信用用于Fort Site矿区的超额碳排，碳信用来自于气动装置节能减排（783吨）、碳信用解决方案Tillage Project #24（10000吨）和Soderglen风电场项目（6217吨）。企业虽然可以通过碳信用的方式获得更多碳排放权，但是与此同时也负担了较大了成本。
企业亦在通过改进装置来减少碳排放量。Eramet挪威公司与能源生产系统公司（Clarke Energy）签署协议，建造能源回收装置（ERU）回收熔炉排放的气体，以产生电能和热能。Eramet Doniambo工厂通过改进冶炼炉的冷却水系统，降低耗电量110亿瓦时以上，节省了约140万欧元。Sherritt Moa镍厂通过改良气体收集的管道的密封性，以减少硫酸厂中H2S气体排放。
03 总结：镍产品碳排放的核算与比较
3.1 镍产品单位碳排放量在10-16吨二氧化碳当量
镍产品单位碳排放量在10-16吨二氧化碳当量，仅次于铝，为有色金属中单位产品碳排量第二大的金属，铝在我们前期的测算中为15.6。
1. 火法冶炼高镍铁：基于宝钢德盛和福建鼎信等单位编制的方法，我国红土镍矿冶炼高镍铁的碳排放系数为16.12，即每生产1实物吨高镍铁排放16.12吨二氧化碳，烧结、高炉和矿热炉三道工序分别占高镍铁生产过程碳排放量的12%、53%和35%。海外镍生产企业的实践结果与国内的排放标准相近，Eramet火法生产FeNi和NPI的碳排放系数为16，其中矿石冶金占47%，电力占32%，燃料占17%。
2. 湿法生产精炼镍：基于金川集团、新疆有色、吉恩镍业等单位编制的方法，国内硫化镍矿生产精炼镍的碳排放系数为10.19，备料、熔炼和吹炼环节碳排放量占60%，高镍硫精炼至电解镍占总能耗的40%。海外企业Sherritt湿法生产精炼镍的碳排放系数为10.53。
3. 火法生产精炼镍：海外镍生产企业BHP以火法生产精炼镍的碳排放系数为12.86，其中燃料消耗占70%，电力消耗占30%。
3.2 镍铁碳排>精炼镍，火法>湿法，海外>国内
1. 镍铁的碳排放量高于精炼镍。从实物吨角度来看，生产镍铁的碳排放系数高于精炼镍，而且镍铁中含镍量远低于电解镍的含镍量，如果我们计算每个金属吨镍的碳排放量，那么镍铁的碳排放量将是电解镍的16倍以上。
2. 精炼镍生产中火法工艺的碳排放成本高于湿法工艺。以海外的火法项目碳排放系数12.86，湿法项目碳排放系数10.53为例，火法和湿法工艺按照每生产一吨电解镍差异2.33吨二氧化碳，2021年1-5月，欧盟市场排放配额均价为41.9欧元/吨计算，海外生产火法和湿法的碳排放成本差异为97.627欧元/吨（760人民币元/吨）。
3. 国外生产镍产品的碳排放成本远高于国内。国内外碳排放权价格差异较大，2021年1-5月，天津碳排放市场均价为25.57元/吨，欧盟市场排放配额均价为41.9欧元/吨，按照每吨镍产品排放10吨二氧化碳计算，海外每生产一吨镍产品的碳排放成本比我国高出3000元/吨。
碳排放权实施初期以免费配额为主，对镍生产成本的影响较小，随着配额有偿化将抬升镍生产企业的生产成本，按照全额征收碳排放计算，以2021年1-5月，天津碳排放市场均价25.57元/吨计算，一吨镍铁碳排成本为412元/吨，一吨电解镍的碳排成本为261元/吨，对镍铁生产企业的利润影响较大。
国泰君安期货
有色金属高级研究员
邵婉嫕
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>>以上内容选自国泰君安期货已经发布的研究报告《镍：碳排量第二大的有色金属》，发布时间：2021年6月1日。
文章来源：国泰君安期货产业服务研究所