一、前言
鋁業為歐盟重要經濟部門，2018年收益為400億歐元，亦涉及汽車工業、建築業、包裝、航空、航太和能源運輸等產業。鋁業涵蓋從鋁礬土 (bauxite)開採精煉(refining)成氧化鋁(alumine)，再透過熔融電解成液態金屬鋁，到冶煉(smelting)成各種合金材料、零件或產品，最後進入回收再製的各階段，皆需要大量的能源消耗(圖一)。其中氧化鋁精煉、陽極生產(anode production)和鋁冶煉等核心初級生產製程幾乎占鋁業直接CO 2排放量的85%，其餘則來自廢料回收處理及半成品加工(semi-finishing processe)過程 ^[1]。2022年歐盟原生鋁(primary aluminium)總產量為192萬噸，直接排放達275萬噸的CO2e。未來亟需減少鋁業二氧化碳排放，以實現歐盟到2030年減少至少55%溫室氣體(GHG)排放量，到2050年實現氣候中和之氣候目標，並保持在全球化產業中的競爭力。

因此，歐盟聯合研究中心(Joint Research Centre, JRC)於報告中分析歐盟鋁業現況，列出可應用於鋁業的脫碳技術及其運作技術成熟度(Technology Readiness Level, TRL)，作為產業實踐脫碳之參考。

二、鋁業脫碳技術
鋁業碳排放量主要來自電力消耗(65%)、直接製程排放(15%)、熱能需求(11%)以及和其他來源間接排放(9%)，報告歸納鋁業主要3個脫碳途徑：電力脫碳、直接排放脫碳，以及提高資源效率。

(一)電力脫碳（間接排放脫碳）
鋁冶煉過程中所消耗的電力碳排放(間接排放)，占鋁業碳排放的一半以上(55%)，未來可透過潔淨能源來源逐步淘汰化石燃料，或採用碳捕獲、利用與封存(carbon capture, utilisation, and storage, CCUS)技術進行脫碳。

(二)直接排放脫碳
鋁業製程碳排放主要來自燃料燃燒、冶煉廠能源消耗、運輸和原料的碳足跡，根據2022年資料，鋁業約16%碳排放量來自精煉氧化鋁、陽極處理製程、鑄造、重熔和回收等製程中的直接燃料燃燒。因此，在上述製程中使用低碳電力有助於促進鋁業脫碳，亦可採用綠氫、聚光型太陽能以及CCUS等替代方案；另外，鋁業約10%的排放量直接來自冶煉(和精煉)過程，目前正透過研發新興電化學技術，例如：採用惰性陽極的電解製鋁技術，在鋁生產過程中排放氧氣而非二氧化碳。

1.惰性陽極Inert anodes（TRL 4-5）
惰性陽極技術主要是在取代傳統碳陽極的技術，以在鋁電解過程中減少二氧化碳直接排放，具有較高的減碳潛力。惰性的陽極材料在電解質中具備低溶解度和低反應性的特點，可不受反應溫度影響保持物理和化學穩定，並具有較高的機械強度。惰性陽極技術可節省消耗性碳陽極成本，包括節省資本成本、原料成本和陽極製造費用，其電解槽資本成本可降低10% ~30%，進而減少營運成本。目前惰性陽極技術已進行前導試驗，2種潛在的陽極類型具實施可行性，分別為金屬和陶瓷合成的金屬陶瓷導電電極，如：NiFe2O4、NiO、Cu、Ag；以及由鎳、鐵和銅合成的金屬陽極。

2.採用氫氣進行工業加熱（TRL 7-9）
混和氫氣與天然氣用於工業加熱，可減少氧化鋁生產的碳足跡。目前採用氫氣的主要障礙為生產成本：未進行碳捕獲的灰氫，生產成本約為1.5歐元/公斤；結合碳捕獲技術生產的藍氫，生產成本約為2歐元/公斤；由再生能源生產的綠氣，生產成本則為3~5歐元/公斤。然而，氫能委員會預估到2030年，綠氫成本降幅可高達30%，達到1.40~ 2.30歐元/公斤。

除了氫氣的成本障礙外，運輸和儲存等必要的基礎設施，尚需仰賴地方、國家和國際各級政府共同合作。

3.CCUS（TRL 7-9）
CCUS技術則是可直接捕獲精煉和冶煉過程中排放的二氧化碳，並被運輸、再利用於其他產業或永久儲存於地下。在原生鋁生產中，主要透過吸收二氧化碳的溶劑捕獲煙道中的碳排放。在碳封儲方面，常見的做法為將二氧化碳注入地下深處的多孔岩石層中，例如：深層鹽層或涸竭型舊氣田，其中涸竭型舊氣田碳封存目前正在進行TRL 5-9的前導試驗。

由於商業化部署CCUS需初期投資相當高昂，加上鋁冶煉廠排放的煙道中二氧化碳濃度較低，約1~1.5%(燃煤電廠的二氧化碳濃度可高達13.5%)，導致每噸二氧化碳碳捕獲成本遠超過100歐元。因此，為降低成本，冶煉廠需要採取相關措施，例如：重新設計電解槽降低二氧化碳逸散，或在碳捕獲之前壓縮煙道中二氧化碳，將二氧化碳濃度提高到4%以實現高效碳捕獲。

4.直接電氣化
鋁業可在氧化鋁精煉過程的電氣化來取代傳統燃燒製程，滿足氧化鋁生產的能源需求，減少碳排放，並提高氧化鋁精煉過程的整體能源效率。此外，電力亦可取代傳統燃氣爐作為鑄造鋁的熱源，進而減少碳排放。

5.其他製程改善
(1)廢餘熱回收Waste heat recovery（TRL 7-9）
目前鋁冶煉過程中，約30-45%的熱量會隨著廢氣排出，市場上已有多家企業針對鋁業提供能源調變、殼管式熱交換器，以及熱導管等商業化技術，進行廢餘熱回收。

(2)低溫分解Low temperature digestion（TRL 9）
透過在較低溫度下加工鋁礬土，可降低鋁業碳排放。低溫分解技術已具技術可行性，並可應用於氧化鋁精煉廠中。

(3)流化床煅燒爐Fluidized bed calciners（TRL 9）
在精煉氧化鋁製程中，採用流化床煅燒爐較傳統的迴轉式煅燒爐具備更高的能源效率，最高可降低30-35%的能源成本，且流化床煅燒爐技術已相當成熟，目前許多鋁業者已採用此項技術。

(4)用於中溫及低溫製程的電鍋爐Electric boilers for low‑ and mid‑heat processes（TRL 4-5）
使用電鍋爐取代傳統由化石燃料驅動的鍋爐，為鋁業最直接的減排技術之一，其商業化部署的限制在於需有具備成本效益的再生能源電力。

(5)機械式蒸汽再壓縮Mechanical vapour recompression（TRL 7-8）
機械蒸汽再壓縮(Mechanical Vapour Recompression, MVR)技術透過回收蒸汽中的廢熱並引導到壓縮機中，提高其壓力和溫度，以重複利用蒸汽，進而達到節省能源之效益。此技術主要可應用於氧化鋁精煉，並採用再生能源電力取代化石燃料鍋爐蒸汽。目前澳洲鋁業公司(Alcoa of Australia Limited)已部署1個示範計畫，以驗證此技術的可行性。

(6)氧化鋁碳熱還原Carbothermic reduction of alumina（TRL 7-8）
氧化鋁的碳熱還原技術使用碳(或焦炭)作為還原劑，從氧化鋁中提取鋁，採用此技術可節省約34%能源使用，其反應如下：Al2O3 + 3 C → 2 Al + 3 CO。

(7)低溫電解Lower electrolysis temperature（TRL 7-8）
現行製程中鋁的電解溫度高達960°C，然而鋁的熔點溫度為660°C，理論上，將電解溫度降低至熔點溫度左右生產每噸鋁可減少約1-1.5 MWh的電力消耗。

(8)新冶煉技術New smelter technologies（TRL 7-9）
透過研發新冶煉技術提高成本效益，可降低最終產品的碳排放強度。例如，結合數位孿生、分散式感測、穩定流場及溫度，以及無塵操作電解等技術，可提高整體製程效率，進而降低了營運成本和碳排放。

(三)提高資源效率
鋁金屬為易於回收再利用的資源，報告中估計到2050年，鋁製品廢料回收量將增加到6,000~7000萬噸，尤其建築和汽車等領域的廢品回收率可高達90%以上。若實現近100%的回收率、強化廢料分類、減少生產廢料及金屬損失，有望在2050年前減少20%全球原生鋁需求及每年約3億噸的二氧化碳排放。

目前鋁製品的回收挑戰在於廢鋁價格，與原生鋁價格和回收成本緊密相關，例如：2019年的廢鋁的回收成本約為每噸920~1,160歐元，而廢鋁價格約為每噸 772~1,500歐元，原生鋁期貨價格約為每噸2,215歐元。未來可透過提升鋁製品的回收率、加強廢料分類等方式，降低原生鋁需求，政府亦需制定支持性的政策框架，促進循環激勵投資循環性的產品設計，以及實踐回收。

三、結論
報告中所列的脫碳技術成本將隨著技術日漸成熟逐步降低，其中CCUS屬技術成熟度高，但經濟可行性較低之應用；而惰性陽極技術則處於早期階段，尚未達可商業化部署的階段。另外，每採用一噸再生鋁可降低6.55噸二氧化碳排放量。未來鋁業脫碳需同時採取多元策略，結合技術創新、政策支援、產業合作和提升消費者意識，致力於開發並實施低碳及碳中和技術、增加再生能源使用、推動研發新材料和技術，並納入利害關係人參與，共同推動鋁業脫碳的永續發展。

[1] IEA(2023.07). https://www.iea.org/energy-system/industry/aluminium