DNV：2024印度尼西亚镍工业的脱碳报告

领衔作者： Dr. Sofia Hazarabedian, 氢能和碳捕集、利用与封存，珀斯；Dr. Keelan O'Neill, 氢能和碳捕集、利用与封存，珀斯；Natasha Witto，能源市场和战略，新加坡 白皮书 目录 执行摘要 04 缩写 05 1. 引言 07 2. 镍行业概述及印尼背景 09 2.1 镍工业的历史与未来092.2 印尼镍业112.3 镍加工路线和碳足迹122.4 印度尼西亚能源供应和减排选项162.5 绿色和低碳能源选项18 4.1 原位（棕色）项目案例284.2 新建项目案例分析30 5. 结论与下一步计划 33 36参考文献 高管总结 印度尼西亚在镍工业中是一个重要参与者，拥有全球超过20%的镍储量和35%的全球镍产量，2023年处理了100万吨镍矿石。3近年来，印度尼西亚政府限制低级镍出口的措施刺激了国内精炼能力的快速扩张和更高附加值的出口。 然而，这个能耗密集型行业的增长得到当地 captive coal-firedpower plants 的强烈支持，导致排放增加，这与印度尼西亚的净零排放目标和全球电池供应链的可持续性不符。认识到镍在脱碳中的作用，本研究探讨了镍行业脱碳的解决方案，并概述了实施路线图。 评估以确定脱碳的最优路径。 本研究提出了两个概念案例，说明了技术在去碳化镍加工路线中的作用。第一个案例聚焦于一个现有的RKEF工厂，提出了如连接电网、开发可再生能源供电和用可持续来源的生物燃料替代煤炭等步骤。这些行动有可能在20年内将排放量减少约2040 kt-CO e/年，相当于 印度尼西亚主要的镍加工路线包括热金属学旋转窑电炉（RKEF，44座冶炼厂）和新兴的高压酸浸提技术（HPAL，三家工厂）。RKEF工艺将红土镍矿精炼成用于不锈钢的镍铁，而HPAL针对褐铁矿以生产高纯度镍，主要用于电动汽车电池。这两条路线都依赖于化石燃料，RKEF每吨镍金属排放54吨二氧化碳当量。2 每年淘汰45万辆汽油动力汽车。第二个案例探讨了新建HPAL工厂的发展，旨在实现零直接或基于电力的排放。关键步骤包括热集成、可再生能源系统和更换中和剂。这些措施理论上可以使建筑过程中的排放为零，相比之下，使用化石燃料发电的常规HPAL工厂每年排放的CO2e量为589 kt-CO e，类似于2 从道路上移除13万辆汽油动力汽车。 HPAL 20 tCO eq. 通过两种工艺路线实现脱碳2对于印度尼西亚可持续镍加工的未来至关重要。 各种技术解决方案在很大程度上已经存在，以支持印度尼西亚镍厂的脱碳，范围从优化工艺效率到引入绿色能源技术。成本和相关商业挑战阻碍了其广泛应用，因此初步努力必然必须集中在易于实现的目标解决方案上。这些可能包括太阳能光伏、电化学电池储能系统（BESS）、抽水蓄能（PHES）和工业热泵。技术的选择取决于能源需求、工厂位置和技术适宜性等因素。每种情况都需要定制化 监管和政策机制对于激励镍加工厂未来去碳化努力至关重要，并引入了几个概念： •加强 captive coal-fired power plant (CFPP) 的监管以确保镍加工设施有可靠的可再生能源供应，可能通过工业碳税或碳交易体系实现。•为可再生能源和低碳炼制技术提供资本融资。 •建立绿色镍原产地保证制度。 缩略语 1. 引言 随着全球致力于实现净零排放，清洁能源技术的采用至关重要，预计将显著增加。1这些技术高度依赖关键矿产和金属，例如铜、锂、镍、钴和稀土元素。 这些金属的需求因它们在电气化中的关键作用以及促进低成本规模化和能源存储技术创新的潜力而不断增长。印度尼西亚是全球主要的镍供应国，并且在该领域拥有强大的项目开发pipeline。然而，目前镍产业的发展与 captive coal power plants的扩张密切相关，镍产业的温室气体（GHG）排放强度也在不断增加。 这份白皮书概述了对了解印度尼西亚镍行业脱碳的机会和挑战的分析，包括： 1 当前及未来镍行业与市场的概述，包括对印度尼西亚自备煤矿电厂作用的分析。 这种对煤炭的依赖对印度尼西亚的脱碳目标构成了重大威胁。此外，在镍加工设施中使用煤炭发电间接地威胁和扰乱了全球镍供应链，这由2024年2月全球镍价崩盘得以体现。由于全球镍商品价格大幅下跌，市场动态发生了变化，导致澳大利亚等国家低温室气体排放强度生产者的关闭，转而采用与 captive coal power 紧密相关的低成本、高温室气体排放强度的印度尼西亚供应。 一项与印度尼西亚背景相关的技术评估，该评估探讨了镍加工路线和脱碳方法，包括能源生成和存储，以及化学还原的需求。 3 两个假设案例研究被探讨，突出了现有和未来镍加工厂实现脱碳的机会。这些案例研究首先考虑了印度尼西亚苏拉威西岛（用于不锈钢生产的第2类镍）的一个现有棕色田火法冶金厂，其次考虑了北马鲁古（用于电池工业的第1类镍）的一个新绿色田水法冶金厂。 本白皮书的初步目标是全面了解煤炭在镍产业中的作用，并制定具有竞争力的脱碳解决方案，以逐步减少温室气体排放。 2 镍行业概述及印尼背景 镍行业概述及印度尼西亚背景 2.1 镍工业的历史与未来 镍是一种银白色的金属，是超过3000种合金的关键组成部分，包括广泛使用的不锈钢。它的多样应用涵盖建筑、化学工业、汽车零部件、日用品、科学设备、管道和飞机引擎。镍是支持电气化多种关键金属之一，尤其是在锂离子电池生产中作为关键原材料，对电动汽车（EVs）和大规模电池储能系统（BESS）尤为重要。预计到2040年，电动汽车和电池存储将成为镍的主要终端用途。 截至2022年1月，全球镍储量为95 Mt，其中70.3 Mt分布在印度尼西亚、澳大利亚、巴西、俄罗斯和菲律宾。3镍存在于两种类型的矿床中：镍红土和镍硫化物。采矿后，镍矿石经过处理以提高镍含量，通常从1-4%增加到10-99%的浓度。尽管世界上70%的镍资源以镍红土的形式存在，但世界上60%的镍产量来自镍硫化物（图1）。由于与镍硫化物相比，镍红土矿石需要经过密集的水冶处理，这涉及到高调的技术和商业挑战，因此通常更倾向于选择镍硫化物。 镍产品通常被分为两大类（图1）： • 一类镍指的是镍纯度大于99.8%的高品质产品。4,其在（不锈钢）钢铁合金、非铁合金和电池技术中有主要应用，其中高性能镍至关重要。 镍资源和产品细分。改编自Konig 生产第1类或第2类镍的决定，以及选定的加工路线，高度依赖于可获取镍资源的特性。这是因为可用资源的成分，连同最终产品的所需纯度和成分，强烈影响着加工路线的可行性和商业竞争力。图2总结了与每种镍矿床对应的生产路线、镍产品等级和最终用途。 • 二级产品（镍含量<99.8%）包括铁镍合金和镍铁（NPI）产品，常被用作不锈钢生产中的合金金属，代表了镍的最大消费量。 镍市场目前年市值超过200亿美元，主要由不锈钢生产驱动，其需求量占总镍需求的三分之二以上。5镍工业正准备经历一次重大转型，新的对一级镍的需求作为实现能源转型和应对气候变化技术的原材料。麦肯锡公司的预测显示：5 2020年预测，需求将从220万吨增至2030年的约350万至400万吨，可能导致镍市场出现约束。主要增长动力和潜在的供应限制将是用于电动车电池行业的一级镍。预计到2040年，对镍电池的需求将与不锈钢的需求持平。相比之下，二级镍市场预计将经历较低的增长速度，预计不会出现对需求的显著限制。 一类镍目前主要来源于经过火法冶金工艺路线的硫化矿，其中一小部分来自褐铁矿（图2）。硫化矿资源的稀缺可能导致一类镍的短缺，促使人们探索通过高压酸浸出（HPAL）路线加工的广大褐铁矿资源，这是一种水法冶金加工途径（图2）。HPAL与传统的工艺路线在本质上存在差异。 与第2.3.2节中讨论的火法冶金方法相比，虽然HPAL方法具有潜力，但在安全、大规模且低成本地成功开发I类镍方面仍存在不确定性。这些不确定性源于历史上行业所面临的挑战，如资本支出超支、延误、难以达到设计产能，以及在当地社区和环境中的影响，以及其他可持续性关注问题。此外，利益相关者对原材料来源的担忧正促使电动汽车制造商及其客户优先考虑可持续、低碳强度且道德来源的材料。 2.2 印尼镍业 印度尼西亚占全球镍矿储备的20%以上，并且自2017年以来一直是全球最大的镍矿生产商。印度尼西亚的镍矿床和运营中的矿山主要分布在南苏拉威西和北苏拉威西、马鲁古和西巴布亚（图3）。印度尼西亚已知的镍资源仅由红土镍矿组成，几乎没有硫化矿。红土镍矿床靠近地表，采用露天开采方法开采。红土镍矿床通常包含低等级的赤铁（浅部）和高等级的高岭土（深层）区域7. 赤铁矿带主要含有铁氧化物（例如针铁矿和赤铁矿），因为可移动的粘土成分（例如镁和二氧化硅）已被淋溶。在赤铁矿带下方形成的风化壳层含有更高比例的粘土（例如硅酸盐、氧化镁）。赤铁矿带含有约0.8% - 1.5%的镍，而风化壳层含有1.5% - 3%的镍。由于层状侵蚀，赤铁矿带也可能不存在。8. 在过去的几十年里，印度尼西亚一直是镍矿的重要出口国，主要向中国冶炼厂供应。9通过2009年至2019年间实施的连续政策，印度尼西亚政府在2022年4月底以来逐步禁止了镍矿出口，要求在出口前在国内进一步加工镍。该政策的目标是加强国内加工设施，将镍供应链的附加值带回印度尼西亚经济，并刺激印度尼西亚的就业创造和经济发展。这一策略引发了印度尼西亚火法冶金熔炼厂的大量建立，主要受到大量中国投资驱动。自2016年至2023年，镍冶炼厂数量增加了500%，每年共同加工2100万吨风化壳和2300万吨赤铁矿。正在进行的扩张包括目前在建的25座熔炼厂和28座处于规划阶段的熔炼厂。从地理上看，这些熔炼厂战略性地位于镍矿附近，覆盖了东南苏拉威西、中苏拉威西和北马鲁古等地区，并计划进一步扩大到爪哇（图3）。 镍矿石的矿物特征在选择工艺路线方面至关重要。风化岩矿石通常采用火法冶金工艺进行精炼，以生产铁镍或NPI（即第2类产品，见图2）。褐铁矿矿石通常采用水法冶金工艺（即HPAL，见图2）处理，以生产第1类镍。由于伴生矿含量高（例如，氧化镁和硅酸盐），风化岩矿石不利于采用水法冶金工艺处理。这些成分通过酸浸出法去除，而风化岩中的高浓度通常需要大量的酸，使得该工艺不具经济效益。 印度尼西亚也生产镍阳极和镍硫化物，属于一级镍类别。镍阳极是通过火法冶金方法获得的，来源于镍含量超过1.9%的镍矿石。镍阳极的制造工艺与铁镍和NPI的制造工艺相似。镍硫化物是通过水法冶金工艺（HPAL）从低品位赤铁矿中生产的。目前有三个正在运营的HPAL炼厂，另外六个正在建设中，还有十个处于规划阶段。 镍熔炼精炼炉的激增导致了高品质镍矿储量的开采显著增长。当前预测显示，随着正在进行的和计划中的熔炉扩张，印度尼西亚可能在15年内耗尽其已发现的镍红土矿资源。这引发了印度尼西亚政府和镍行业的担忧，关于镍矿石供需平衡以及可能引发全球镍大宗商品市场不稳定。为此，印度尼西亚能源和矿产资源部（MEMR/ESDM）正在考虑对第二类镍熔炼厂的开发实施限制。目标是为现有熔炼厂确保充足的镍矿石供应，保证其持续运营，并通过优先生产高价值的第Ⅰ类镍产品，优化镍资源的利用。结合预计的电池应用中第Ⅰ类镍的供需差异，对采用HPAL技术从经济上提取和加工镍矿石至所需等级的需求更加迫切。因此，尽管最初强调的是火法冶金，但预计印度尼西亚的HPAL工厂将迅速扩张。 印度尼西亚镍提炼行业的快速发展讽刺地依赖于对自备煤炭发电站的日益依赖。尽管电动汽车过渡的主要目标是为了降低汽车行业的碳足迹，但印度尼西亚的镍提炼过程却极为碳密集。该国的工业园区主要依赖自备煤炭发电站所提供的能源，而这种能源并未包含在国家“公平能源转型伙伴关系”报告中，该报告显示政府计划到2030年使可再生能源占国家电力构成的44%。随着对电动汽车/储能电池(EV/BESS)中镍的需求增加，降低镍工业的碳排放变得至关重要，以确保其生产不会导致与这些技术试图解决的根本问题相同的