中欧镁碳中和全产业链示范项目说明书

撰写日期：2022年5月 

（两周年纪念日公开发布）

撰写单位：德赢镁业  支持单位：欧洲镁协

内 容

1.镁的机遇与风险

2.世界镁生产状况

3.欧盟镁行动计划

4.原镁生产工艺及其碳排放对比

5.镁的全寿命周期碳排放应用示例

6.中欧镁碳中和全产业链示范项目概要        

1.镁的机遇与风险

机遇：

减重和新应用的需求

触变成型（Thixomolding）工艺受到更多关注

可提供更大的压铸设备（一体化压铸）

新型镁合金（耐高温、耐腐蚀）

电动汽车的巨大潜力，合适市场条件下的结构件开发应用

风险：

原镁生产的二氧化碳足迹

最近的价格发展和铝比率

供应链中断

“短期”内失去作为轻量化的重心，如大众卡塞尔压铸厂从镁转向铝

腐蚀、火灾风险

需要“更绿色”的生产

关于绿色镁：

目前非中国镁生产量碳足迹与全球原生铝生产的碳足迹相当，但是全球原生镁的生产碳足迹高度依赖于中国的皮江法，而皮江法的碳足迹过高，影响到镁的应用

交通领域经典轻量化案例研究显示，使用目前所有可用来源的镁，总体上来说有积极的效果

考虑到使用阶段的LCA（全寿命周期分析）影响，当可以使用更环保的电网时，LCA的范围3（范围3包括企业价值链中发生的所有其他间接排放）会产生更广泛的影响    

改进当前和新的原镁生产技术，将使镁产品的LCA碳足迹大大降低，欧洲也将再次重启原镁生产

国际镁协可持续发展委员会与会员单位展开合作，支持和鼓励镁工业界为减少二氧化碳排放的目标做出贡献

电气化动力系统的效率提升为传统的轻量化激励措施带来了进一步的挑战

2.世界镁生产状况

2020年与2021年全世界金属镁总产量约90万-100万吨。图1显示了从1992年到2020年世界各个国家镁金属生产所占的比例。图2更清楚地显示了2020年世界主要金属镁生产国别及其比例。

欧洲市场金属镁的主要来源国家为中国，占据欧洲镁需求的90%以上，以色列、土耳其、俄罗斯也有部分镁出口至欧洲。欧洲需要的海绵钛主要在哈萨克斯坦、乌克兰生产，部分在俄罗斯和中国生产。

据中国海关总署统计数据显示，2022年1-12月，中国共出口各类金属镁产品49.77万吨，同比增加4.30%。其中，镁锭共出口27.28万吨，同比减少2.75%；镁合金共出口13.72万吨，同比增加26.34%。    

图1. 镁金属不同国别产量（1992-2020）（数据来源：德国矿产资源局）

（注：China-中国，USA-美国，Israel-以色列，Russische Föderation-俄罗斯联邦共和国，Kasachstan-哈萨克斯坦，Korea Rep. 韩国，Brasilien–巴西，Kanada-加拿大，Norwegen-挪威，Sonstig-其余国际 ）      

图2.2020年镁金属主要国家生产份额（数据来源：德国矿产资源局）    

（注：China-中国，USA-美国，Israel-以色列，Russische Föderation-俄罗斯联邦共和国，Kasachstan-哈萨克斯坦，Brasilien–巴西，Sonstige为土耳其、乌克兰）    

3.欧盟镁行动计划

图3给出了2021-2022年期间，德国有色金属铸造行业的产量。受到新冠、能源危机、气候保护政策等多重因素的叠加影响，镁和锌相关铸造产品的产量大幅度下降。

图3. 2021-2022德国有色金属铸造业产量（数据来源：德国铸造协会）

（注：Aluminum-铝，Magnesium-镁，Kupfer-铜，Zink-锌）    

图4.德国对不同国别原材料的依赖度（数据来源：德国矿产资源局）

（注：China-中国，Brasilien-巴西，Kongo-刚果，Chile-智利，Norwegen-挪威）          

图4以德国为例，说明了德国乃至欧盟对中国原材料的依赖程度，依赖度超过90%的是稀土和金属镁。为了降低地缘政治风险，欧盟材料委员会加强了自2020年夏天以来在原材料方面采取的行动，特别是在2020年9月公布了专门的行动计划，并建立了由600个欧洲利益攸关方组成的欧洲原材料联盟。该联盟制定了一项行动计划，以确保获得稀土元素。该计划确定了欧洲项目，可以在2030年前使欧盟境内的原材料需求得到20%的满足。另外，委员会还成立了一个关于镁材料的高级别工作组，镁是众多工业生态系统（如汽车工业）的关键原材料。委员会的目标是确保到2030年15%的欧洲镁需求生产在欧洲境内完成（欧盟工业和内部市场部长会议纪要；2022年2月1日）。

为了确保最基本的原镁供应，欧盟委员会计划重启在欧洲的原镁生产。欧洲铁合金生产商协会、欧洲有色金属协会、欧洲采矿业，金属矿石和工业矿物协会、欧洲铝业协会、国际镁协会等完全支持欧盟委员会的新目标，即通过在欧盟境内的生产满足欧盟至少15%的镁需求。目前，这个数量是3万吨。而在2030年，这个数量将上升到4万吨左右。    

欧盟资助的EIT原材料组织已经确定了三个潜在的项目，可以使欧洲的镁生产得以重新启动，其中两个项目在罗马尼亚，一个在波斯尼亚黑塞哥维纳。

Verde Magnesium

Verde正在努力接收罗马尼亚西部的一个旧矿，并计划建立一个综合加工厂。该公司在私募股权集团Amerocap的支持下，正在向政府申请采矿许可证，并希望在2025年启动生产。

Wastes ecotech

该公司旨在处理罗马尼亚中部一个前国有化工基地的废物，以提取镁和其他矿物。EIT原材料公司表示，该公司正在对每年可生产22000吨镁的业务进行可行性研究。

波斯尼亚项目

EIT原材料公司表示，波斯尼亚项目计划建造一个矿山和加工设施，最初每年可生产15000吨镁，并有可能扩大到50000吨。

欧盟对镁新工厂进行投资的基本框架条件是:

获得廉价/绿色/可预测/稳定的能源供应

鉴于中国原镁的大规模产能过剩，欧盟委员会将通过有效的贸易保护工具箱创造一个公平的竞争环境

靠近其投入的原材料（低二氧化碳开采/加工/运输）。

促进以可承受的成本获得资本，包括通过降低风险的手段

在欧盟和国家层面有效地支持低碳镁生产的投资和创新发展

制定框架条件（包括在国家援助领域），以支持低碳镁生产的成本竞争力    

4.原镁生产工艺及其碳排放对比

目前，世界范围内原镁冶炼使用的主要原材料：

-碳酸盐、白云石（CaMg[CO3]2），氧化镁含量（MgO）30,4%

-盐类：光卤石（KMgCl3 x 6H2O），氧化镁（MgO）含量最大至 38,3% 富镁盐水 (MgCl2, MgSO4)，镁含量0.1-0.8%（注：海水的资源几乎是无限的）

图5给出了不同原材料在全球镁产量中所占的份额，白云石炼镁占到了全球镁产量85%的份额。

图5.不同原材料在全球镁产量中所占的份额（数据来源：德国矿产资源局）

世界主要产镁国家所采用的冶炼工艺如下：

中国：垂直皮江法、电解法、碳热法

澳大利亚：Hydromet工艺（粉煤灰；铁镍矿渣）、MagLight工艺（菱镁矿）

加拿大：电解法（蛇纹石）

罗马尼亚：铝热法（废铝......）、电解法（铬矿床）

波黑共和国：铝热法（白云石，铝废料）    

目前来说，原镁冶炼主要采用皮江法和电解法。图6列出了皮江法与电解法的工艺步骤对比。

图6.皮江法与电解法工艺步骤对比（来源：Magnotec） 

图7则列出了皮江法与电解法工艺步骤中能源消耗、碳排放、自动化程度的对比。可以看出，在碳中和趋势下，中国目前的皮江法已经逐渐丧失了对电解法的成本优势。

图7.皮江法与电解法工艺步骤中能源消耗、碳排放、自动化程度（绿色-好，蓝色-中，红色-差）的对比（来源：Magnotec）

图8与图9则详细列出了国际镁协会委托德国宇航中心对皮江法各个环节碳排放的研究结果，温室气体加权下中国皮江法的碳排放依然达到28.1千克二氧化碳当量。

图8. 皮江法炼镁产生的碳排放（来源：国际镁协，镁LCA2020）

图9. 皮江法生产原镁环节的碳排放（数据来源：国际镁协、德国宇航中心）

皮江法炼镁在中国的现状与进展：

1)工艺平均能效提高

2)关于减少空气污染物的更严格要求导致空气净化设备增加

3)与 2013 年相比减少的温室气体排放量（燃气和电力消耗以及运输分配给单一工艺过程）    

4)2019皮江法温室气体排放加权结果为 21.8 kg CO2eq/kg Mg

5)皮江法工艺步骤的排放量为 12.1 kg CO2eq/kg Mg

（注：kg CO2eq/kg Mg 为冶炼出一千克数量的原镁释放出的二氧化碳千克量）

图10列举了不同国家工业层面生产原镁的二氧化碳当量指标对比。

图10. 不同国家炼镁工厂二氧化碳当量对比（数据来源：国际镁协）

（注：DSM Isreal-以色列死海镁业，QSLM China-中国青海盐湖镁业，KAR,Pidgeon process, Turkey-土耳其皮浆法，RIMA process Brasil-巴西利马工艺）

电解法：以色列以天然气为基础

电解法：中国基于可再生份额大于80%的能源供应

使用生物基能源的RIMA工艺

皮江法：土耳其，在铁硅供应方面具有优化潜力

图11给出了目前在加拿大和澳大利亚试验工厂层面生产原镁的二氧化碳当量对比。

    图11. 加拿大与澳大利亚试验工厂二氧化碳当量对比（数据来源：国际镁协）

（注：Alliance Magnesium process Canada-加拿大联合镁工艺，electrolysis-电解，Latrobe process Australia-澳大利亚Latrobe工艺，thermal reduction-热还原）

降低二氧化碳排放，主要考虑以下要点和途径：

确认要实现的主要目标

采用尽可能高比例的可再生能源

避免污染物排放

利用其他工业过程的废料作为原料

原镁冶炼碳排放对比（数据来源：国际镁协）：

巴西： 10.1 kg CO2eq/kg Mg

美国、俄罗斯、以色列、伊朗：14 kg CO2eq/kg Mg

土耳其：20 kg CO2eq/kg Mg

新原镁冶炼项目的温室气体值预计为5kg CO2eq/kg Mg，现有的生产商必须适应这一标准。

降低整个产业链中的二氧化碳排放范围的划分如下：

范围1包括来自于自有或控制来源的直接排放

范围2包括企业所消耗的外购电力、蒸汽、供暖和制冷产生的间接排放

范围3包括企业价值链中发生的所有其他间接排放

利用改进和新的初级生产技术来降低范围3的二氧化碳排放的途径：

在2025年，改进后的范围3数量可达到全球供应量的25%以上，在2030年前达到35%以上

这些数量的二氧化碳足迹预计将减少到每千克镁8千克二氧化碳当量    

新的初级项目计划达到平均每千克镁4千克二氧化碳当量

5.镁的全寿命周期碳排放应用示例

图12显示了针对燃油车和电动车，减重100千克后的效果。与内燃机相比，电气化的动力系统更有效率，保持行驶里程不变意味着：

- 减少4千瓦时的电池容量消耗

- 减少300千克二氧化碳排放

- 降低成本100美元/千瓦时

- 降低电池重量可达20千克。

    图12. 减重100千克后使用阶段减少的排放对比：燃油车vs电动车

图13则对比了采取轻金属材料汽车零部件进行轻量化的对比效果，对比考虑到了材料的全寿命周期。图13左中，以汽车仪表板骨架压铸件为例，说明与采用铝相比，采用镁的全寿命周期碳排放结果。

镁合金压铸仪表板骨架件重量为4千克，采用AM50合金。铝合金压铸仪表板骨架件重量为5.4千克，采用AlMg3合金。  

图13.镁全寿命周期分析，与铝的对比（数据来源：德国宇航中心）

合金制造与压铸过程产生的二氧化碳排放：

镁部件为1.5千克二氧化碳当量

铝部件为1.4千克二氧化碳当量

行驶里程设定为20万公里，零部件寿命结束后材料回收比率：

镁：66%

铝：95%

燃油消耗减少系数：镁对铝为0.35

图14右以铝为基准，对比了采用世界不同镁工厂原镁生产的零部件二氧化碳当量

Magnesium average world – 镁世界平均水平

QSLM process – 青海盐湖镁业工艺（Magnotec项目）

RIMA process – 巴西利马工艺

Electrolysis DSM – 以色列死海电解法

Pidgeon process best case – 皮江法（最好的情形）

Pidgeon process (CN)  - 皮江法（中国）  

通过图14中对比得出的结论：

生产过程中二氧化碳排放的主要贡献者是初级金属的生产

结果显示对于代表当前镁市场的镁生产方案，温室气体排放的净平衡是正的

图14.镁压铸仪表板骨架全寿命周期分析（数据来源：德国宇航中心）

图15. 生命周期评估 - Polestar 2和沃尔沃燃油车的碳足迹

图15以沃尔沃旗下电动车极星（Polestar）2和沃尔沃传统燃油车对比了不同材料的碳足迹，结论如下：    

碳足迹随着电动车使用寿命增加而减少

电池模块在电气化车辆中增加了LCA（全寿命周期分析）

当绿色电网可以使用时，材料生产在LCA中占50%以上

单个范围1的贡献对整个车辆LCA的影响较小（范围1包括来自于自有或控制来源的直接排放）

6.中欧镁碳中和全产业链示范项目概要

1）项目名称：中欧镁碳中和全产业链示范项目

2）项目内容：涵盖从镁矿挖掘、原镁冶炼、镁合金冶炼、高端部件制造、针对性应用开发、镁材料回收利用、行业标准制定、碳中和技术培训等领域

3）总体目标：旨在打造在碳中和目标下的全新镁碳中和示范产业链，为实现全球镁产业的可持续发展贡献力量。占据碳中和、产业链、市场化、中欧合作等制高点，以绿色镁与气候保护为切入点，超越意识形态束缚，突破国际地缘政治因素阻碍，促进中欧在资源共享与气候保护领域积极主动全面深入合作。项目属地的绿色镁产品获得欧盟认证标识，在出口欧洲市场时，可按照欧盟碳关税标准减免碳关税，在国内享有国家级自贸区同等待遇。

4）合作伙伴：项目的欧盟合作伙伴为：欧洲镁协会、CO2OP（德国）、Wilhelm Funke金属铸造厂（德国）、Hybrid AeroTech（德国）、德国德赢镁业等企业。

项目计划选址辽宁

选择辽宁的理由：1）合作基础：中欧项目伙伴的合作始于（2001-2005年）中国科技部十五重大科技攻关专项-镁合金应用及其产业化期间，稳定合作关系超过20年；2）东北振兴：作为国家东北振兴战略与《辽宁全面振兴新突破三年行动方案》的龙头示范项目，开辟碳中和战略下东北振兴的独特创新路径。由于全球碳中和大趋势以及中国双碳政策的贯彻实施，在碳税加持下，基于菱镁矿的原镁冶炼成本已经可以与基于现有原材料（碳酸盐、白云石，光卤石，富镁盐水等）竞争；3）矿产资源：中国86%的菱镁矿资源集中在辽宁，而且菱镁矿（MgCO3）比现有皮江法炼镁所用的白云石（CaCo3·MgCO3）中的镁占比提高50%，碳占比减少50%。辽宁省亟需开发新的镁金属冶炼方法，大幅提升原材料的附加值；4）原镁冶炼：由于菱镁矿是中国特有的资源优势，国外菱镁矿炼镁企业与工艺已经消失多年，所以基于菱镁矿的绿色镁冶炼工艺需要由中国主导开发，结合国内外最先进的化工、能源、除碳工艺与装备技术，实现基于不同品质菱镁矿的绿色镁冶炼；5）清洁能源：欧盟认可的清洁能源有核电、风电、水电、光电。辽宁拥有稳定的核电（红沿河核电站）、丰富的光电资源（如阜新光电）和风电资源（辽宁沿海经济带）；6）装备制造：新型镁绿色冶炼技术会带来装备制造业的全面提升，极大助力辽宁装备制造业在碳中和时代的转型升级；7）技术支持:沈阳铝镁研究院开发了我国第一条镁冶炼装置，中科院沈阳金属所、辽宁诸多高校（东北大学、沈阳工业大学、沈阳化工大学等）在镁金属材料领域具备深厚的基础优势;8）终端市场:电动汽车镁合金零部件应用方面与宝马沈阳、沈阳汽车有限公司（新华晨集团）密切合作，电动飞机镁合金零部件应用方面与辽宁锐翔通用航空、德国Hybrid AeroTec公司紧密合作，电动汽车与电动飞机面向欧洲市场，以市场化应用为导向，实现镁材料全产业链碳足迹的清晰追溯;9）欧洲市场:通过中欧合作项目的实施与共同认可的标准制定，取得欧盟的碳排放资质认证，为绿色镁材料出口欧洲，满足欧洲市场需求，打下良好的基础;10）具体目标:

实现矿资源的可持续利用发展（保护性挖掘及自然性恢复）

基于菱镁矿的绿色镁金属冶炼技术与工艺装备开发及制造

中欧共同标准认证的5万吨绿色镁冶炼基地开发与建设

中欧共同标准认证的1万吨绿色镁合金冶炼基地建设

中欧共同标准认证的绿色镁合金高端部件制造基地建设

中欧共同标准认证的镁材料回收基地建设（辽宁基地、欧洲基地）

中欧共同标准认证的镁碳中和循环产业链示范基地（辽宁）     

项目会议 – 中欧绿镁高峰论坛

中欧双方计划在2024年9月辽宁国际投资贸易洽谈会期间，举办第11届中德轻量化技术年会 – 中欧绿镁高峰论坛。欧洲镁协会秘书长Schendera先生将亲临会议并做主旨演讲。

有意合作者请联系： 彭思雯女士  手机：13591699204  Email: pengsiwen@deing-tech.cn