- 電子信息產(chǎn)業(yè)盡管總體上是一個低碳產(chǎn)業(yè)
- 但也存在一些高耗能行業(yè)，例如多晶硅提純等
- 電子信息產(chǎn)品也是民生消費的主要耗能器具
- 電子信息產(chǎn)業(yè)仍需要承擔節(jié)能減排的歷史責任
- 當前我國電子材料生產(chǎn)中高耗能行業(yè)每年能耗總量約為260億千瓦時
節(jié)能減排是我國的基本國策之一，黨的十七大就把“建設(shè)生態(tài)文明，基本形成節(jié)約能源資源和保護生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長方式、消費模式”確立為我國全面建設(shè)小康社會的新要求。
2009年9月，胡錦濤主席在紐約聯(lián)合國氣候變化峰會上向世界通報：“中國已經(jīng)制定和實施了《應對氣候變化國家方案》，明確提出2005年-2010年降低單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和主要污染物排放、提高森林覆蓋率和可再生能源比重等有約束力的國家指標。”去年12月，在哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會領(lǐng)導人會議上，國務(wù)院總理溫家寶進一步向世界承諾：“到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。”
從國家層面看，主要耗能領(lǐng)域有工業(yè)、交通、能源和民生消費，國家節(jié)能減排的重任必然會落實到相關(guān)部門。電子信息產(chǎn)業(yè)盡管總體上是一個低碳產(chǎn)業(yè)，但也存在一些高耗能行業(yè)，例如多晶硅提純、電子玻璃熔煉等，同時電子信息產(chǎn)品也是民生消費的主要耗能器具。在落實節(jié)能減排任務(wù)之前，我們有必要對電子信息產(chǎn)業(yè)的耗能排碳形勢和節(jié)能減排方向有一基本的考量。
電子信息產(chǎn)業(yè)主要耗能領(lǐng)域
電子信息產(chǎn)業(yè)耗能有兩大領(lǐng)域：一是生產(chǎn)耗能，這是直接耗能領(lǐng)域；二是產(chǎn)品耗能，這是經(jīng)由消費產(chǎn)生的間接耗能領(lǐng)域。電子信息產(chǎn)業(yè)耗能有兩種類型：一是耗能點少但單點耗能量大，例如生產(chǎn)耗能；二是單點耗能量少但耗能點多，例如產(chǎn)品耗能。
間接耗能型的主要耗能產(chǎn)品有電視機和計算機。據(jù)估算，當前我國電視機保有量約有4億臺，計算機約有1億臺。電視機耗能與顯示技術(shù)和屏幕尺寸有關(guān)，但一般都大于100瓦，我們按平均功耗100瓦、日開機4小時估算，全國電視機年耗電約600億千瓦時。筆記本電腦功耗在100瓦至200瓦之間，臺式機功耗在200瓦至300瓦之間。我們按筆記本電腦保有量0.1億臺、每臺功耗100瓦、日開機4小時；臺式機保有量0.9億臺、每臺功耗200瓦、日開機4小時估算，全國計算機年耗電約280億千瓦時。
直接耗能型可細分成電子信息網(wǎng)絡(luò)、電子整機、電子元器件和電子材料四大領(lǐng)域：
首先，電子信息網(wǎng)絡(luò)運行針對電子信息產(chǎn)品的消費層面，其耗能應視為間接耗能。
其次，電子整機生產(chǎn)分為板卡組裝和整機總裝兩個工藝階段，板卡組裝是整機生產(chǎn)的耗能點，元器件與印制板焊接是主要耗能工序。波峰焊機的電功率在100-101千瓦數(shù)量級，再流焊機的電功率在101千瓦數(shù)量級。整機總裝主要是人工插裝、氣動螺裝、烙鐵焊裝以及工件自動輸送和整機調(diào)試，耗能不大。
再次，電子元器件生產(chǎn)是功能、結(jié)構(gòu)零件的加工和組裝過程，加工和組裝除使用力學方法，還使用其他物理、化學、電化學的方法。因各類元器件的原理、材料、結(jié)構(gòu)和功能差異很大而形成各具特色的專用工藝，在各專用工藝中有一些高耗能的共性技術(shù)，例如鍍膜和改性等。
最后，電子材料是電子信息產(chǎn)業(yè)中的耗能大戶，需要重點分析，其主要耗能點如下：
1.硅提純。硅提純是電子信息產(chǎn)業(yè)中的最大耗能點之一。
硅提純有多種方法，當前國內(nèi)主流工藝是三氯氫硅還原法，也叫改良西門子法,工藝原理包括氧化反應、還原反應。其中，還原工序是最大的耗能點，還原時不僅需要將幾十根硅棒加熱至1050攝氏度-1100攝氏度，而且還只有1/3的三氯氫硅能還原成硅，剩下2/3的三氯氫硅要再送回還原爐，需要再消耗兩倍能源才能全部還原。平均下來，我國硅提純的單位產(chǎn)量能耗為每千克350千瓦時。
2.單晶生長。電子信息產(chǎn)業(yè)使用的單晶材料很多，用量最大的是半導體單晶和壓電單晶。半導體單晶有元素單晶(如單晶硅)和化合物單晶(如砷化稼單晶)兩類，采用提拉法或區(qū)熔法制備。硅單晶的生長需要1400攝氏度的高溫，砷化稼單晶的生長需要1200攝氏度的高溫。單晶爐的電功率一般都在100千瓦以上，區(qū)熔爐的電功率也在10千瓦左右。平均下來，我國單晶生長的單位產(chǎn)量能耗為每千克300千瓦時。
壓電晶體是化合物單晶，其中最重要的是俗稱水晶的石英晶體。生產(chǎn)人造水晶采用水熱溫差法，設(shè)備為高壓釜。平均下來，我國水晶生長的單位產(chǎn)量能耗為每千克75千瓦時。
3.多晶硅鑄錠。當前，我國光伏產(chǎn)業(yè)所使用的硅基片有單晶片也有多晶片，多晶片生產(chǎn)需要將高純硅料熔鑄成一個200千克-500千克的硅錠，然后再切割成片。鑄錠爐爐溫高達1500攝氏度以上，加熱功率為100千瓦。平均下來，我國多晶硅鑄錠的單位產(chǎn)量能耗為每千克45千瓦時。
4.陶瓷燒結(jié)。陶瓷材料有功能材料和結(jié)構(gòu)材料兩大類，常用的功能材料有磁性材料、電介質(zhì)材料和壓電材料，結(jié)構(gòu)材料有各類基片和零件。陶瓷燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)大同小異，可統(tǒng)稱為陶瓷工藝。主要耗能點是燒結(jié)，能源種類主要是電能。
鐵氧體是磁性材料，俗稱黑瓷，燒成溫度一般在1200攝氏度-1400攝氏度之間，燒結(jié)窯功率一般在10千瓦-100千瓦數(shù)量級，燒結(jié)時間一般為數(shù)小時至數(shù)十小時。平均下來，我國鐵氧體燒結(jié)的單位產(chǎn)量能耗為每千克35千瓦時。
電子陶瓷俗稱白瓷，有電介質(zhì)、壓電等功能材料和基片等結(jié)構(gòu)材料，燒成溫度一般在1200攝氏度-1600攝氏度之間，燒結(jié)爐電功率一般在100千瓦數(shù)量級，燒結(jié)時間一般為數(shù)小時至數(shù)十小時。由于電子陶瓷的種類很多，因此單位產(chǎn)量能耗差別較大。平均下來，我國電子陶瓷燒結(jié)的單位產(chǎn)量能耗為每千克55千瓦時。
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5.鋁電極箔賦能。盡管片式元器件發(fā)展很快，但大電容元件目前還難以片式化，所以鋁電解電容器的用量很大，電極箔是其關(guān)鍵材料。電極箔是對光鋁箔的一側(cè)表面先行腐蝕，使其表面坑坑洼洼以增大其表面積，然后用電化學方法對腐蝕面改性，生成電介質(zhì)層，后一過程叫賦能。上述過程需要在容器中連續(xù)作業(yè)，不僅需要加熱電化學反應液，還有腐蝕、賦能需要的高電壓和大電流的電能以及鋁箔自動傳送的電能，單臺設(shè)備電功率在100千瓦數(shù)量級。平均下來，我國鋁電極箔賦能的單位產(chǎn)量能耗為每千克200千瓦時。
6.光纖。光纖生產(chǎn)有兩個耗能點：一是采用氣相沉積法生產(chǎn)預制棒，使用氫氧做熱源，溫度高達1500攝氏度-1900攝氏度，每臺設(shè)備需要數(shù)小時才能生產(chǎn)1根預制棒。二是拉制光纖，預制棒在2000攝氏度高溫的拉絲爐中熔化拉絲，經(jīng)涂敷后在固化爐中烘干。平均下來，我國光纖預制、拉絲的單位產(chǎn)量能耗為每千克0.6千瓦時。
7.電子玻璃。電子玻璃是平板顯示器件的結(jié)構(gòu)零件，生產(chǎn)中主要耗能點是原料熔化，熔化池爐采用柴油或重油火焰加熱，溫度高達1500攝氏度。因池爐內(nèi)玻璃溶液的容量很大，點火后要不停頓地連續(xù)生產(chǎn)，因此能耗極高。
電子信息產(chǎn)業(yè)耗能及碳排放情況
電子信息產(chǎn)業(yè)使用能源種類較多，除電能外，還有化石能及水、氣等二次能源。為便于分類，可采用實物計量單位，考核指標可采用單位產(chǎn)量能耗。為便于匯總，應按國家相關(guān)標準折算成標準煤。當前國家有關(guān)部門規(guī)定1千瓦時電量折合0.429千克標準煤。能源消耗與碳排量可簡單折算為：消耗1千克標準煤等于排放0.68千克二氧化碳，消耗1千瓦時電等于排放0.272千克二氧化碳。
為探尋我國電子信息產(chǎn)業(yè)耗能排碳情況，我們把高耗能點產(chǎn)品產(chǎn)量按業(yè)內(nèi)對當前產(chǎn)量估算的最小值計算，累加數(shù)據(jù)后得到當前我國電子材料生產(chǎn)中高耗能行業(yè)每年能耗總量約為260億千瓦時。
實際上，僅估算高耗能行業(yè)的能耗是片面的。觀察全產(chǎn)業(yè)，101千瓦-102千瓦數(shù)量級的高耗能設(shè)備并不多，更多設(shè)備的能耗在10-1千瓦-100千瓦之間，例如各類金切機床的電動機、高溫箱的電熱絲和控制、測量儀器的電路板卡等。
一般來說，擁有數(shù)千萬元固定資產(chǎn)的電子企業(yè)，其供電在1000千瓦數(shù)量級；擁有數(shù)百萬元固定資產(chǎn)的企業(yè)，其供電在100千瓦數(shù)量級。為簡化計，我們按年開工252天、每天8小時估算，當企業(yè)平均供電300千瓦、全國注冊3萬家時，年耗電約180億千瓦時；當企業(yè)數(shù)增加到4萬家時，年耗電約240億千瓦時。當企業(yè)平均供電500千瓦、全國注冊企業(yè)3萬家時，年耗電約300億千瓦時；當企業(yè)數(shù)增加到4萬家時，年耗電約400億千瓦時。由以上數(shù)據(jù)可見，我國電子信息產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)耗能不會超過700億千瓦時，折合標準煤3000億噸以下、二氧化碳排量低于7500萬噸或碳排量低于2000萬噸。
我們再看電子產(chǎn)品耗能排碳情況，僅我國電視、電腦年耗電就達880億千瓦時，若加上辦公、網(wǎng)絡(luò)、通信、娛樂和其他行業(yè)使用的嵌入或獨立的電子產(chǎn)品，年總耗能至少達1000億千瓦時，折合標準煤4300萬噸以上、二氧化碳排量達11000萬噸或碳排量達2900萬噸以上。
節(jié)能減排重抓四項措施
2005年，全國單位GDP能耗為每萬元1.22噸標準煤，單位工業(yè)增加值能耗為每萬元2.59噸標準煤。按我國政府的承諾，2020年全國單位GDP能耗下降到每萬元0.67噸標準煤，單位工業(yè)增加值能耗下降到每萬元1.42噸標準煤。我國電子信息產(chǎn)業(yè)能耗情況如何呢？2008年全產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入6.3萬億元，工業(yè)增加值1.49萬億元，若按耗能3000萬噸標準煤估算，單位營業(yè)收入能耗為每萬元0.05噸標準煤，單位工業(yè)增加值能耗為每萬元0.2噸標準煤。可見，盡管存在八九個高耗能行業(yè)，但全產(chǎn)業(yè)總體上是一個超低碳產(chǎn)業(yè)，遠遠低于我國政府的承諾指標。不過，電子信息產(chǎn)品也是億萬家庭中的主要耗能器具，所以電子信息產(chǎn)業(yè)仍需要承擔節(jié)能減排的歷史責任。具體可歸納出4項節(jié)能減排措施：
一是推行綠色設(shè)計。
首先，審查產(chǎn)品標準，對現(xiàn)行產(chǎn)品標準進行節(jié)能會審，按技術(shù)可行方案形成綠色標準體系，以引導技術(shù)開發(fā)方向；其次，支持節(jié)能新材料、新器件、新電路的開發(fā)，支持在整機設(shè)計中集成的各種軟、硬件節(jié)能新技術(shù)。
二是開發(fā)綠色制造。支持節(jié)能新工藝開發(fā)，支持對現(xiàn)有高耗能工序的節(jié)能技術(shù)改造。
三是支持環(huán)保技術(shù)。支持對生產(chǎn)中燃油、燃氣產(chǎn)生二氧化碳的回收處理及環(huán)保新技術(shù)開發(fā)。
四是支持節(jié)能降耗。支持對電能消耗實施信息化管理，支持對高耗能原材料的節(jié)約利用。
