水下采矿：日益严重的困境

生活充满了不便利的矛盾，这种困境需要的不仅仅是快速修复和现成的解决方案。

我们对增加关键矿物供应的日益增长的需求就是这样一个例子，此类稀有金属对许多能让我们实现真正可持续未来的关键技术至关重要。

正如我在关于该主题的上一篇文章中所讨论的，目前关键矿物的供应不足以支持《巴黎协定》目标所设想的并在 COP26 上确认的快速过渡到净零排放。例如，到 2030 年，现有矿山和在建项目的锂和钴预计产量只能满足我们需求的一半左右。同样，我们也将无法满足 20% 的预计铜需求。与此同时，电池级镍等材料以及钕和镝等关键稀土元素未来几年也可能面临压力。[1]

我们需要找到这些矿物的新来源，而且是快速地找到。

这并不矛盾。

问题是，关键矿物的最大潜在来源之一就在我们眼前：地球上赋予生命的海洋。但我认为，我们不能，也不应该，仅仅为了短时间的方便而掠夺式开发这一资源。

我们的海洋是自然资源库，准确地说，是维持绿色新技术所需的各种矿物质的资源库。很多人准备支持进行深海采矿投资，以开采这些资源。但我们的海洋是地球上最大的自然资源之一，对商业开发基本上毫无抵御能力。如果我们不够小心，我们就会发现自己正试图通过破坏地球最珍贵的环境之一来拯救地球。

深入细节

仔细观察事实可帮助揭开问题的神秘面纱，并揭示可能的策略。

我们应该首先尝试了解为什么对关键元素的需求如此之大，而且增长速度如此之快。我们需要某些稀土元素（如镨、钕、铽和镝等）用于涡轮机磁性部件和电动汽车，这两种技术都为我们的净零排放发展奠定了基础。

随着我们越来越多地转向风能和太阳能等可持续能源技术，我们需要新一代电池来帮助储存它们产生的电力。这些高性能、长寿命的电池依靠锂、镍、钴、锰和石墨等元素。此外，我们还需要大量的铜和铝等材料来维护我们的电力网络。

这是一个不寻常的购物清单。

乍一看，深海可以为这些急需矿物的技术提供丰富的资源。在全球范围内，深海平原（海床）含有数万亿个宝贵的铜、镍和铁多金属结核。古海底热液喷口通常预示着含有金、银、铅和锌的硫化物矿床。与此同时，海底山脉通常具有丰富的钴表层。它们就在那里，静静地躺在海里，未被开发。

很诱人，不是吗？

放着这样丰富的物产（在地球炽热的形成过程中宇宙撞击的结果）不去利用，听起来几乎不道德。

如果我们能去到那里，逐个从海底采摘每个结核，我们就能获得几乎无限的矿物供应，准确地说，是供应我们支持绿色转型所需要的矿物。

不幸的是，当涉及到海洋时，我们的社会，以及我们的技术，往往发现自己力有未逮。

汲取陆地采矿的经验教训

问题很简单：目前，我们缺乏从深海中经济地开采矿物的实践知识（诀窍），无论是精确地，还是更重要的是，在不严重破坏环境的情况下开采。

相反，我们到现在还一直依靠极其不精确的刮削方法，即巨大的机械沿着海底耙来耙去，抹去整个生物活性表层，而目的只是为了获取相对较少的有用物质。这就像摧毁整个雨林一样， 只是为了在地上找到一些有价值的岩石。

这种活动不仅具有规模几乎无法想象的物理破坏性，而且还以一种更微妙但同样灾难性的方式（即水下噪音污染）干扰了非底栖海洋生物。

瑞士海洋野生动物保护组织 OceanCare[2] 的一份报告显示，深海采矿活动可能会影响海洋生物，从水面到海床。深海物种特别容易受到伤害，因为它们利用自然声音执行食物探测等功能，不习惯近距离的人为噪声。

许多深海物种还是固着的物种，这意味着它们附着在海底或岩层等其他物体上。因此，它们无法避开深海采矿活动产生的噪音（振动/压力波）。根据该报告，即便是鲸鱼、海豚和海龟等迁徙物种也可能会受到影响，即使只是短暂地穿过开采区来喂养或繁殖后代。

对于鱼类，对于甲壳类动物，对于海底植物，结果都是灾难性的。破坏性的地形将生命抹净。生态系统永远改变。

我们没有严肃考虑这个生态系统，因而面临风险。我们可能觉得深海就像一个外星环境——事实上，在我们受媒体推动的集体意识中，深海探索可能不如太空探索那么重要——但它对人类活动和生存至关重要：它从已经变暖的星球吸收热量，它通过锁住碳来减缓气候变化，它支持丰富的海洋生物，它回收营养物质，而且大部分“深层碳循环”发生在板块交界处。

它安静而高效地完成所有这些工作，正如数亿年来所做的那样。当然，直到我们介入为止。

“深海中纤弱、长寿的居民——多毛类蠕虫、海参、珊瑚和鱿鱼，将被挖泥作业所毁灭。同时，带有有毒金属的大量沉积物将螺旋上升，毒害海洋食物链，”[3]英国《卫报》报道。

海洋生物群落，被挖泥机掀起的滚滚泥层所淹没，因噪声污染而“失聪”，一旦发生过，可能需要几个世纪才能恢复。

当然，如果人类在陆地开采方面的记录是一个可靠的衡量标准，那么关心海洋保护的人有理由感到震惊。

长期以来，陆地上煤炭和贵金属的开采一直对环境造成破坏，导致生物多样性降低、水道破坏、植被丧失、污染和土壤侵蚀。

据估计，采矿业每年占所有温室气体排放的 4% 至 7%，或 1.9 克至 5.1克的二氧化碳当量排放。^[4]即使是铁等相对常见的矿物也会带来巨大的环境成本，每开采 1 千克就会产生 2 千克的温室气体。[5]

简而言之，我们的陆地采矿历史似乎受到短期目标、对人类和地球的益处以及毁灭性低效的影响。直到现在，在最初的破坏发生很久之后，我们才开始明白环境影响，才开始采取措施开发可能保护或恢复环境的缓解技术和方法。

允许以类似的方式开发我们的海洋，非但不能阻止气候变化的影响，反而会加剧我们的问题，加速我们的衰落。

对关键矿物的需求激增

不要指望全球对关键矿物的迫切需求会随着时间的推移而消退，情况恰恰相反。

尽管与传统的化石燃料替代品相比，风能和太阳能发电厂的可持续性要高得多，但相比标准燃气发电厂，其建造和运行所需的金属要多 200% 到 300%。[6]因此，自 2010 年前化石燃料厂主导该行业以来，生产一单位能量所需的矿物数量增加了一半。[7]

电动汽车 (EV) 和相关电池的崛起意味着到 2040 年，我们可能需要比目前多 40倍 的锂、20-25 倍的石墨、钴和镍，以及两倍于目前消耗量的铜。

事实上，为了在未来二十年实现我们的气候目标，清洁能源最终将占全球锂需求的 90%，镍和钴需求的 60%-70%，铜和稀土元素需求的 40%。

我们的海底、热液喷口和水下山脉组成了这种矿物的天然宝库。此外，这些矿物的种类和邻近程度远大于任何干地生态系统，其中每个独立元素通常都需要多个独立矿场。

因此，难怪人们正以前所未有的规模探索我们的深海进行潜在的矿物开采。

深海采矿 — 逐底竞争？

日本正在设定开采国内水域的步伐。2017 年，日本国有矿业公司 JOGMEC 成功从冲绳附近的 1,600 米热液喷口提取了锌，表明商业上的可行性在中短期内是真正的前景。[8]

除国内水域外，联合国成立的国际海底管理局 (ISA) 包括 167 个成员国以及欧盟，负责代表所有国家管理国际水域。

其任务之一是帮助保护海洋环境免受深海采矿活动的潜在有害影响。自 2014 年以来，它一直在制定国际监管框架，以确保任何深海采矿都能使全球各地的人们受益，但全球 COVID-19 疫情阻碍了进展。

与此同时，ISA 已在本世纪授予 31 项勘探许可证，供国际开采公司研究太平洋、印度洋和中大西洋的矿场。其中五项就授予了中国，中国拥有的开采权比任何其他国家/地区都要多。这意味着中国现在有权在其国家管辖范围以外的地区勘探 238,000 平方公里（几乎相当于新西兰大小）的深海并有可能实现商业化，以开采钴、镍、铜和其他有价值的矿物。在海底的这场比赛中，其他主要选手包括日本、英国、德国、法国、韩国和俄罗斯。

资源最丰富的矿区之一是中太平洋东部的克拉里昂-克利珀顿区，据称该区在 600 万平方公里边界内的钴含量是陆地上所有已知储量的六倍。[9]

根据某些估算数据，深海采矿的商业化可能到 2024 年就会开始。这也是代表太平洋岛国瑙鲁工作的承包商预计开始在瑙鲁水域采集结核的时间。在太平洋其他地区，计划在基里巴斯和汤加开展类似行动。这促使许多政府要求暂停所有深海采矿活动，直到完全了解其影响，尽管这项 研究本身可能需要几十年的时间。[10]

反对意见越来越多。在今年在葡萄牙举行的联合国海洋大会上，科学家、环保主义者和民间团体共同正式形成了对深海采矿的反对意见。^[11]

在会议上，斐济总理弗兰克·拜尼马拉马表示，如果允许继续深海采矿，“将不可逆地破坏古老的深海习性，并影响那些依靠海洋谋生的人”。

智利提议将允许深海采矿的法规推迟 15 年，来自世界各地的 146 名立法者签署了呼吁暂停深海海底采矿的全球议会宣言。

我希望这做得不是太少，不是太晚。

如果我们对大自然漠不关心，谁知道我们会浪费什么机会呢？ 仅在过去的 20 年里，在水下就发现了成千上万种新的生物。其中一些外来物种正在以意想不到的方式帮助我们。

举例来说，细菌耐药性是全球日益严重的问题。生活在某些海绵中的细菌能产生抗菌化合物，可以帮助科学家制造新的抗生素。

不计后果的深海采矿的危险在于，我们甚至在发现新物种之前就已将其消灭，永远剥夺了我们享受其自然利益的机会，甚至包括对抗未来的流行病。[12]

夏威夷大学海洋学教授 Craig Smith 警告我们：

“就影响领域而言，深海采矿最终有着地球上任何人类活动的最大足迹。”[13]

对我来说…… 必须有更好的方法？

深海掠夺式开发的一系列替代方案

如果我们减少需求，而不是努力满足我们对稀有的环境敏感矿物日益增长的需求，会怎样呢？

回收金属和部署替代绿色技术是两种值得研究的方法。

回收使得能将贵金属从废弃的电动汽车电池中拆除，并在生产过程中重新用于新电池。据估计，到 2035 年，这项技术可以满足我们对这些矿物 35% 至 40% 的需求。[14]

不仅是电池，还有磁盘驱动器、电路板，甚至是荧光灯，它们所含的金属都可以有选择地回收，从而降低对新开采的铟、钇、钕、钴和锂的需求。[15]

其他研究人员正在研究替代电池技术，从而完全回避对钴、锰、镍和铜等金属的需求。例如，磷酸铁锂 (LFP) 电池的开发正在取得进展，这种电池使用 LFP 作为阴极，石墨碳电极作为阳极。

一项研究发现，LFP 电池的成本比同类 NMC（镍、锰和钴）电池低约 6%，充电循环次数要多 67%。[16]

随着深海矿场的商业化在太平洋地区取得发展势头，以及替代技术即将到来，水下采矿的阻力正在增加。但与此同时，我们还能做些什么？

事实证明，有更好的办法……

如果我们不应该随随便便地在海底寻找矿物质，在我们之后带走所有生命，我们应该怎么做呢？

总部位于美国的初创公司 Lilac Solutions 是 Jameel Investment Management Company (JIMCO) 的投资者，它从不同的角度介绍了解决此类问题的可能性。

Lilac 认识到一个难题：具体来说，世界上大部分锂储量都来自天然盐水（盐水）矿床，但将锂从盐水中分离出来需要巨大的、破坏环境的蒸发池。为此，Lilac 开发了一种新的“离子交换”技术，用于从海水中提取锂而无需这些蒸发池。这种方法可提高回收率，同时产生高纯度产品，对环境的影响也相对较小。

它的工作原理是什么？ Lilac 的特殊离子交换珠在盐水流经水箱时吸收锂。随后，加入盐酸以从珠粒中提取锂，从而产生氯化锂，然后可将其加工成适合电池的碳酸锂或氢氧化锂。过去两年的锂提取过程现在只需要两个小时。

离子交换之前虽然曾用于水处理项目，但以前从未用于稀有元素行业。

如果我们能更广泛地推广类似技术，就会进一步推动我们的观点，即海床应该蓬勃发展，而不是“刮干净”所有生物活动。否则，我们就会让子孙后代居住在一个被夺去丰富海洋物产的世界，也是我们生态系统的伟大调节者之一。

救助：从内陆到外太空

另一项可能改变游戏规则的发现来自澳大利亚，研究人员从澳大利亚内陆地区的铜矿废料中回收了富含钴的矿藏。测试表明，废料中的钴含量是地球表皮中常见钴含量的 200 多倍。现在，地质学家团队正在检查全国其他采矿废料样本，以了解有多少钴有待开采。[17]

如果这一发现有任何迹象的话，就说明或许我们一直在错误的地方寻找，我们最容易获得的重要矿物质供应比深不可测的大海深度更接近事实。

或者，我们也可以仰望天空，而不是透过地下的黑暗往下看。

围绕我们太阳系运行的小行星包括 8% 富含金属的天体和 75% 富含挥发性碳的天体。密度更高的金属、铂族矿物和稀土元素分布均匀，这意味着它们可以在相对较小的深度开采——当然，一旦征服小行星的问题得到解决的话。

目前，必要的技术仍在发展中，但有几家公司已经在争夺优势。其中包括由 Peter Diamandis、 Chris Lewicki 等于 2012 年在华盛顿成立的 Planetary Resources（后来被 ConsenSys 收购），以及总部位于硅谷的 Deep Space Industries（后来被 Bradford Space 收购），其 2013 年的创始人包括太空企业家 Rick Tumlinson。[18]

最近，2022 年 1 月启动了加州初创公司 AstroForge，筹集了 1,300 万美元的种子资金。该公司已经在实验室测试了处理深空采矿材料的技术，将通过未来的 SpaceX 飞行在轨道上试验其设备。[19]

这些努力可能会带来丰厚的回报。

一项研究表明，利用一颗 500 吨重的小行星并将其定位在低地球轨道上要花费约 26 亿美元，然而，一颗 30 米长的小行星就能产生高达 500 亿美元的铂。[20]

现在，这些成为了让人们刮目相看的数字。

不可逆转的生物破坏的时钟正在滴答作响

没有人会否认关键矿物对现代生活固有的许多技术的重要性，包括手机、电池、绿色能源、微芯片等。挑战在于要以尽可能不破坏环境的方式来获得它们。

在我们破坏鱼类资源以及因加倍深海采矿而毁掉整个生态系统之前，我们需要承认我们相对无知的立场，并按下“暂停”键。

我们需要有更多的知识和更深入的见解，否则我们就有可能重蹈过去陆地采矿的覆辙，对我们的海洋环境造成不可逆转的破坏。

虽然似乎很容易在我们的海床上搜寻每一点有价值的东西（事后却留下一片狼藉），但修复所造成的损害可能要困难得多。

[1] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions, IEA，2021 年 5 月

[2] https://www.oceancare.org/wp-content/uploads/2021/11/DeepSeaMining_a-noisy-affair_report_OceanCare_2021.pdf

[3] https://www.theguardian.com/world/2021/aug/29/is-deep-sea-mining-a-cure-for-the-climate-crisis-or-a-curse

[4] https://www.mckinsey.com/business-functions/sustainability/our-insights/climate-risk-and-decarbonization-what-every-mining-ceo-needs-to-know

[5] https://earth.org/environmental-problems-caused-by-mining/

[6] https://www.mckinsey.com/industries/metals-and-mining/our-insights/the-raw-materials-challenge-how-the-metals-and-mining-sector-will-be-at-the-core-of-enabling-the-energy-transition

[7] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions

[8] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0964569120301526

[9] https://www.youtube.com/watch?v=7HoVwJH-_so

[10] https://www.nationalgeographic.com/environment/article/proposed-deep-sea-mining-would-kill-animals-not-yet-discovered

[11] ^{https://globalvoices.org/2022/07/05/the-tide-is-rising-against-deep-sea-mining/}

[12] https://www.theguardian.com/environment/2021/sep/29/covid-tests-and-superbugs-how-the-deep-sea-could-help-us-fight-pandemics

[13] https://www.boldbusiness.com/energy/blue-economy-impact-deep-seabed-mining-ocean-minerals/

[14] https://www.theguardian.com/world/2021/aug/29/is-deep-sea-mining-a-cure-for-the-climate-crisis-or-a-curse

[15] https://www.theguardian.com/environment/2021/may/10/recycling-rare-metals-climate-green-technology

[16] https://www.pnnl.gov/sites/default/files/media/file/Final%20-%20ESGC%20Cost%20Performance%20Report%2012-11-2020.pdf

[17] https://www.ft.com/content/d142bb46-1bc0-49bd-8005-0833497b84e0

[18] https://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/solutions/asteroids.html

[19] https://www.space.com/asteroid-mining-startup-astroforge-2023-launch

[20] https://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/solutions/asteroids.html

Cartoon image illustrated by Graeme MacKay