毫无疑问，向绿色能源转型对于减少化石燃料的消耗以及其产生的有害排放至关重要。但是，由于我们对这一转型的热情，我们是否正面临只是用一个问题（全球变暖）替代另一个问题（关键稀有矿物的可获性快速下降）的危险？

以典型的电动汽车（EV）为例，它需的矿物投入量是传统汽车的 6 倍，而陆上风力发电厂需要的矿物资源比燃气发电厂多 9 倍。[1]其真正可持续的程度如何？

绿色能源要素

随着我们在向清洁能源转型的过程中减少对化石燃料的依赖，我们也越来越依赖地球上其他较稀少和有限的资源，即所谓的“关键矿物”，这些矿物对于生产能源转型所依赖的大部分技术至关重要。关键矿物越来越重要的一些应用包括：

  1. 锂、镍、钴、锰和石墨——对于电池性能、寿命和能量密度至关重要。
  2. 稀土元素——对于风力涡轮机和电动汽车电动机的永磁体必不可少。
  3. 铜和铝——广泛用于电力网络，其中铜是所有电力相关技术的基石。

上述一些矿物（如铜和镍等）可以说是相对大宗的商品。其他矿物，如稀土矿物（一看名称就明白）碲和钕，则相当少量。挑战在于，我们如何在大幅增加关键矿物的供应时，不仅确保环境可持续性，而且最大程度减少对社区和环境本身的影响？

哪些行业正在推动对关键矿物的需求？

可再生能源

风能和太阳能发电需要更多矿物才能产生与化石燃料技术相同的电量。与燃气发电厂[2]相比，太阳能和风能发电 1 太瓦时所消耗的金属量分别高出 300% 和 200%， 但提供电力时碳排放为零或可忽略不计。

这在过去并不是什么大问题。在 2010 年之前，能源部门仅消耗关键矿物总供应量的一小部分。现在，随着向可再生能源的转型加速，绿色能源所占比例要大得多，每单位发电量所需的平均矿物量增加了 50%。[3]

为实现巴黎气候协定的目标，到 2020 年，可再生能源领域的矿物需求将增加两倍，主要以风能和太阳能为主导[4]（尽管地热能、水电、绿色氢能和核能对各种关键矿物也有很大的需求[5]）。

公路交通运输

电动汽车也使用大量关键矿物。生产电池或燃料电池电动汽车是一项相对较新的技术，比制造内燃机（ICE）汽车需要更多的材料，[6]而内燃机汽车的技术已经有 100 多年的历史了。在气候驱动的情况下，到 2040 年，电动汽车和电池储能的矿物需求将增长至少 30 倍。[7]仅锂的需求量就增长了 40 倍以上，石墨、钴和镍的需求量也将增长约 20-25 倍。随着越来越多的电力网络用于车辆供电，铜的需求量也将翻倍。[8]当然，电动汽车的兴起也会给绿色能源发电带来压力，这反过来会增加该行业自身对关键矿物的使用。

IEA logo根据国际能源署（IEA ）的报告：

“在实现《巴黎协定》目标的情况下，未来 20 年，清洁能源技术在总需求中的份额将显著上升，铜和稀土元素将超过 40%，镍和钴将达到 60-70%，锂将接近 90%。

电动汽车和电池储能已经取代消费电子产品成为锂的最大消费领域，并将在 2040 年取代不锈钢，成为镍的最大最终用户。”[9]

我们如何应对向矿物密集型世界的转变？

生产商、政策制定者和消费者必须考虑到，在推广绿色能源的竞赛中，日益增长的矿物需求对能源供应、可持续性和社会的影响。

供应考量

麦肯锡的专家指出，“净零碳排放承诺的速度超过了供应链、市场机制、融资模式以及使全球脱碳途径变得顺畅所需的其他解决方案和结构的形成。”[10]

关键矿物的供应和投资尚未准备好支持《巴黎协定》目标所设想和 COP26 所确认的向绿色能源的快速转型。这增加了较长时间（且代价高昂的）延误的风险。例如，尽管锂和钴预计在短期内会过剩，但到 2030 年，现有矿山和在建项目的预期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。[11]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遭遇瓶颈。”[12]

提取技术的进步可能有助于通过增加供应来填补这一缺口。以锂为例，世界上大部分锂储量都存在于作为天然咸水沉积物的卤水中。从卤水中提取锂的传统工艺需要大型蒸发池，这些蒸发池对环境有害、启动缓慢且易受天气影响。更不用说还会破坏野生动物栖息地。这种传统工艺存在锂回收率低、产品纯度低的问题，并且对于新发现的大多数锂品位较低的卤水不能有效起作用。

总部位于美国的初创公司 Lilac Solutions（JIMCO（安利捷投资管理公司）是其投资者）开发了一种新的高效技术，可以在不需要这些大型蒸发池的情况下从卤水中提取锂。他们的技术在保护环境的同时，还可以加快项目开发、提高回收率和生产高纯度产品。

然而，像这样的新技术虽然令人兴奋，但它们不是短期的解决方案，还有许多问题仍未解决。例如，对钴需求的预测相差很大，从 6 到 30 倍不等。[13]很难衡量未来创新和规模经济的影响。但造成模糊的最大原因，或许是缺乏明确性或明确的政策信号——这阻碍了需求，使供应商更难以充满信心地锁定投资计划。然而，只要有适当的激励措施，生产商就能从低碳技术中赚到更多的钱，并且随着政府兑现承诺，我们有望看到更多强有力的政策。

在加快可持续能源转型以减少排放的同时，我们还需要确保能源系统保持弹性和安全。目前的系统主要是针对碳氢化合物供应中断而设计，但我们会看到大量价格波动和矿物供应中断。

尽管在过去十年来锂电池的生产价格下跌了 90%，但这意味着原材料（而非技术）在成本中占比更大。例如，原材料现在占电池成本的 50%-70%，而五年前这一比例仅为 40%-50%。铜和铝目前约占电网发电总投资成本的 20%。[14]这些因素使得能源和电动汽车行业特别容易受到供应和价格波动的影响。

影响关键矿物可获性和价格的主要问题

矿物的产地比碳氢化合物的产地更少——世界前三大生产国控制着超过四分之三的锂、钴和稀土矿物的供应。例如，2019 年刚果民主共和国（DRC）和中国的钴产量分别占全球的 70% 和 60% 。中国在加工业务中占有很大份额，这使得供应中断的威胁更为严重。[15]

交付周期长——从发现到生产平均需要 16 年时间，这限制了增加供应的能力。

资源质量下降——这不全是数量的问题。例如，智利的铜矿石平均品味在过去 15 年里下降了 30%。低品味能源来源需要更多的能量，也会产生更多的排放。

ESG 关切——企业开始在经营中更加重视环境和社会破坏情况，这是好现象。然而，提高标准需要时间和资金，因此会影响供应。同样，矿业资产也越来越多地受到气候风险的影响，例如水资源紧张、极端高温或洪水等影响着澳大利亚、中国和非洲等地区。

我们如何解决这个问题？ 各国政府可以支持开展更多的地质调查，简化许可流程，提供更多的资金帮助实现供应来源多样化。定期市场评估、定期压力测试和主动战略储备也有助于增加供应。

寻找使用更少的材料并在可能的情况下改用其他材料的方法，也非常关键。我们在这方面取得良好的进展。例如，预计到 2028 年，用于太阳能发电的银的数量将减少一半以上。[16]随着直接锂提取[17]和增强金属回收[18]等新兴技术有望获得巨大成果，生产创新也可以增加供应。

可持续性和社会影响考量

据世界银行称，“虽然对矿物和金属的需求不断增长为资源丰富的发展中国家和私营部门实体等提供了经济机会，但如果不能以负责任和可持续的方式管理气候驱动的清洁能源转型，则可能会出现重大挑战。”[19]

绿色能源尚未完全实现环保，也不是对所有社区都有益。幸运的是，可持续性和社会影响可以通过结合实际可行的措施和高级别政策加以改善。

首先，可再生能源技术的发电能力低于化石燃料，需要更多材料才能产生同等数量的电力。使用更少的材料和改用其他材料可帮助缓解供应压力并降低相关排放。

就电动汽车而言，需要处理一些复杂的数字。使用半吨铝会使电动汽车的非电池隐含排放物中增加六吨二氧化碳。[20]然而，铝比钢轻，因此可减少运行中的寿命期内排放。

当然，电动汽车的温室气体排放量通常是内燃机汽车的一半左右，而使用低碳电力有可能会进一步减少 25%。此外，燃料转换和效率提高都可以减少总排放量。[21]生产商需要平衡供应压力、产量和寿命期内总排放量，以确定在每种情况下最可持续的方法。

回收对于减少供应压力和最大程度减少环境影响至关重要。块体金属已得到广泛回收，因此生产商正在努力回收锂和稀土矿物等转型金属。加拿大电池回收公司 Li-Cycle Corp. 首席执行官兼联合创始人 Ajay Kochhar 表示，到 2030 年，回收的钴、镍和锂将占全球需求量的 10%-20%。[22]

我们从哪里以及如何获取矿物非常重要，因为一些商品的排放量取决于其来源。我们需要全面解决采矿和加工过程中产生的排放，并改善废弃物和水资源管理。我们还需要确保矿物资源能够帮助当地社区。该行业是出了名的存在工人安全状况不良和侵犯人权问题（如童工和腐败），例如，刚果民主共和国有据可查的关于钴开采使用童工的问题。[23]邓迪大学（University of Dundee）全球能源法律与可持续发展教授 Raphael J Heffron 在 2020 年发表的一篇关于公正在开发关键矿物中的作用的文章中指出，“公正实际上只涉及采矿业的某些部分。”[24]

作为确保公正转型到低碳经济的挑战方面的专家，Heffron 将公正分为不同的类别，所有这些类别都需要解决：

  • 分配公正——这涉及到能源部门的利益分配和负面影响（即是否充分分享石油和天然气收入？谁遭受了环境损害？）。
  • 程序公正——这里主要指法律程序和必要的完整法律步骤（即是否遵守了环境影响评价的所有步骤？）。
  • 认可公正——社会不同群体的权利是否得到认可？（尤其是，我们是否认可土著社区的权利？）
  • 世界主义公正——这源于我们都是世界公民的信念，因此我们是否考虑过对国界之外以及在全球背景下的影响？
  • 恢复性公正——应纠正能源部门造成的任何不公正现象，并重点关注实施特定法律的必要性（即应当使能源场所恢复原来的用途，因此应妥善执行废弃物管理政策和停止运作机制）。

显然，供应链尽职调查和监管执法对于通过提高可追溯性和透明度以识别和降低风险至关重要。

政府可以通过提高环境、社会和治理（ESG）标准以及改善内部协作来激励负责任的生产，使更多供应商进入市场。IEA 建议制定“生产者和消费者之间对话和政策协调的总体国际框架”来收集可靠的数据，并定期评估供应链漏洞以及我们可以对漏洞采取的措施，同时促进知识共享，以传播可持续发展实践，并通过共享的 ESG 标准来实现公平竞争。[25]

气候智能型采矿

气候智能型采矿方法由世界银行与联合国可持续发展目标共同制定。它的使命是使采矿和能源部门脱碳，并帮助拥有这些战略性矿物的资源丰富的国家和受其开采直接影响的社区。

正如世界卫生组织所指出的：

“[气候智能型采矿计划] 通过扩大对资源丰富的发展中国家的技术援助和投资，最大限度减少这些材料整个价值链中的社会、环境和气候足迹，从而支持矿物和金属的可持续开采和加工，以确保清洁能源技术的供应。”

如果所有资源都能够帮助我们实现气候目标，它们就都非常宝贵

我们曾经担心化石燃料资源会耗尽，但绿色技术所依赖的商品更加稀有。事实上，目前供应链中碳氢化合物太多，而关键矿物太少。

最终，供应要与需求相匹配。问题是，供应速度有多快，中断程度有多大？ 好消息是，我们目前现有的创新技术和能力可以支持向绿色能源的可持续转型。随着各国政府以切实的激励措施支持其气候承诺，生产商将相应增加供应。只要环境和社会标准同步提高，我们就可以加快绿色能源转型，造福所有人。

我们没有任何时间或矿物可以浪费。

 

[1] https://www.iea.org/news/clean-energy-demand-for-critical-minerals-set-to-soar-as-the-world-pursues-net-zero-goals

[2] 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

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

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

[5] https://www.powermag.com/energy-transition-facing-potentially-debilitating-critical-mineral-supply-gap/

[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, IEA，2021 年 5 月

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

[9] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions,%20IEA,%20May%202021

[10] 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

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

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

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

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

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

[16] https://www.pv-magazine.com/2018/07/06/amount-of-silver-needed-in-solar-cells-to-be-more-than-halved-by-2028-silver-institute-says/

[17] https://www.nrel.gov/news/program/2021/using-direct-lithium-extraction-to-secure-us-supplies.html

[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X20305110

[19] https://www.worldbank.org/en/topic/extractiveindustries/brief/climate-smart-mining-minerals-for-climate-action

[20] https://techcrunch.com/2021/08/22/the-tough-calculus-of-emissions-and-the-future-of-evs/

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

[22] https://www.spglobal.com/marketintelligence/en/news-insights/latest-news-headlines/battery-recycling-efforts-pick-up-as-cobalt-lithium-face-potential-deficit-64847803

[23] Raphael J Heffron，公正在开发关键矿物中的作用，《采掘业与社会》，2020 年第 3 期第 7 卷。

[24] Raphael J Heffron，公正在开发关键矿物中的作用，《采掘业与社会》，2020 年第 3 期第 7 卷。

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