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美國退出《巴黎協(xié)定》 低碳清潔之路離不開這6種能源金屬

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研究發(fā)現(xiàn)清潔能源技術通常依賴的關鍵金屬包括鋰、鈷、鎳、錳、銅以及稀土金屬。

外媒報道,11月4日,美國將正式退出具有里程牌意義的《巴黎協(xié)定》?!栋屠鑵f(xié)定》是2015年12月12日在巴黎氣候變化大會上通過、2016年4月22日在紐約簽署的氣候變化協(xié)定。美國宣布退出《巴黎協(xié)定》,成為迄今為止唯一退出《巴黎協(xié)定》的締約方。

為了避免全球變暖帶來的災難性的影響,全世界必須在這十年里大幅削減碳排放量。減少碳排放,不僅會影響到汽車行業(yè),而且還會影響到石油、冶金、電力、鋼鐵等多個行業(yè)。全球能源需求加速增長和過度使用化石燃料引發(fā)了嚴重的環(huán)境污染和能源安全問題,發(fā)展清潔能源已成為實現(xiàn)能源轉型和改善能源安全的必要條件。

《世界能源展望2019》對未來清潔能源發(fā)展進行了評估,在既定政策情景模式下,風能和太陽能光伏發(fā)電量將占2040年新增發(fā)電量一半以上。越來越多的國家設定了清潔能源的份額目標,丹麥將在2050年之前擺脫對化石能源的依賴,歐盟的清潔能源份額到2020年將達到20%,到2030年將達到27%。

日本將發(fā)展清潔能源計劃列入國家能源安全政策,2012年制定的《礦產(chǎn)資源保障戰(zhàn)略》,明確提出將鐵、、鋁、鉛、鋅、錸、鎂等30種礦產(chǎn)作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn),并把礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略作為國家支柱基礎性戰(zhàn)略。美國也曾在2018年5月更新關鍵礦產(chǎn)清單,其中主要涉及稀土、鈹、鈷、鎵、鍺、銦、鋰、鈮、鉑族金屬、錸、鉭、鎢、鋯等稀有礦產(chǎn)。

然而,清潔能源技術的突破、推廣和應用與金屬資源密不可分。不僅需要銅和鋁等基本金屬,更加離不開銦、鎵、釹、鏑等關鍵金屬。

世界銀行的報告稱,在低碳的未來,對多種廉價金屬和貴金屬的需求會十分強勁,除了常見的鈷、鋰和稀土元素外,還包括鋁、銀、鋼、鎳、鉛和鋅。研究發(fā)現(xiàn)清潔能源技術通常依賴的關鍵金屬包括鋰、鈷、鎳、錳、銅以及稀土金屬。

鋰——21世紀能源金屬

鋰是密度最小、金屬活動性較強的一種重要能源金屬,具有優(yōu)異的儲能性能、較高的熔沸點和較低的密度和硬度,戰(zhàn)略價值極高,被廣泛應用到電池、玻璃、陶瓷、潤滑劑、空氣處理、鋁冶煉等各個領域。全球近50%的鋰消費于鋰電池領域。自然界中,鋰主要來源于鋰輝石、鋰云母、鐵鋰云母等固體含鋰礦物以及鹽湖鹵水。

張澤南等在《中國鋰礦資源需求預測》一文中利用部門消費法,按照行業(yè)用鋰量對我國鋰電池行業(yè)、玻璃行業(yè)、陶瓷行業(yè)、潤滑脂行業(yè)以及空氣處理行業(yè)5個主要用鋰部門需求進行了預測,并對其他用鋰部門進行了預測。預測結果顯示:我國未來鋰電池行業(yè)需求將呈幾何級增長,玻璃行業(yè)與陶瓷行業(yè)穩(wěn)步增長,其他行業(yè)保持緩慢增長的態(tài)勢,并得出我國未來鋰礦資源的需求量分別為2020年19萬t、2025年31萬t、2030年50萬t。

鎳、鈷、錳

新能源汽車主要包括純電動汽車(BEV)、插電式混合動力汽車(PHEV)及燃料電池汽車(FCEV)。當前銷售的純電動汽車、插電式混合動力汽車、混合動力汽車(部分)中,鋰電池是主流的動力電池。鋰電子電池主要含有鋰、鈷、鎳、錳、石墨等礦產(chǎn),電池負極材料主要為石墨,正極材料主要有鎳鈷鋁(NCA)、鎳鈷錳(NCM)、磷酸鐵鋰(LFP)等。

其中,鎳鈷錳三元電池材料由于金屬元素配比不同,還可以分為NMC111、NCM433、NCM532、NCM622、NCM811等。

預計未來幾年電池對鎳的需求也將激增。美國地質勘探局的數(shù)據(jù)顯示,2017年全球產(chǎn)量為210萬噸,儲量為7400萬噸。以這種速度,目前的儲量開采可以持續(xù)35年左右,而所有已知的陸地資源則可以持續(xù)70年左右。

根據(jù)美國資源調查局2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,全球銅儲量共約7億噸。其中包括:智利2.09億噸,澳大利亞0.93億噸。秘魯0.68億噸、美國0.35億噸、墨西哥0.38億噸、中國0.3億噸、俄羅斯0.3億噸、印度尼西亞0.25億噸、波蘭0.26億噸、贊比亞0.2億噸、剛果(金沙薩)0.2億噸、加拿大0.11億噸、哈薩克斯坦0.06億噸、其他國家0.9億噸。

2018年全球對銅的需求已經(jīng)達到了2360萬噸,并且到2027年,這一需求有望達到3000萬噸,以平均每年2.6%的速度增長。

稀土元素(REE)是化學元素周期表ⅢB族中原子序數(shù)為21、39和57~71的17種金屬元素的總稱,包括鈧(Sc)、釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)及镥(Lu)。依據(jù)稀土元素原子電子層結構、物化性質及它們在礦物中的共生情況和不同離子半徑擁有不同性質的特征,通常將其分為兩組:輕稀土元素或鈰組稀土元素(鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪),重稀土元素或釔組稀土元素(鈧、釔、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥)。稀土是重要的新能源原材料,在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中具有許多不可替代的用途。

世界稀土資源豐富,但分布不均,近93.11%的稀土探明儲量集中在美國、澳大利亞、俄羅斯、越南、巴西和中國等少數(shù)國家。作為中國最為重要的戰(zhàn)略性優(yōu)勢礦產(chǎn)資源之一,稀土在全國范圍內均有分布,礦床類型以堿性巖-碳酸巖型、花崗巖型、砂礦型和風化殼離子吸附型為主,集中分布于華北陸塊北緣、內蒙大興安嶺、上揚子、下?lián)P子、華南與三江等6個成礦省。

每一種稀土金屬都有其獨特的特性,成為一系列技術的重要組成部分。例如,用于包括高效照明、催化轉換器到風力渦輪機、電動汽車和計算機硬盤驅動器中使用的磁鐵。其中釹和鐠,合稱為“NdPr”,用于電機的磁鐵。美國能源部和歐盟的報告都將稀土、鈷和其他幾種金屬材料列為關鍵材料,因為它們對清潔能源的重要性、高供應風險和缺乏替代品。還有許多其他金屬在清潔能源生產(chǎn)和低碳技術中得到了應用,例如銦和鎵被用在光伏薄膜的涂層中,也被歐盟的報告認定為關鍵材料。

能源金屬

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