能源系统将从燃料密集型逐渐转向矿物密集型，相关的关键矿产这一不可再生资源的重要性越来越凸显
文 | 陈钰什 郑颖
编辑 | 韩舒淋
在绿色转型大趋势下，世界各国纷纷设定净零排放目标，太阳能光伏、风能、核能等低排放电力系统，以及电动汽车和储能设施的广泛应用，成为实现能源低碳化转型的关键路径。而铜、锂、镍、钴、石墨、稀土元素等被用于清洁能源生产的关键矿产，不仅是制造光伏组件、风机、高效电池、永磁电机、电力传输网络和氢电解设备等的技术核心支撑，也是决定以上关键清洁技术生产成本的最重要因素。此外，在半导体、国防、航空等领域，这类关键矿产也必不可少。
作为现代工业和经济发展的基石，关键矿产对全球能源转型、国家安全及经济命脉有着深远的影响。在过去，能源的关键资源是石油、天然气、煤炭等燃料密集型资源。在迈向低碳经济的道路上，诸如铜、锂、钴、镍、铜和稀土元素等关键矿产资源，成为了连接过去与未来的桥梁。围绕关键矿产资源的争夺，将对全球清洁产业格局和供应链韧性产生巨大影响。
美国和欧盟两大主要经济体，正在分别建立各自的矿产资源联盟，并且互相达成合作，试图多元化关键矿产来源，削弱中国在关键矿产领域的领导地位。以美国推动成立矿产安全伙伴关系（MSP）为标志，地缘政治正在成为影响关键矿产竞争不可忽视的因素。
能源系统转型：从燃料密集型到矿物密集型
关键矿产影响产业典型的例子，是在全球的交通脱碳和可再生能源发展的目标下，电动汽车产量和销量的提升，带动了相关电池产能的迅速增长，进而拉高了对锂、镍、钴、锰和石墨等关键矿产的需求，而锂、镍、钴等关键矿产的产能和价格，又会反过来影响电池和电动汽车的布局和发展：
一方面，电池的增产带动了全球对关键矿产的需求。锂、镍、钴等是保证电池续航能力和性能的关键，而电池是决定新能源汽车整车寿命、续航里程的核心，一辆纯电动汽车所需的矿物投入量是传统燃油车的六倍之多，因此，电动汽车电池需求的增长带动了全球对关键矿产的需求。根据国际能源署（IEA）统计，2023 年全球对电动汽车电池的需求达到 750 GWh （吉瓦时）以上，较 2022 年增长 40%。而电池行业需求的增长，直接带动了关键矿产需求的增加，2023年，电池行业对锂的需求约为占全球锂总需求的85%，比 2022年增长30%以上；电池行业对钴需求占全球钴总需求量的70%，比2022年增长15%；电池对镍的需求比2022年增长近30%。
另一方面，关键矿产的价格决定了电动汽车及电池成本竞争力。IEA报告显示，关键金属的价格是左右电池价格高低的主要因素，2022年，由于电池金属市场的动荡，锂离子电池组成本比2021年上涨7%。2023年，虽然碳酸锂价格仍比2015年-2020年的平均价格高出约50%，但由于钴、石墨和锰等关键金属的价格在2023年底跌至低于2015年-2020年的平均水平，2023年电池组价格仍比2022年下跌近14%。电动汽车的电池成本占整车成本比例接近40%，虽然整车制造商通常会与电池制造商提前签订长期合约，致使关键矿产的价格波动对整车的成本影响存在滞后性，但价格波动影响仍会传递至最终的电动汽车整车制造和销售环节。根据美国能源信息署的数据，2023 年 12 月美国电动汽车的平均价格较 2022 年二季度的价格峰值下降 24.2%。
图1，2015年-2024年选定电池材料和锂离子电池的价格 来源：IEA
除了电动汽车，其他的新能源技术，如风能、太阳能光伏等，比基于化石燃料的技术更需要关键矿产。太阳能光伏板的高效运作离不开硅；而陆上风力发电站所需的矿物资源约为同等规模燃气电站的九倍；稀土元素，特别是钕和镨，是制造高性能永磁材料的必需品，广泛应用于风力发电机和电动汽车的电动机中。此外，铜和铝对于构建强大的电力网络至关重要，它们确保了电力的有效传输和分配。根据国际能源署（IEA）的报告显示[1]，预计到2040年，相较2010年，平均每单位新增电力装机容量所需的矿产资源将增加50%。其中，锂、镍和钴的消费量预计将分别比2020年大幅增长42倍、33倍和21倍，稀土、铜和硅的消费量增幅则分别为7倍、3倍和2倍。
关键矿产争夺：重塑全球产业格局
关键矿产作为能源转型与尖端制造的核心要素，其稳定的供应链对保障国家经济安全与科技进步至关重要，关键矿产的供应安全和可持续性问题日益凸显。不同于石油与天然气这类相对丰富的资源，关键矿产的全球储备量有限，且市场特性各异，价格与产地分布不均，生产与加工环节呈现出明显的集中度。全球范围内，多数关键矿产的产量过半甚至更多，仅由少数几国把持，而全球其他国家和地区则扮演着依赖者的角色。
以2022年数据为例，据美国地质调查局的数据显示，全球稀土产量总计30万吨，其中中国、美国与澳大利亚三国的总产量占据了90%的市场份额，中国单国产量更是高达全球总量的70%。类似的，刚果民主共和国贡献了全球70%的钴产量；澳大利亚、智利与中国三国掌握了全球90%的锂金属生产；而中国、俄罗斯与塔吉克斯坦三国则控制了全球88%的锑金属产出。
全球关键矿产的供应格局极度依赖少数国家，这一现实让国际市场的稳定性和可靠性面临严峻考验。近年来，随着中美贸易争端与全球疫情的双重冲击，加剧了各国对关键矿产供应链集中度的担忧。尤为引人关注的是，中国在关键矿产的开采、加工、制造乃至应用领域，已达到世界领先水平，这一事实激起了美国等国的深切忧虑，促使全球范围内围绕关键矿产的争夺战悄然升级。
面对这一局势，各国正积极寻求策略，以期减少对单一供应源的依赖，保障自身在能源转型与高科技制造领域的供应链安全，以美国和欧盟的做法最为典型：
美国方面，2022年6月，美国主导下成立了矿产安全伙伴关系（MSP），成员包括澳大利亚、加拿大、芬兰、法国、德国、日本、韩国、瑞典、英国以及欧盟，共同致力于构建一个排除中国在内的关键矿产供应链，目的是削弱中国在该领域的主导地位。
MSP被形象地比喻为“金属北约”，其成立标志着关键矿产的竞争已从单纯的市场较量转变为地缘政治的博弈。这是继美国在2017年和2019年发布全面政府战略，以及将关键矿产供应列为影响国家安全四大风险之一后的又一重大举措。美国及其盟友通过MSP这一平台，意在集体应对中国在关键矿产供应链中的影响力，确保西方国家在这些资源上的安全和独立性。这一行动体现了关键矿产在全球政治经济中的重要性日益提升，成为国际战略竞争的新焦点。欧盟、日本、澳大利亚和加拿大等发达国家和地区纷纷响应，不仅各自发布了本国或地区的战略性关键矿产政策和清单，还积极参与到美国领导的MSP中，共同构建了一个旨在对抗中国主导地位的国际联盟。
欧盟方面，则是积极推动《关键原材料法案》的立法工作。俄乌战争给欧盟上的最深刻的一课，是对关键的产业构建安全可控的本土供应链，避免再次出现对第三国供应链的集中和过度依赖，尽可能防控地缘政治等不稳定因素对本土产业发展的风险。
欧盟提出，关键原材料对欧盟具有重要经济意义，但来源集中且缺乏优质、实惠的替代品，具有较高的供应中断风险，需要构建安全、多样化、负担得起和可持续的关键原材料供应体系，减少对外依赖，并重点关注稀土、锂等关键技术原材料的开采、精炼、加工和回收全过程。
根据欧委会测算，预计到2030年，欧盟对稀土金属的需求将增长6倍，对锂的需求预计将增长12倍，到2050 年欧盟对稀土金属的需求将增长7倍，对锂的需求将增长21倍。因此，法案提出，到2030年，每年在欧盟本土至少开采10%、加工40%和回收25%的关键原材料；同时，在任何加工阶段，来自单一第三方国家的战略原材料年消费量不应超过欧盟的65%，并且加强贸易关系，强化在关键原材料上的国际战略伙伴关系合作，建立以欧盟为中心的CRM Club（全球关键原材料俱乐部），确保使欧盟关键原材料进口多元化。
2024年4月5日，MSP成员与哈萨克斯坦、纳米比亚、乌克兰和乌兹别克斯坦宣布启动矿产安全伙伴关系论坛(MSP 论坛)，而欧盟宣布CRM Club正式成为MSP论坛的正式组成部分，象征着欧盟和美国进一步深化了在关键矿产上的合作关系。
中国在全球关键矿产领域展现出显著的资源优势与产业优势，不仅在多种矿产的开采、加工和制造上占据主导地位，而且在下游应用如晶圆和电池生产上也处于世界前列。
具体而言，中国在镓、镁、钨、稀土、锑等矿产的开采上拥有绝对优势，其产量占全球比例极高，例如镓和镁产量分别达全球的90%以上。中国在钴的开采上虽非第一，但得益于在刚果（金）的投资，实际上控制着大部分钴资源。加工环节中，中国在稀土、钴、锂等关键矿产加工上占据绝对份额，例如在稀土加工上占比达89%。在制造业市场，中国在钴、锂、稀土、硅等关键矿产产品的制造上占据主导地位，特别是在晶圆和锂电池产能上，中国分别占据全球90%以上和近80%的市场份额。
然而，中国在关键矿产领域的优势也伴随着一定的挑战。
一方面，国际地缘安全对中国的矿产供应链影响较深，由于对海外关键矿产供应链的较强依赖，使中国的关键矿产其面临多重安全威胁，尤其是运输通道受制于人的困境尚未解决，如海上航线的不确定性，马六甲海峡、苏伊士运河等地的潜在封锁风险，到陆上走廊的脆弱性，如中亚、南亚地区的地缘政治紧张局势，都可能成为关键矿产供应链中的“阿喀琉斯之踵”。
近年来，中国对关键矿产的消费需求持续上升，目前已成为全球最大的矿产消费国和进口国。2021年中国有20种矿产的消费量超过全球总量的一半，24种矿产依赖进口，其中16种矿产的对外依存度超过50%，11种矿产进口量超过消费量的70%，包括铀、铁、锰、铬、铜、镍、钴、石油、锂、铌和铂族等。
随着需求的增长，中国可能面临供需倒置的风险，如稀土领域，尽管我们是主要供应国，但同时已成为全球最大的进口国；对于钴而言，由于主要产地刚果（金）和物流枢纽南非的政治经济社会局势等非经济因素的影响，钴矿的安全稳定供应受到严峻挑战；中国锂矿储量虽然排名全球第四位，但是中国锂矿品位[2]较低，且受环保政策和技术水平的制约等因素，导致国内的锂矿供应难以完全满足产业发展需求，故长期依赖进口也是中国锂矿产业的特点和软肋。
另一方面，中国的关键矿产精炼加工优势地位可能受到挑战。中国在矿产精炼加工环节占据绝对优势地位，但全球的主要精炼加工品需求和下游消费市场仍然集中在美国、欧盟等地。当前，美国、欧盟等正通过建立关键矿产伙伴关系、本土化生产要求和去风险等措施，意图加强自身及其盟友在关键矿产供应链的产能控制权及定价权，进一步削弱对中国关键矿产供应链的依赖，虽然美国和欧盟等由于环保、人力资源、能源成本等因素，可能出现关键矿产发展目标与进度不一致的情况，但由于各国都逐渐重视关键矿产对于产业和经济发展的重要性，可能导致部分出口国倾向于减少关键矿产出口，转而支持在本地建设精炼加工产能，会对中国的部分关键矿产精炼加工优势造成影响。
由于中国的部分关键矿产资源禀赋不占优，叠加矿产的产能调节速度与产业的需求变化速度存在不一致的情况，因此短期内，依赖海外矿产资源的现状可能难以改变，而面对地缘政治挑战，西方国家尤其是美国，正通过整合关键矿产资源，构建一个将中国排除在外的供应链体系，意在削弱中国在全球关键矿产市场上的主导地位。这一动向不仅对中国的供应链安全构成威胁，也影响到中国在全球经济和科技领域的竞争力。为应对以上挑战，需从以下六个方面着手：
1.加快国内关键矿产的勘探与开发：中国拥有丰富的矿产资源，但在关键矿产的勘探与开发方面仍存在不足。通过加大国内勘探力度，特别是针对钴、锂、镍、稀土元素等关键矿产，可以提高国内自给率，减少对国外资源的依赖。同时，利用人工智能等新技术，通过集成卫星遥感图像、地质构造数据、土壤样品分析结果等多种数据源可以提高矿产开采效率和资源利用率，对保障国家资源安全具有重要意义。
2.加强政策协调，确保先进矿产产能发展：矿产的开采和加工是高耗能行业，在发展的过程中，应当与能耗“双控”、生态环境保护、碳排放控制等政策形成有效的协同。在管理中，建议在政策设置中，区别“落后产能”与国家未来发展重要战略性资源的“先进产能”，强化绿色矿山建设，通过精细化的政策引导和管理，确保中国的关键矿产供应链的有序和安全发展。
3.优化海外供应链布局，推动关键矿产领域的国际合作：中国需要在海外关键矿产资源的获取上采取更为多元化的策略，减少对单一国家或地区的依赖。通过与资源丰富的国家建立长期稳定的合作关系，共同开发矿产资源，不仅可以确保资源的稳定供给，还能通过国际合作增强供应链的韧性。同时，中国应积极参与国际矿产治理规则的制定，提升在全球矿产供应链中的话语权。
4.加大研发投入，寻找关键矿产的替代材料：科技创新是破解关键矿产供应瓶颈的关键。中国应加大在新材料、新技术方面的研发投入，寻找关键矿产的替代品，减少对特定矿产的依赖。尤其在科学智能（AI for Science）的战略布局方面，例如，在寻找锂离子电池关键矿产（如锂、钴）的替代材料方面，通过模拟和计算，AI帮助发现了几种含钠的化合物，它们在理论上具有与锂相似的电化学性能，但资源更为丰富，且分布更广泛，这为开发低成本、高性能的钠离子电池奠定了基础。此外发展高效的磁性材料，降低对稀土元素的需求也是重要命题。基于科学智能的材料设计方法，不仅有助于减少对关键矿产的依赖，也为能源存储技术的可持续发展开辟了新的路径。通过不断的技术创新，中国可以提升产业链的自主可控性，增强在全球竞争中的优势。
5.提高资源回收和再利用率，减轻对原生资源的依赖：循环经济是减轻对关键矿产依赖的有效途径。中国应大力发展资源回收和再利用产业，提高关键矿产的循环利用率。例如，建立完善的废旧电池回收体系，提高锂、钴、镍等电池材料的回收率；加强对电子废弃物的回收处理，从中提取有价值的金属。这不仅能减少对原生资源的开采，还有助于缓解环境污染问题。
6.制定和执行严格的环境、社会和治理（ESG）标准：在关键矿产的开采和加工活动中，中国国应严格执行高标准的ESG要求，确保资源开发活动的可持续性。这包括减少矿产开采对生态环境的影响，保障当地社区的权益，以及提升矿产加工过程中的安全和健康标准。通过实施严格的ESG标准，中国可以树立负责任的大国形象，赢得国际社会的信任和支持，同时也为全球矿产资源的可持续利用做出贡献。
责编｜张雨菲
