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想发展清洁能源,这些战略金属必须拿捏住

作者:江伟欢 来源:南方能源观察 发布时间:2022-05-17 浏览:

中国储能网讯:为应对气候变化,向清洁能源转型是大势所趋。以新能源、信息产业和低碳经济等为代表的新业态蓬勃发展,带动关键矿物资源的需求快速增长,全球矿物资源的供需格局发生了重大变化。

而使用的矿物资源类型因技术而异:比如镍、钴、锂,都是电动车三元锂电池的重要原材料;稀土元素对风力涡轮机、太阳能电池板和电动车电机所使用的磁铁至关重要;电网需要大量的铜和铝,而铜是所有电力相关技术的基石。

向清洁能源系统的转型推动能源、制造业对这些矿物的需求增加,下图是基于国际能源署(IEA)数据整理出的关键金属产地及加工地。

图表来源:ELEMENTS.VISUALCAPITALIST.COM  

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中国产出了全球60%的稀土元素,这些元素被用于制造电子设备,包括智能手机和电脑。锂的生产市场份额由澳大利亚(52%)和智利(22%)主导,中国占有约13%。清洁能源金属加工业务方面,中国占比较高,镍、锂、钴和稀土元素加工比重分别为35%、58%、65%和87%。

根据中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心最新预测,到2035年中国关键矿产需求为钴25万吨、稀土40万吨、锂(折碳酸锂)130万吨、镍210万吨、锗800吨,分别是2020年的3.5倍、2.6倍、5.9 倍、1.6倍和10倍。

稀土元素

稀土元素是一组含有17种银白色软重金属的统称,它们很少单独存在于大型的独立矿床中,通常混杂在其他元素中,导致其较难被发现。

17种稀土元素是:镧(La),铈(Ce),镨(Pr),钕(Nd),钷(Pm),钐(Sm),铕(Eu),钆(Gd),铽(Tb),镝(Dy),钬(Ho),铒(Er),铥(Tm),镱(Yb),镥(Lu),钪(Sc)和钇(Y)。

稀土元素通常用作催化剂和磁铁。目前已知最强的磁铁钕铁硼是由钕、铁、硼形成的四方晶系晶体,通过向其中添加镝和镨等其他稀土元素还可以改变磁铁的性能和特性。

电动车发动机、风力涡轮机中的发电机、各种电子产品都需要用到稀土做成的磁铁和元件,例如,装机容量为1兆瓦的风机需要用到171千克的稀土,1部iPhone中含有8种不同的稀土元素。此外,稀土也常应用在航天、军事、国防等高精尖领域,可替代性小,预计到2030年,对稀土金属的需求将增加近一倍。

目前全球稀土元素储量约为1.15亿吨,中国在稀土矿产量和储量位居世界第一,储量为4400万吨,比位居第二和第三位的越南(2200万吨)和巴西(2100万吨)储量之和还要多。中国的稀土矿山主要集中在内蒙古、山东、四川和南方的部分省份。其中内蒙古白云鄂博稀土矿被称为世界第一大稀土矿。

图表来源:ELEMENTS.VISUALCAPITALIST.COM  

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中国自上世纪80年代以来就开始持续研究稀土元素,并出台了相关的产业政策支持其发展。2020年时中国生产了全球85%的精炼稀土,美国80%的稀土从中国进口。不过随着中国一系列稀土管制政策的实行和稀土价格的上涨,世界主要稀土公司均增加了新开稀土矿山的数量或增加已有稀土矿山的产量,使中国在全球稀土产量中的占比有所下降,未来世界稀土生产依赖中国单边供应的局面将有所改变。

锂是为电子设备、电动汽车、储能技术提供动力的锂离子电池的核心材料之一。

由于锂在清洁能源技术中的应用,自2010年以来,锂的消费量几乎增长了4倍。不但需求增加了,用途也发生了变化。以往锂最大的用途是陶瓷和玻璃制造业。在陶瓷和玻璃器皿的涂层中添加碳酸锂可以减少热膨胀,这对于现代玻璃陶瓷灶具来说是必不可少的。但在这十年间,电动汽车发展迅速,占全球汽车市场份额从2010年的0.01%飙升至2021年的8.6%。这对电池产生了巨大的需求,目前电池用锂占全球锂消费量的近四分之三。随着电动汽车的普及,本世纪20年代或许是标志着锂消费增长的又一个十年。多个国家已经承诺到2030年逐步淘汰内燃机汽车,大众、通用和福特等大型汽车制造商都在计划推出新的电动汽车。锂的消耗量预计会持续增加,到2025年,电池消耗的锂将占锂总产量的84%。

图表来源:ELEMENTS.VISUALCAPITALIST.COM  

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全球锂资源丰富,根据中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布的《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告(2021)》,全球锂矿储量12828万吨(碳酸锂当量),主要分布在智利41.06%、澳大利亚14.34%、阿根廷13.20%。

中国锂矿储量810万吨,占全球6.31%。目前国内锂电企业所使用的锂矿资源主要来源于澳大利亚的锂辉石资源以及智利地区的盐湖提锂。华西证券口径称,目前国内的锂电池生产企业对海外锂矿的资源依赖程度达到85%。

据eo不完全统计,中国企业在海外的锂矿项目有以下这些:

钴是重要的新能源材料,在现代工业发展中有许多不可替代的用途。除了是航空航天、石油化工、玻璃制造及医药领域的重要原材料,钴还是制备锂离子电池的正极材料。电池行业是消耗钴最多的行业,电动汽车动力电池对钴的需求迅速增长。基准矿物咨询公司认为,2026年全球电池材料钴用量将比2017年电池材料用钴量增长4倍以上,达19.5万吨。国际能源署推测,2030年电动车钴需求量将达到29.1万吨/年。

全球钴资源相对稀少,钴矿储量668万吨,主要分布在刚果(金)44.46%,其次是印度尼西亚16.02%、澳大利亚9.73%。刚果(金)作为全球最重要的钴资源分布地区,其南部的中非铜钴成矿带集中了全球近一半的钴矿资源。全球钴产业链基本形成了以非洲采矿为基点,以中国冶炼为主导,以中、欧、美、日消费为归宿的产供销格局。

钴被美国和欧盟列入影响国家和地区安全及未来经济发展的关键矿物和材料清单,也被中国列入战略性矿产目录。中国是世界上最主要的精炼钴生产国和钴消费国之一,但钴矿储量仅占全球总储量的1.1%,钴原料大量依靠进口,数据显示,2020年中国钴资源对外依存度高达97%,而到2025年这一数字预计将达到99%。

主要用于生产不锈钢的镍已经是世界上最重要的金属市场之一,规模超过 200 亿美元。但镍除了在不锈钢生产中得到广泛使用外,还是锂离子电池正极中最重要的金属。随着电动汽车普及率的提高和锂电池的发展,预计镍在未来电池中所占比例将越来越大,全球对镍的需求也将激增。特斯拉CEO埃隆·马斯克曾指镍原料的短缺是影响电动车电池生产的最大障碍之一。

全球镍矿储量约9063万吨,主要分布在印度尼西亚、澳大利亚、俄罗斯、古巴、巴西、加拿大和菲律宾等国家。尽管全球镍矿资源丰富,但全球供应链中的大多数镍实际上并不适合电池生产。

目前开发的镍矿主要分为红土型和硫化物型。其中红土型镍矿储量5740万吨,占全球总储量的63%,主要用于制造不锈钢。品位较高但较稀有的硫化镍型储量3318万吨,占全球总储量的37%。硫化镍矿床用于制造镍金属和硫酸镍。而后者主要用于电镀和锂离子正极材料,不到10%的镍供应是硫酸盐形式。能源咨询公司伍德麦肯兹指出,尽管硫酸镍的生产能力正在迅速扩大,但仍无法确定是否有足够的硫酸镍产能来满足电池的需求。

中国镍储量398万吨,占全球4.39%。我国硫化物型镍矿资源较为丰富,主要分布在西北、西南和东北等地,但红土镍矿资源比较缺乏,且品位较低,开采成本高,我国每年都需大量进口红土镍矿来发展不锈钢工业。

据eo不完全统计,中国企业在海外的镍矿项目有以下这些:

铜有着极佳的导热性和导电性,因此是能源技术中使用最广泛的矿物,对所有与电力相关的基础设施都至关重要。根据 Navigant Research 的数据,以下是风能和太阳能发电场每兆瓦装机使用的铜量:

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新能源电力、新能源汽车等行业发展将拉动铜资源需求呈较快增长态势。2040年,全球铜消费将增长至4150万吨,较2020年增长 62%。中国仍将是全球铜需求的主体,2040年需求仍占全球51%。

然而,尚不清楚是否会有足够的铜供应来满足这种不断增长的需求。全球探明铜矿储量约21亿多吨,储量最多的国家是智利,约占世界储量的三分之一。但智利的平均矿石品位在过去15年中下降了30%,开采铜变得越来越困难。尤其是2022年以来,智利的铜产量远低于预期,接近一半的供应受到影响。

中国铜矿资源探明储量1.13亿吨,主要集中在西北、西南及华南等地区。为了满足日益庞大的需求,中国不断增加铜产品的进口量,国内矿企也加大走出去的力度,收购海外铜矿。

据eo不完全统计,中国企业在海外的铜矿项目有以下这些:

题外话

一辆电动汽车中含有多少种关键矿物?

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在电动汽车的电池中,正极含有多种矿物,可以说是电池中最重要和最昂贵的组件,也是电池性能的主要决定因素,每种矿物都具有独特的优势。例如,镍钴锰NMC电池中含有的镍能增加其能量密度或每单位体积存储的能量,从而增加电动汽车的行驶里程。钴和锰通常在NMC 电池中充当稳定剂,提高其安全性。

同时,石墨因其成本相对较低、资源丰富且循环寿命长而成为负极的首选材料。由于整个负极由石墨组成,它是电池中最大的单一矿物成分。电池中所用的其他材料包括用于保护电池免受外部损坏的外壳中的钢,以及用作负极集电器的铜。

磷酸铁锂LFP电池不使用任何镍,与在正极使用氢氧化锂化合物的镍基电池不同,LFP电池使用碳酸锂,这是一种更便宜的替代品。特斯拉最近也将LFP电池用于标准续航里程的汽车,将碳酸锂的价格推至历史新高。

随着汽车制造商推出具有不同特性的新车型,未来电池化学成分也会不断发展。

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