关于脱碳的讨论使一组此前几乎无人问津的原材料成为关注焦点。如今，如果没有这些资源的稳定供应，可再生能源的部署、经济的数字化转型以及交通运输的电气化都将无从谈起，因此了解其价值链背后的运作机制至关重要。简而言之，我们谈论的是那些需求量激增，而供应却因地质因素、贸易和政治紧张局势等诸多原因而变得日益复杂的矿产资源。 市场需求与实际到达行业的产品之间存在的这种“错配”。 这才是问题的关键所在。
人们的关注点并非纯粹出于技术层面：还涉及外部依赖、地缘政治风险以及不容忽视的环境影响。世界各国政府和企业已经采取措施，确保以负责任的方式获取这些材料。 问题在于如何确保安全、可持续和具有竞争力的供应。 在应对气候紧急情况所需的时间内，不会给当地社区和生态系统带来不公平的成本。
关键矿物指的是什么？
简单来说，关键要素是指那些需求量大、供应链脆弱的自然要素，无论是由于地质稀缺性、地理集中性还是加工瓶颈造成的。 批判性并非一成不变：它会随着社会需求和可用资源的变化而变化。因此，随着技术和市场的演变，一种材料可以从战略性材料变成关键性材料，反之亦然。
目前尚无普遍接受的定义，相关术语也存在重叠：我们常听到战略矿产、能源转型矿产或关键原材料等说法。每个国家或经济集团都会制定自己的优先事项清单。 例如，欧盟在 2020 年发布了一份基本物资清单。 其中包括钴、铟、镁、钨、锂或锶等。
最常被提及的名称包括铝、铬、钴、铜、石墨、铟、铁、铅、锂、镍、锌以及被称为稀土元素的元素。 它们是具有强劲增长潜力且尚无明显替代品的技术的关键组成部分。 在许多用途中，如果供应中断，其风险就会增加。
它们现在主要用于什么用途？
其化学、磁性和光学特性使其能够用于制造从手机、电脑到扬声器、平板电脑等各种产品，从而提高效率、性能、速度、耐用性和热稳定性。 消费电子产品和数字基础设施的众多组件都依赖于这些材料。从微芯片到永磁体。
它们在能源转型中的作用更加至关重要。它们对于光伏电池板、风力涡轮机，尤其是电动汽车电池和储能系统都必不可少。 每种技术所需的组合和数量都不同。太阳能需要更多的铝和铜；风能需要更多的铁和锌；地热能需要更多的镍和铬；电池需要更多的石墨、镍和钴。
如果我们扩大关注范围，其他未来技术也会发挥作用：氢电解槽、数据传输网络、无人机、先进机器人、电力电子或卫星。 近期研究预测，到2030年，年增长率将达到两位数。 在许多这些领域，人们明显依赖于铟和镓（高效 LED）、硅（半导体）或铂族金属——铱、钯、铂、铑和钌——（催化剂和燃料电池）等材料。
它们是从哪里提取的？由谁进行加工？
世界各地均有丰富的矿藏。智利和秘鲁有铜矿；澳大利亚和智利有锂矿；印度尼西亚和菲律宾有镍矿；刚果民主共和国有钴矿；中国则蕴藏着大量的稀土元素。 这种不均衡的分配使供应安全更加复杂，并增加了地缘政治风险。.
开采只是故事的一部分。加工和提炼环节的集中度更高：中国在众多关键材料的加工方面处于领先地位，占全球稀土产量的80%以上。 对中间环节的控制使该国成为全球贸易真正的神经中枢。 并解释了当流程中断时，该行业所面临的瓶颈。
值得注意的是，这些市场通常比油气市场规模更小、地域集中度更高、竞争程度更低。 流动性降低会加剧波动性和对冲击的敏感性。 监管或外交方面的。
欧洲和西班牙：起点
在欧洲，除少数例外情况外，稀土元素和其他关键材料的国内生产能力有限。德国供应全球约8%的镓；芬兰供应约10%的锗；法国供应约59%的铪；西班牙供应约31%的锶。 尽管存在这些专业化区域，但欧洲的产能远远无法满足国内市场的需求。.
为了减少对外国资源的依赖，欧盟正在推动发展可行且可持续的采掘、加工和回收产业。在西班牙，地下资源蕴藏着丰富的机遇：卡塞雷斯已探明锂矿资源，雷阿尔城则蕴藏着稀土资源。 然而，许可证审批程序和社会对新矿山的反对阻碍了这些项目。然而，目前已有公共和私人机构发起倡议，寻求达成共识以推进相关工作。
未来需求和情景
如果我们真的想要一个低排放的能源系统，我们需要的不是更少，而是更多的矿物。最常被引用的预测表明，铜和稀土元素的需求量将增加40%以上，镍和钴的需求量将增加60-70%，锂的需求量将增加近90%。 总体而言，到 2040 年，关键矿物的总需求量可能会增长四到六倍。 高于目前水平。
与此同时，联合国贸发会议警告称，未来几十年与可再生能源相关的铜需求可能会翻一番。 按照目前的生产速度，将不足以满足所有需求。如果不加快投资、创新和材料效率的提高，将全球变暖限制在 1,5°C 以内的目标将受到威胁。
关键技术和材料依赖性
电池、风力涡轮机、太阳能电池板、电解槽和高容量电网并非凭空制造：它们的内部是由多种特殊材料拼接而成。铟和镓用于节能型LED照明；硅是微芯片的基础；铂族金属则用作催化剂和电极。 技术与材料之间的这种交叉依赖性 它解释了为什么金属中的缺陷会危及整个产业链。
除了媒体报道的标志性元素（锂和钴）之外，过渡金属的范围非常广泛。在过渡金属领域，最常被提及的矿物包括铝土矿、镉、铬、锡、镓、锗、石墨、铟、锰、钼、镍、硒、硅、碲、钛、锌和稀土元素，以及铜和铅。 材料的多样性使替换变得复杂，迫使我们思考针对特定应用的解决方案。.
如何确定临界性？
评估某种原材料是否至关重要，主要考虑三个变量。首先，是储备水平及其补充速度。其次，是能否用性能相近的其他材料替代。第三，是该原材料在战略性行业中的重要性以及供应链中断的风险。 当稀缺性、缺乏替代品和高度的行业依赖性同时出现时风险骤增。
欧洲产业政策制定者明确指出：如果没有安全、可持续的关键原材料供应，就不会有绿色再工业化或具有竞争力的数字化转型。 这就是新法律、新联盟和新资金背后的逻辑。 旨在保护获取这些资源的权利。
哪里可以找到可靠数据
良好的信息对于做出明智的决策至关重要。欧洲开放数据门户网站在搜索关键原材料时会返回数万条结果，通过优化筛选条件，可以找到相关的数据集。联合研究中心（JRC）2020年对关键原材料的评估尤其值得关注。 通过 RMIS（原材料信息系统），您可以访问预先列出的战略性、关键性和非关键性材料的分析。以及它在使能技术中的应用。
另一个重要的资源是欧洲地质数据基础设施（通常称为EDGI），它提供地质目录和服务，其中包括 锂、钴或石墨的赋存分布图 这些数据集大多来自 FRAME 项目，该项目由西班牙 IGME 等多个欧洲组织参与，并允许以 GeoJSON 等格式下载数据。 这些资源对于了解资源的分布位置及其地质背景至关重要。.
在国际层面，国际能源署提供了关键矿产需求数据集，这是一个可下载的数据库，有助于了解与能源转型相关的各种情景以及供需平衡情况。 这些综合信息来源能够提供更可靠、更具可比性的诊断结果。 适用于公司和行政机构。
环境影响和采矿与气候标准
开采和加工过程会对环境造成影响：露天采矿会产生废石，可能造成含水层重金属污染，并破坏脆弱的生态系统。此外，提炼过程也需要消耗大量能源和水资源。 当生产集中在环境法规较为宽松的国家时这些影响往往会加剧。
在此背景下，“气候智能型”采矿的概念正在兴起：即通过技术和实践最大限度地减少对环境的影响，使对矿物的需求与环境保护相兼容。 它不是一个营销标签；它涉及重新设计流程、衡量影响和要求可追溯性。 贯穿整个产业链。
回收利用、螺旋式经济和替代
技术发挥了作用。湿法冶金、火法冶金和生物浸出工艺正在不断扩展，以提高回收率和纯度，而生态设计则致力于促进设备的拆卸和可追溯性。 材料的选择性替代也日益重要。例如，转向使用不含镍和钴的磷酸铁锂 (LFP) 电池化学体系，或者开发用于特定应用的钠离子电池。
挑战的规模巨大：美洲开发银行估计，要完成向低碳经济的转型，大约需要 3.000 亿吨矿物。 如果回收利用、材料效率和替代方面不出现显著改进，初级萃取压力将非常高。
能源转型中的应用和市场
光伏发电、风力发电、电网和储能是铂金的主要消耗领域，但并非全部。医疗保健行业在催化剂和设备中使用铂金，石墨用于电极和耐火材料，稀土元素则用于制造电机和发电机中的高性能磁体。 应用范围之广解释了为何多个行业的需求同时增长。.
与此同时，市场会对各种激励措施做出反应。近年来锂价上涨凸显了该体系的敏感性，并刺激了投资，同时也加剧了地缘政治紧张局势。 监管方面的应对措施包括旨在稳定供应链的国际协议 并协调环境和社会标准。
负责任的管理和监管
降低风险需要具有韧性的供应链、清晰的规则和透明度。监管框架必须吸引投资、公平分配利益，并建立可核查的环境和人权标准。 认证体系和尽职调查是关键组成部分 获得社会认可和市场准入。
在技术方面，该行业的目标是将某些应用中的钴含量从大约 30% 降低到接近 10%，推广磷酸铁锂电池，并完善钠基电池方案。 技术替代方案越可靠，接触单一材料的机会就越少。.
各国政府也在积极建立联盟，例如欧盟与美国之间关于关键矿产的协议，旨在促进贸易并确保清洁技术所需的材料。 经济外交的重要性已经与地质学不相上下。.
转型地图上的拉丁美洲
许多此类资源的地理分布区域与生物和文化极其丰富的地区重叠。例如亚马逊雨林和安第斯盐沼。 相当一部分资源集中在全球南方。因此，治理和地方参与决定着机遇与冲突的走向。
该地区值得一提的作品包括： 阿根廷（锂）、玻利维亚（锂）、智利（除锂外还有铜和钼）、巴西（铝、铝土矿、锂、锰、稀土、钛）、哥伦比亚（镍）、墨西哥（铜、锡、钼、锌）和秘鲁（锡、钼、锌）国际议程加剧了这场辩论，联合国小组提出了公平和可持续管理的建议，美洲人权委员会最近也举行了关于环境和社会影响的听证会。
稀土元素：它们究竟是什么
“稀土元素”一词涵盖16种元素：镧系元素（从镧到镥）加上钇，因为它们的化学性质相似。这些元素包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。 “稀有”一词并不意味着它们在地壳中几乎不存在。问题在于它们通常不会集中在易于开采的矿床中，而且分离它们也很复杂。
它的重要性在于它在永磁体、屏幕荧光粉、催化剂以及电子和能源等多个领域的应用。 价值链需要高度专业化的加工和提炼。这提高了准入门槛，并增加了对少数参与者的依赖。
过渡术语和物料清单
除了上述元素外，可再生能源技术通常还包含铝土矿、镉、铬、锡、镓、锗、石墨、铟、锰、钼、镍、硒、硅、碲、钛和锌，以及铜、锂、钴和稀土元素。 仅供参考:
- 太阳能技术铝土矿、镉、锡、锗、镓、铟、硒、硅、碲、锌。
- 电气装置： 铜。
- 风力铝土矿、铜、铬、锰、钼、稀土、锌。
- 储能铝土矿、钴、铜、石墨、锂、锰、钼、镍、稀土元素、钛。
- 电池钴、石墨、锂、锰、镍、稀土元素。
在医疗保健和高科技领域，铂金因其耐腐蚀性和耐高温性而脱颖而出，被用于催化剂和医疗设备中。 石墨除了用作电池负极材料外，还用于电极、润滑剂和耐火材料。这种行业多样性要求同时监测多条价值链。
市场、产业政策和数据决定
地质资源相对稀缺、生产集中、加工复杂以及需求不断增长等因素共同造成了脆弱性。正因如此，投资和创新已成为欧盟、美国、澳大利亚和其他国家的经济政策优先事项。 如果没有规划和高质量的开放数据，决策要么做得太晚，要么只能凭直觉做出。.
欧洲数据生态系统（包括 JRC 的 RMIS 和 EDGI 地质基础设施）与 IEA 的资源一起，正在帮助标准化诊断、比较各种方案并确定瓶颈的优先顺序。 拥有同质且可追溯的系列可以降低不确定性 对监管机构和投资者而言。
西班牙拥有丰富的采矿资源和可再生能源领域的领先地位，渴望在更加自主和可持续的欧洲供应链中发挥关键作用。 关键在于如何协调产业发展机遇与社会和环境保障。在各地区实施严格的标准和参与机制。
能源转型不仅仅关乎绿色电力：它还需要原材料的转型。通过多元化的供应链、改进的回收利用、智能替代以及国际合作， 在不落下任何人的前提下，降低风险并加速脱碳是完全可能的。.