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万亿新能源市场急需稀有金属,但深海采矿是解药还是诅咒?

 潘细录 2022-02-09
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海床上数以万亿计的金属结核可以帮助阻止全球变暖,但是开采它们可能会破坏海洋生态。
8月29日,蜂巢能源在第二十四届成都国际车展上举行发布会,宣布其开发的全球首款无钴电池包正式搭载长城欧拉首款SUV车型樱桃猫,实现量产装车。外界普遍评价动力电池行业由此进入无钴时代。
在发布会现场,蜂巢能源董事长兼CEO杨红新表示,动力电池无钴化一直是锂电行业备受关注的话题。作为不可再生的稀缺资源,全球探明的钴储量仅有710万吨左右。作为全球最大的新能源汽车消费市场也是最大的钴产品消费国,中国已探明的钴储量仅为8万吨,只占全球总储量的1.14%
随着新能源汽车产业在全球的快速发展,近年来钴价已经多次上涨,持续推高的成本严重影响行业发展,有机构预测在2026年后钴资源就将供应不足。
事实上,为了解决钴资源不可持续的难题,全球的科学家们在锂电池去钴化的道路上已经探索了20余年。以蜂巢能源为例,其在无钴电池技术的投入上就超过了5亿元、1,200余名研发人员和数年时间。
其实不仅是钴,新能源行业的爆发式增长使得全世界对铜、锰、镍和其他新能源所需元素的需求也正在急剧上升。
以铜为例,其具有高导电性、耐用性和高可塑性,受可再生能源工厂和电动汽车制造商的需求推动,全球使用量从2009年的1,780万吨跃升至2019年的2,450万吨。此外,锰和镍也已成为电动汽车电池的关键成分。
但略显吊诡的是,就在各大新能源企业为稀有矿物忧心忡忡时,海洋学家已经在海洋底部发现了数以万亿计的多金属结核,每一个都富含锰、镍、钴和铜。因此,一些采矿公司认为,这些海底矿物的开采应该被列为国际优先事项。
佛罗里达海洋矿业公司(Oceans Minerals)的首席执行官Hans Smit说:“我们迫切需要大量的锰、镍、钴和铜来建造电动汽车和发电厂。在不对环境产生重大影响的情况下,增加这些金属供给的唯一选择就是海洋。”
而其他研究人员强烈反对这一观点。他们说,开采深海结核将对我们已经饱受污染、塑料充斥、过热的海洋造成灾难性的影响。深海多毛类蠕虫、海参、珊瑚和乌贼等生活了很长时间的珍稀深海生物将会因为挖矿而消失殆尽。与此同时,带有有毒金属的沉积物将会其他生物误食,由此毒害海洋食物链。
英国海洋生物学家Helen Scales说:“很难想象海底矿场如何能够在不破坏物种和生态系统的情况下顺利运作。”“世界自然纪录片之父”David Attenborough也持相同观点,他呼吁暂停所有深海采矿计划,“采矿意味着破坏,而在海底采矿则意味着破坏一个我们知之甚少的生态系统。”
由此可见,各界已经对于是否开辟海底矿场形成了两极分化的观点。一方面,矿物开采的支持者声称它可以拯救世界,而反对者则警告说它可能引发新的生态灾难。
自从英国皇家海军挑战者号在1872年至1876年的远征期间首次发现多金属结核后,其就为现代海洋学奠定了基础。多金属结核最初被认为是由火山岩和盐类形成的,后来的研究表明,它们是通过吸收海水中的金属化合物来生长的。
伦敦自然历史博物馆的海洋生物学家Adrian Glover说:“通常情况下,结核是围绕着一个掉落在海底的物体(如蛤蜊壳)形成的,而一个海底结核大约每100万年才能生长一厘米。”
尽管生长速度缓慢,但经过亿万年的积累,如今的海床上已经覆盖了数以万亿计的结核。尤其是从墨西哥延伸到夏威夷的400多万平方公里的海底,结核特别丰富。据估计,那里的钴和镍的含量分别是全世界陆地储量的6倍和3倍。
海底锰结核区
也正是这些海底“宝藏”引发了采矿和疏浚公司的兴趣,这些公司现在正排队等待批准勘探该地区的矿物。到目前为止,负责控制国际水域采矿的联合国机构国际海底管理局(ISA)已经授予了20多个勘探合同。最终,这些公司希望将其勘探合同转化为开采深海矿藏的许可证。
但深海开矿可不是一件容易的事情。在黑暗的海底,其压力是水面的500倍,相当于在你身上压了几十架巨型喷气客机。
为了克服这些困难,采矿公司将需要巨大的水面船只,然后铺设管道,并用机器人推土机在深海海底吸取金属结核,最后将它们抽回水面。
这听起来工程十分浩大,然而采矿公司对此却很乐观。“我们已经建造了在海床上运行的机器人船,将在纳米比亚海岸寻找钻石,并铺设深海管道。”荷兰皇家IHC公司海洋采矿业务经理Laurens de Jonge说。
Laurens de Jonge说,“海底采矿意味着在更大的水深和压力下工作,这必然会带来新的挑战。但是,我们预计过去的作业和未来的结核采矿之间不会出现重大差异。我预计,一旦一家公司决定致力于海底采矿作业并获得开采许可证,它可能会在三年内开始进行实际作业。”
作为其计划的一部分,皇家IHC公司已经设计了一个16米宽的机器人,并建造了一个三米长的测试车(称为阿波罗二号),它将能够在一小时内收集约400吨的金属结核,并将它们抽到水面。经过两周的运作,可以通过这种方式搜集10万多吨结核。经过25至30年的作业(ISA开采许可证的预期限度),大约10,000平方公里的海床可以被开采完毕。
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但另一方面,这种规模的开采使许多海洋生物学家感到震惊,因为它可能对深海生物产生深远而广泛的影响。约克大学的海洋生物学家Callum Roberts强调:“在覆盖数千平方公里深海平原的的沉积淤泥中,金属结核是唯一的硬基质,它们是许多不能直接生活在泥浆中的生物的关键附着点。”
这些生物包括海葵、海绵、珊瑚、线虫、章鱼和一种叫缓足虫的微型生物。杜克大学的海洋生物学家Cindy van Dover说:“沉积物中动物的生物量比较低,然而其多样性非常高。”
科学家们说,事实上,海底仍有大量的物种有待发现,而且许多物种在被确认之前就会被深海采矿所湮没。Scales在她最近出版的新书《壮丽的深渊》((The Brilliant Abyss)中写道:“当采矿机器在海床上轰鸣时,它们会掀起细小的泥云,这些泥云会挂在水中,因为那里没有强大的水流来驱散它们。这样一来,像珊瑚和海绵一样珍稀的生物会因被困在泥云里窒息死亡。”
更糟糕的是,海底生态系统一旦遭受破坏便很难恢复。在深海,食物和能量都很有限,生命的生长速度异常缓慢,种群数量可能需要几个世纪才能恢复。
国际动植物保护慈善组织Fauna and Flora International在最近的一份报告中也重申了这些后果。报告指出:“深海海底采矿将导致大规模的栖息地消失。它还将产生沉积物羽流,扰乱深海物种的生态功能和行为生态,扼杀广大区域的基本生态进程。”
就采矿公司而言,他们强调,在完成对其提案的全面环境评估之前,他们不打算开始采矿作业。目前,生态学家、海洋生物学家和海洋学家正在进行这些评估工作。
但与此同时,像 Ocean Minerals 这样的公司还是指责了陆地上的矿井所造成的破坏,这些矿井会造成灰岩坑,引发生物多样性的丧失,并导致土壤和地表水的大面积污染。“我们经过深思熟虑后认为,就我们未来所需的金属数量而言,海底结核开采的影响将比陆地采矿的影响小得多。”Smit表示。
对此,分析师们一致认为,未来获得足够数量金属的压力肯定会变得越来越大。世界银行的一项估计表明,如果要满足电动汽车电池和风力发电涡轮机制造的需求,到2050年钴的产量必须增长500%。
然而,反对深海采矿的人士表示,这种预测仍不足以证明在深海平原上开采是合理的。他们指出,另外两种方法——金属回收和替代性环保技术——可能会减少对钴、锰、镍和铜的开采需求。
在第一种情况下,这些元素可以从旧的电动汽车电池中提取出来,并用于制造新电池。这种循环利用将限制开采新的金属矿石的需要。伦敦自然历史博物馆地球科学部主任Richard Herrington教授认为,这个理念是有用的,“回收将是重要的,如果我们现在能够齐心协力的话,到2035年,我们可能会有大约35%到40%的这些金属来自于回收利用。”
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“但仅靠回收本身又是不够的,我们从哪里获得其他60-65%的金属是另外一个问题,这个问题将影响我们未来几十年的生活。”Herrington说。
然而,并不是每个人都同意钴、锰、镍和铜一定极其重要的说法。“有一系列可行的替代电池技术可以避免使用这些金属。例如,磷酸铁锂电池现在看起来非常有希望。”深海保护联盟的 Matthew Gianni 说。
一些绿色团体认为,目前急于开采结核的做法是错误的,他们认为应该给工程师和企业家一个时间来开发新的电池和发电厂技术,比如磷酸锂铁电池。因此,他们呼吁暂停深海采矿。
问题是,现在实现“碳中和”的时间表已经非常紧迫,世界已经没有太多时间再等待新的电池技术出现了,我们迫切需要消除化石燃料的燃烧。
此时,一些矿业公司也否认他们正在匆忙推进他们的计划。英国海底资源公司(UK Seabed Resources)的总经理Chris Williams说:“我们仍在收集科学资料,我想说的是,商业运作在十年之内不太可能启动。但我相信,我们将能够证明开采多金属结核对环境的影响将低于在陆地上开采新矿或扩大现有矿的影响。”
然而,有序的开采规划还是被打破了。太平洋岛国瑙鲁已经启动了《联合国海洋法公约》(UN Convention on The Law of The Sea)中一个模糊的子条款,该条款允许各国在感到谈判进展过于缓慢时限制谈判时间。国际海底管理局现在有两年的时间来商定深海采矿的法规,如果他们不这样做,采矿承包商将被允许开始工作。
目前,瑙鲁正在与一家名为DeepGreen的矿业公司合作。该国称其担心被不断上升的海平面淹没,所以希望加快深海结核的开采,以此推广环保技术,使其免受海平面上升的威胁。
就国际海底管理局而言,它淡化了瑙鲁此举的影响。但其他人就不那么乐观了,“这可能真的会打开潘多拉的盒子。”Gianni说。
科学家们表示,这种前景只会加强评估深海采矿可能造成的影响的紧迫性。爱丁堡赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)深海生态学教授Andrew Sweetman强调了这一点,他参与了为政府和矿业公司进行的深海采矿影响评估。
“我们生活在一个越来越多的人希望拥有最新的手机、电动汽车、风能和太阳能发电厂的时代,而这些都需要钴和锰等金属。”Sweetman说,“就其本身而言,回收这些金属不太可能提供我们生产这些设备所需的原料,因此采矿将是必须的。而陆地采矿的趋于平缓必定会推动深海采矿的发生。”

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