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发布时间：2023-08-10 10:55:40 来源：美国能源部
08月09日讯： 当地时间7月31日，美国能源部（US Department of Energy，DOE）发布了《2023年关键材料评估报告》（Critical Materials Assessment 2023）。 该评估采用基于国家和全球优先事项、技术进步以及技术采用趋势的最新分析。它考虑了八种主要技术使用的38种材料，其中23种材料经过筛选程序后对其进行了关键性评估。与之前的关键材料评估（CMS）报告类似，本报告根据材料对能源部门的重要性及其供应风险来评估其关键性。 本文节选并翻译了报告中有关部分能源技术所需材料的需求（预测）轨迹和生产情况（Demand Trajectories and Production of Materials for Energy Technologies）的资料。本篇中包括铝、钴、铜等3种材料。 4.3 能源技术所需材料的需求轨迹和生产情况 4.3.1 铝 4.3.1.1 需求轨迹 2020年，汽车轻量化对铝的需求是整个清洁能源领域对铝需求最大的贡献者，约占铝总需求的16%。考虑到较高的材料渗透率和强度，在短期内（即到2025年结束时），这一比例将增至25%（轨迹D）。到需求轨迹的最后一年，也就是2035年，预计有30%的铝需求来自汽车轻量化，而电动汽车电池和固定式储能电池的铝需求分别占6%和2%。这些轨迹如图4.19所示。 4.3.1.2 产量 2020年铝的产量和产能数据来源于美国地质调查局2022年商品摘要（美国地质调查局 / USGS，2022b），并计入50%的较低端（low-end）回收率（Nassar等，2015年）。2020年铝的产量和产能水平估计分别为9770万吨和1.14亿吨。这些产量水平主要来自中国，约占铝产量份额的58%。在铝的产量方面，中国之后依次是印度（6%）、俄罗斯（5%）、加拿大（4%）和阿联酋（4%）（USGS，2022b）。2020年的产量水平能够满足到2022年为止的所有需求轨迹，而要充分满足2025年的铝需求预测，（产量）必须达到2020年的产能水平。到中期末，所有铝需求轨迹都大大超过了产能水平。用其他轻质材料替代铝来满足这些需求水平将是困难的，因为铝通常是汽车制造中必不可少的合金成分。此外，铝不能轻易地从锂离子电池中替代出去，因为本报告分析的所有电动汽车电池化学成分中都含有铝。全球铝土矿储量提供了足够的铝资源来满足这些需求，但是为了满足预测的需求，采矿产量必须增加（USGS，2022b）。
图4.19. 铝需求轨迹、当前产量和产能。 4.3.2 钴 4.3.2.1 需求轨迹 钴需求轨迹利用了四种清洁能源技术的综合轨迹：电动汽车电池、固定式储能电池、固体氧化物电解器和固体氧化物燃料电池。为每种技术类型创建了四个不同的情景，并将它们分别相加以产生四个不同的轨迹，如图4.20所示。这四个不同的轨迹可以根据以下假设进行分类：轨迹A - 既定政策情景（Stated Policies Scenario，STEPS）和低材料强度，轨迹B - STEPS情景和高材料强度，轨迹C - 2050年净零排放情景（Net Zero Emissions by 2050 Scenario，NZE）和低材料强度，轨迹D - NZE情景和高材料强度。对于每种轨迹情景的计算，都针对每种材料的各自清洁能源技术进行了计算。 需求轨迹是通过将来自国际能源署（2022k）《世界能源展望》（World Energy Outlook）和电池市场报告的，电动汽车和燃料电池汽车、GW级别的固定式储能电池、氢使用量的总需求预测，以及从文献中获得的锂离子和镍金属氢化物电池、燃料电池和电解槽的材料强度数据（阿贡国家实验室，n.d.-a；Iloeje等，2022；C. Xu等，2020）相结合而获得的。附录B提供了用于计算每个轨迹的高和低材料强度的其他信息。 钴的需求轨迹计算了各清洁能源需求轨迹中钴的总需求量以及每年钴的非能源需求总量。钴的非能源需求量估计为未归因于最高需求轨迹的钴总材料需求量。2020年的总材料需求量来自2022年美国地质调查局的《矿产年鉴》（2022 USGS Mineral Yearbook）。从2020年开始，钴的非能源需求预计将以3.0%的复合年增长率（Compound Annual Growth Rate，CAGR）增长，这是基于国内生产总值的增长率。需要注意的是，虽然轨迹D暗示钴需求将大大超过目前的产能，但轨迹C所暗示的低材料强度表明，使用低钴含量或不含钴的电池化学成分（如LFP或富含镍的化学成分）有助于缓解供应缺口并可能降低关键性。 4.3.2.2 产量 产量数据线条以2022年美国地质调查局全球钴产量估计的2020年数据为基础。产量（数据）中未考虑钴的回收率（的影响）。通过将产量除以平均产能利用率来获得钴的产能数据。
图4.20. 钴的需求轨迹、当前产量和产能。 4.3.3 铜 4.3.3.1 需求轨迹 图4.21显示了2020年到2035年铜（Cu）的需求与当前产量和产能之间的关系。针对铜所考虑到的技术包括风力涡轮机、电动汽车、内燃机汽车和电网。STEPS和NZE情景分别用于对风力、电动汽车和内燃机汽车的低预测和高预测。对于电网，使用STEPS和可持续发展情景（Sustainable Development Scenario，SDS）。关于风力涡轮机的需求轨迹，由于在STEPS和NZE情景中，2030年后每年的安装量都会减少，因此所有四个轨迹中2030到2035年的铜需求都会减少。在所有轨迹中，电动汽车和电网扩张的铜需求从2020年到2035年持续增加。对于内燃机车辆，需求趋势与其他应用非常不同。在STEPS情景中，内燃机车辆的销售在2035年前会持续上升。然而，在NZE情景中，内燃机车辆的销售在2026年开始下降。“其他需求”曲线代表了铜在建筑、化工、工业流程（工艺）和消费电子产品等应用中的需求。
图4.21. 铜的需求轨迹、当前产量和产能。 4.3.3.2 产量 根据美国地质调查局（2022b）报告，2021年美国含铜矿石的生产估计为120万吨。这个数量比2015年的138万吨略有下降。2021年精炼铜的产量为95万吨，而2015年为109万吨。根据美国地质调查局的报告，亚利桑那州是铜产量最高的州，估计占国内产量的71%。其他开采州包括密歇根州、密苏里州、蒙大拿州、内华达州、新墨西哥州和犹他州。国内储量估计为4800万吨（USGS，2022b）。 全球铜矿产量、精炼产量和储量估计分别为2100万吨、2600万吨和8.8亿吨（USGS，2022b）。智利是全球铜矿产量最多的国家，2021年全球供应量达到560万吨（27%）。中国主导了精炼铜的生产，同年达到1000万吨（38%）。澳大利亚和智利拥有最大的储量，分别为9300万吨（11%）和2亿吨（23%）（USGS，2022b）。 铜的二次生产来自于消费/旧废料和制造过程中产生的新废料，包括金属和合金生产。与其他材料不同，铜是100%可回收的，并且可以永久循环回收而不会影响性能（国际铜业协会 / ICA，2022a）。2021年，美国的旧（消费后）废铜估计为16万吨铜，相当于铜表观消费量的8%（USGS，2022b）。新（制造）废料来自加工业务，在2021年约产出71万吨（USGS，2020年）。在全球范围内，2021年约64%的废料是新废料（直接熔化），其余的经过二次精炼（国际铜研究小组 / ICSG，2022年）。在2005年至2021年期间，铜废料占用于生产新铜的铜用量的约28%至37%。2021年，这一比例估计约为34%（ICSG，2022年）。 由于各种形式的铜都被用于在能源轨迹（预测）中考虑的技术，因此选择精炼产量数据来与需求预测进行比较。精炼产量包括初级产量和二次产量。估计2022年的精炼产能为3100万吨（ICSG，2022年）。 |
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