太阳能电池板、风力涡轮机和电池需要硅、钴、锂和更多的转换和存储能量。访问这些元素,称为金属技术,对于应对气候变化至关重要。需要约30亿吨的金属和矿物质脱碳全球能源系统,到2050年,世界银行估计1。COVID-19之前供应紧张。现在,tech-metals部门陷入混乱。

大流行已部分或完全关闭数以百计的矿山、冶炼厂和炼油厂(见go.nature.com/3ehkn9g)。金属生产将至少比去年低三分之一,据估计全世界潜在损失近90亿美元的收入。

南美和非洲矿山遭受了最大的打击。4月秘鲁铁和锡完全停止生产,至今仍想回到前水平的80%。南非的矿山,包括现有的铂类金属催化剂,被关闭在3月和5月以来运行容量的一半水平长期入不敷出。

工业金属需求已在全球经济放缓2。工厂和边境关闭中断国际供应链,。例如,封锁在中国的供应中断几乎一半的世界在今年早些时候电池材料。城市武汉,病毒首次报道,是一个主要的汽车制造中心和电池。其工厂都关了从1月到4月的结束。

金属市场动荡。平均价格预计将下降13%2,减少从-4.5%至0.5的铂金,铜和铝,锌17%,镍11%。相比之下,一些稀缺材料面临价格上涨和激烈竞争获得供应3- - - - - -5。这些包括稀土元素(如铈、钇、镧和钕),这是用于计算机芯片、手机、电池和磁铁。需求飙升,因为许多国家都想要增强他们的可再生能源行业刺激和减碳经济6。

各国政府和研究人员必须共同努力,确保世界供应技术的金属。步骤包括:支持矿产和采矿部门通过流行病;收紧监管的进出口金属和可持续开采实践;和增加金属的回收率从电子废料。

固执地,还需要更多的研究和开发更容易和更清洁的生产金属,并恢复他们的产品达到其使用寿命的终结。

有价值的材料

30多个金属绿色能源技术的关键。铝和铜最需求的,对涡轮叶片,例如,电线和电极。钴、锂、镍和铁电池的关键成分。例如,超过60%的钴开采进入充电电池。稀有金属铟和镓等广泛应用于电子元件,如晶体管和计算机芯片。钕和dysporium用于磁铁。

对这些关键金属的需求飞涨实现可再生能源目标。例如,世界的能力从风能和太阳能资源需要双交付一半的全球供应在2035年在巴黎气候协议(见下go.nature.com/2jvjte7)。更多的能量需要存储,这意味着更大的钒、镍、锂和钴。最后这两种金属的需求将上升5倍从2018年到2050年的水平1。5 g等技术的进步,数字通信,增加对这些资源的压力。

供应由少数公司和国家控制。最大的采矿企业收入,例如,嘉能可在巴尔,瑞士;必和必拓在澳大利亚墨尔本;力拓在伦敦;淡水河谷在里约热内卢,巴西(见go.nature.com/3ktnrme)。中国约90%的稀土供应。中国和欧洲公司控制钴生产在刚果民主共和国(DRC),一个国家,也富含铜和锡,钽,钨和金。澳大利亚和智利主导锂的生产4,而东南亚国家产生大多数镍和中国生产石墨。

区域依赖进口供应很容易波动,价格和政治突发奇想。生产商也不能幸免。例如,2018年在刚果民主共和国引发了经济政策变化级联,暂停操作在一个全国最大的钴矿,嘉能可的Mutanda我的。政府宣布将对钴作为战略物质和矿区使用费由2%提高到10%。价格动荡之后,加剧了中国对电动汽车的需求下降和瓶颈在获得所需的化学物质处理矿石。自去年11月以来Mutanda已经关闭,把世界上20%的钴生产线下。

世界上最大的经济体识别风险。例如,美国能源部列表35关键材料技术5。国家进口镓主要来自中国、英国、德国和乌克兰。为稀土元素,这取决于中国、爱沙尼亚、马来西亚和日本3。它获得锂从阿根廷、智利、中国和俄罗斯,而钴来自中国、挪威、日本、芬兰和刚果民主共和国5。

同样,欧盟已经30关键原材料的列表。例如,稀土的短缺会破坏欧洲绿色交易倡议脱碳在2050年欧洲经济7。中国依赖进口——澳大利亚和智利的锂,镍从南亚国家,现有的铂类金属催化剂从南非和俄罗斯,以及钴从刚果民主共和国。

COVID-19大流行会加剧供需问题。武汉制造业关闭和下降20%中国经济今年第一季度的最初,使铜的价格下降了19.6%,镍18%,钴7%。价格已经慢慢上涨,一些制造打开了。相比之下,镝和钕的价格增加在2月和3月,因为这些金属仍高度追捧,而锂和镧经历了价格下降约4月(见“金属市场”)。

金属市场。图表显示金属价格变化。

来源:上海金属市场

市场可能仍是动荡的至少在未来一年,随着全球经济放缓抑制了需求。飞机制造商(包括波音和空客)和汽车生产商(如特斯拉、大众、jaguar land Rover)和丰田已经缩减生产。矿业仍停滞在世界的很多地方,与工人们在赞比亚,刚果民主共和国和南非COVID-19限制。

三个选项

政府可以用三种方法来回应。

第一:利用其他储备。例如,改善获得存款的稀土元素在巴西、越南、澳大利亚、俄罗斯、印度和格陵兰会减少对中国的依赖(见go.nature.com/385tusy)。这是一场持久战,需要至少15年在欧洲建立一个供应链中国以外的稀土元素,例如7。和开发矿藏的环境成本高:矿业废物可以包含放射性元素和其他污染物,和废水处理可以释放氨和重金属。所有的化学品清洁生产的矿物质需要考虑。

第二:重新设计技术,使用替代材料。这需要发生。例如,钴在地壳中含量不够丰富的世界需要交付的所有电池经济化,它通常是开采在贫穷的社会和伦理的条件。制造商,例如美国汽车制造商Tesla和电池公司在中国CATL正在替代无钴电池。然而,许多替代依赖镍、致癌,或铁(磷酸亚铁锂电池),低效率的存储电荷。固态和其他钠电池是有前途的选择。

第三:回收。了电池和过时的设备有金属的浓度高于做矿石,所以提取从这些可能更经济。回收海岸用品,即使它不能满足不断增长的需求。它减少供应链和物流成本。国家或地区,有很强的技术领域,如欧盟、美国、中国、印度和日本,国内大多数电子垃圾,可以再加工8。有经济、技术和监管障碍要克服。

两个女人在稻草锥形的帽子坐在小凳上整理碗电气部分回收

女性在越南电子废物回收的村庄。信贷:阮阮Huy /路透社

回收率很低:全世界只有17%的电子垃圾收集和治疗。欧洲利率最高的国家之一(2018年40%左右;看到go.nature.com/2tkqfgr),大约一半(40 - 60%)来自废金属生产的地区(见go.nature.com/3tyj22t)。有野心做更多:欧盟委员会指令的电子废品和设备已经从2019年的65%的目标。然而很少有成员国的设施来满足这一需求。

在中国,花了锂离子电池的回收是开始补充关键原材料的供应。中国已使其电子产品制造商合法负责回收的产品,或征税来弥补成本。

然而废仍然直接填埋或(有时是非法的)国家如尼日利亚、加纳、巴基斯坦、坦桑尼亚和泰国,其中有许多不适当的环境和健康和安全的法律。金属和其他有毒物质,如阻燃剂,铅和镉,污染土壤和地下水,破坏工人的健康。

给部门

需要采取以下三个步骤来稳定关键金属的供应。

首先,政治领导人应该支持和回收金属和矿产行业流行后刺激方案。对绿色能源技术的需求激增,这部门提供收入和就业的时机已经成熟。税收减免煤矿让他们重启。跨国和国内供应链应该受到保护,确保原材料可以从矿山运输到植物。政府和银行也应该目标投资回收和重用技术的金属成分,减少对进口的依赖。

其次,研究人员和制造商应发展“循环经济”,这些材料8,9。产品需要更环保,减少高能耗,更持久,更容易回收和修复。重用废弃产品的回收的材料和回收金属都需要融入行业,随着清洁生产方法9,10。这将需要公共和私人研究从冶金结合原则,化工、环保和biotechnical工程。

第三,国家应该建立一个全球协会根据联合国可持续发展目标的关键金属部门和可再生能源技术的支持。这样一个机构将专注于mineral-metal资源的可持续管理,包括法律、金融、技术和环境方面。重点包括振兴国际供应链,提高制造业,将回收技术和创新在城市废物再利用和资源化。

一个好的模型是欧盟研究网络EIT的原材料,由欧洲创新和技术研究所(EIT)。在2019年,它建立了稀土行业协会将学术界和产业界共同加强研究和整个行业的政策。合作者包括中国稀土行业协会、日本社会的新型金属和欧洲的关键原材料联盟。

材料是科技行业的命脉。随着世界面临经济、环境和社会动荡,更重要的是保持物资流动。