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深海采矿能缓解世界电池金属的短缺吗?

经济学人报道说,电气化需要大量的电池,如何开采电池需要的镍,就成了一个问题。

在CCZ海底进行调查潜在的深海开采对区生态系统的影响,锰结核,上面生长着珊瑚。

在气候变化的威胁下,富裕国家正着手进行一项宏伟的电气化项目。

英国、法国和挪威等国计划在未来十年内禁止新销售内燃汽车。即使在没有禁令的地方,电动汽车的销售也在迅速增长。

电网也在发生变化,因为风力涡轮机和太阳能电池板取代了化石燃料的发电厂。国际能源署(IEA)估计,未来五年世界上增加的可再生能源发电量,将与过去二十年一样多。

所有这些都意味着需要电池,而且是大量的电池,既推动汽车,又用来储存来自间歇性可再生能源发电站的能量。对用于制造这些电池的矿物的需求正在飙升,特别是镍,供应不足。这种元素被用于高性能电动汽车电池的阴极,以提高容量和减轻重量。

根据国际原子能机构的计算,如果要实现脱碳目标,到2040年,世界将需要每年生产4800万吨这种物质,比现在的产量多19倍左右。这意味着从现在到那时,总共需要3亿至4亿吨的金属。

在过去的五年里,大部分的新需求是由印度尼西亚满足的,这个国家一直在铲平雨林开发矿石。根据金属研究公司CRU的数据,2017年印尼的镍产量仅占全球的17%,今天占54%,每年160万吨,而且这个数字仍在上升。

即便如此,这也不太可能满足世界不断增长的需求。而且,随着印度尼西亚镍产量的增加,预计很快将取代棕榈油生产,成为印尼砍伐森林的主要原因。

但是有一个替代方案。


太平洋海底有一片被称为克拉里昂·克利珀顿区(Clarion-Clipperton Zone,ccz)的地方,有数万亿个土豆大小的镍、钴、锰和铜块,所有这些都是电池制造商感兴趣的。据估计,仅这些球块就含有3.4亿吨的镍,是美国地质调查局对世界陆地储量估计的三倍多。

几年来,矿业公司一直在想办法去开采。随着一个奇怪的7月9日最后期限的到来,这一前景看起来比以往任何时候都更有可能。

亲爱的,最好是在更潮湿的地方。

两年前,岛国瑙鲁代表其赞助的一家名为金属公司(TMC)的矿业公司,告诉联合国下属的国际海底管理局(ISA),想在已获准进入的克拉里昂·克利珀顿区一部分进行开采。这就要求国际海底管理局制定关于矿床商业开发的规则。

如果这些规则在7月9日之前还没有准备好,而且看起来也不会准备好,那么根据法律规定,国际海底管理局必须 “考虑并暂时批准 “TMC的申请。

这家公司自己说希望等到规则能够达成一致。

TMC的计划与水下采矿一样简单明了,第一个目标覆盖了大约250万公顷的海床(面积比威尔士大20%)。公司估计,这一地区有大约380万吨镍。由于这些结核只在海底,公司计划派一个大型机器人到海底收集。然后,收集到的结核,将通过一个管道被吸到海面上的支持船上。这个管道类似于石油和天然气工业中使用的那种。

支持船将冲洗掉任何沉积物,然后将结核卸载到第二艘船上,运回岸上进行处理。同时,多余的沉积物将被释放回海里,深度约为1500米,远远低于大多数海洋生物生存的空间。

TMC不是唯一感兴趣的公司。一家名为Global Sea Mineral Resources的比利时公司,疏浚巨头Deme的子公司,也很感兴趣,并且已经测试了一个与TMC类似的海底机器人和管道系统。

三家中国公司,北大先锋、招商局和中国五矿也在进行探讨可能,尽管这些公司被认为在技术上更加落后。

与在陆地上采矿一样,从海底提取镍会破坏周围的生态系统。

虽然克拉里昂·克利珀顿区是深的、暗的和冷的,但不是没有生命的。TMC的机器人将破坏驶过的海底的任何生物,以及生活在收集的结核上的生物。机器人还会踢起沉积物,其中一些会飘到附近的生物体上并杀死它们,尽管来自MIT的研究表明这些沉积物往往不会高出海床两米。

伦敦自然历史博物馆海洋生物学家阿德里安·格洛弗指出,由于生命首先在海洋中进化,后来才转移到陆地上,地球上的大部分遗传多样性仍然在水下。尽管深海海底是黑暗的,营养匮乏的,但仍然支持成千上万的独特物种,大多数是微生物,但也有蠕虫、海绵和其他无脊椎动物。

格洛弗博士说,那里生命的多样性是 “非常高的”。

然而,在几个方面,在海底采矿比在印度尼西亚采矿更环保。

恶劣的深海环境意味着高度多样化的生命并不十分丰富。2016年发表在《自然》杂志上的一篇论文发现,某一平方米的CCZ支持一到两个生物体,最多只有几克重。相比之下,一平方米的印度尼西亚雨林包含约30,000克的植物生物量,如果你把灵长类动物、鸟类、爬行动物和昆虫也计算在内,那就更多。

但是,仅仅称量每个生态系统中的生物量是不够的。每公顷可生产的镍的数量也是相关的。TMC希望开发的250万公顷土地预计将产生约380万吨镍,或每公顷约1.5吨。

获得陆上采矿的精确数字是很困难的,因为从事陆上采矿的公司不如那些希望在海底采矿的公司透明。但是,非营利性媒体普利策中心的调查报告表明,苏拉威西岛的每公顷雨林将生产大约675吨的镍,这个岛是印度尼西亚镍工业的中心。

尽管矿石的质量较低,但陆上矿藏产生如此多的镍,原因之一是矿石延伸到地表下很远,而结核只存在于海床上。

所有这些使得一个非常粗略的比较成为可能。每开采一吨湿地镍,就会损失大约13公斤的生物质。在苏拉威西岛开采的每一吨将破坏约450公斤的植物,加上未知数量的动物生物量。

还有其他支持在海底采矿的环境论据。

与陆地上的矿床相比,结核所含的金属浓度要高得多,这意味着加工所需的能源更少。比利时Ku Leuven可持续金属和材料研究所所长彼得·汤姆·琼斯估计,将结核加工成有用的金属,将比陆地矿石产生的温室气体排放少40%左右。

而且,由于结核必须被运走进行加工,可以鼓励像TMC这样的公司选择能源排放量低的地方。相比之下,印度尼西亚的镍矿是不经济的,除非在开采镍矿的矿区附近进行加工。这几乎总是意味着使用通过燃烧煤炭,甚至柴油发电机产生的电力。

CRU的分析师估计,印度尼西亚的镍矿生产每生产一吨镍,就会排放大约60吨对地球有害的二氧化碳。位于伦敦的Benchmark Minerals Intelligence公司对TMC的计划进行了审计,发现每从海底采集一吨镍将产生约6吨二氧化碳。

在任何情况下,从海底采集的金属,都不可能完全取代从雨林中开采的金属。

电池生产增长如此之快,以至于镍可能会从任何可以找到的地方被挖出来。但是,如果海洋结核能够以可承受的价格进入市场,大量的金属可能会开始缓解印度尼西亚森林的压力。而这种论点不可能长期停留在理论上。TMC公司的目标,是在明年年底前开始从海床上进行镍和其他金属的商业生产。