新冠肺炎疫情对科技金属供应的影响
原作者：Ata Akcil，Zhi Sun Sandeep Panda
新冠疫情迫使许多矿山、工厂及边境暂时关闭，电池、风力涡轮机和太阳能电池板中常用关键金属（如钴、锂）的流通严重受阻。
太阳能电池板、风力发电机和电池的储能和转换需要硅、钴、锂等。与之相关的金属被称为科技金属.获取这些科技金属对于应对气候变化至关重要。世界银行估计，在要使全球能源系统在2050年脱碳，将需要大约30亿吨金属和矿物。,爆发新冠肺炎疫情之前，其供应已经非常紧张。现在，科技金属行业一片混乱。
位于刚果民主共和国穆坦达的嘉能可露天铜矿。资料来源： per-Anders Pettersson/Getty
南美洲和非洲的煤矿受到的打击最大。秘鲁于2020年4月完全停止了铁和锡的生产，目前仍在努力将生产水平恢复到之前的80%。包括铂矿在内的南非矿山于3月份关闭，自5月份以来，它们的运营产能仅为以前的一半，这在很长一段时间内是财政上不可持续的。
随着全球经济放缓，工业对金属的需求已经下降[2]，工厂和边境的关闭也扰乱了国际金属供应链。例如，2020年初，中国的封锁中断了全球近一半电池材料的供应。武汉是汽车和电池的主要制造中心，其工厂从1月底到4月关闭。
金属市场也随之波动。预计2020年均价将下跌13%，铂、铜、铝分别下跌0.5%-4.5%，锌、镍分别下跌11%和17%。相比之下，一些稀缺材料，包括用于制造计算机芯片、手机、电池和磁铁的稀土元素(如铈、钇、镧和钕)，价格飙升，由于需要确保供应，竞争激烈。许多国家希望大力发展可再生能源产业，以促进经济发展，减少碳排放，这也导致了对这些金属的需求飙升[6]。
政府和研究人员必须共同努力，确保科技金属的全球供应。将采取的措施包括：保证新冠疫情期间对矿业行业的支持，收紧金属进出口条例和实施可持续开采措施，提高电子废弃物中金属的回收率。
珍贵的材料
30多种金属对绿色能源技术至关重要。其中铝和铜的需求量最大，常用于涡轮叶片、导线和电极。钴、锂、镍和铁是电池的关键成分。超过60%的开采钴被用于制造可充电电池。稀有金属，如铟和镓，广泛用于电子元件，如晶体管和计算机芯片。钕和镝被用来制造磁铁。
这些金属的供应由少数公司和国家控制。收入最高的矿业公司包括瑞士巴尔的嘉能可、澳大利亚墨尔本的必和必拓、伦敦的力拓和巴西里约热内卢的淡水河谷。中国供应了约90%的稀土元素.中国和欧洲公司控制着刚果民主共和国的钴生产。刚果还盛产铜、锡、钽、钨和黄金。澳大利亚和智利主导着锂的生产[4]，而东南亚国家生产最多的镍，中国也生产最多的石墨。
依赖进口的地区很容易受到供应、价格以及政治风波的影响。生产商也不能幸免。例如，2018年，刚果民主共和国的一项政策变化引发了经济连锁反应，导致该国最大的钴矿之一——嘉能可的穆坦达矿关闭。刚果民主共和国政府宣布，它将把钴作为一种战略物质，并将特许权使用费从2%提高到10%。价格波动随之而来。与此同时，由于中国对电动汽车的需求下降，以及获取加工钴矿所需化学品的瓶颈，价格波动加剧。自2019年11月以来，穆坦达的矿山已经关闭，导致全球钴产量减少20%。
世界上最大的经济体纷纷意识到了风险.比如美国能源部列出的35个重点科技资料[5]；其中镓主要从中国、英国、德国、乌克兰进口，稀土元素主要依靠中国、爱沙尼亚、马来西亚、日本[3]，锂来自阿根廷，
智利、中国和俄罗斯进口，而钴来自中国、挪威、日本、芬兰和刚果民主共和国[5]。同样，欧盟也有一份包含30种关键原材料的清单。其中稀土元素的短缺可能会导致无法实现《欧洲绿色协议倡议》中到2050年欧洲经济脱碳的目标[7]。中国也一样依赖进口，从澳大利亚和智利进口锂，从南亚国家进口镍，从南非和俄罗斯进口铂族金属，以及从刚果民主共和国进口钴。
新冠疫情加剧了供需问题。武汉制造业停产以及2020年第一季度中国经济下滑20%，一开始导致铜价下跌了19.6%，镍价下跌18%，钴价下跌7%。不过，随着一些制造业的开放，它们的价格一直在缓慢回升。相比之下，镝和钕的价格在2月和3月左右上涨——因为这些金属仍然备受追捧，而锂和镧的价格在4月左右有所下跌（见“金属市场”）。
来源：上海有色网（Shanghai Metals Market）
由于全球经济放缓抑制了需求，市场动荡可能至少持续到2021年。飞机制造商（包括波音和空客）和汽车制造商（如特斯拉、大众、捷豹路虎和丰田）都缩减了产量。世界上很多地方的采矿业仍处于停滞状态，同时赞比亚、刚果民主共和国以及南非的工人均受到新冠防疫政策的影响。
三种选择
政府有三种应对方式。
其次，开发可以使用替代材料的新技术。这是势在必行的。例如，钴在地壳中的储量不够丰富，无法以低廉的价格提供全世界所需的所有电池，且其常常是在恶劣的社会和道德条件下开采的。美国汽车制造商特斯拉和中国电池公司宁德科技（CATL）等正在研发不含钴的电池。然而，许多替代品依赖于致癌的镍或储能效率较低铁（磷酸铁锂电池中的铁）。此外，固态电池和钠离子电池也较有前景。
最后，回收。用过的电池和过时的设备比矿石含有更高的金属浓度，因此从这些物品中提取可能更经济。即使不能满足不断增长的需求，回收也能增加供应。它还能缩减供应链和物流成本。技术比较发达的国家或地区，如欧盟、美国、中国、印度和日本，会产生大量的电子垃圾，可以就地再处理[8]。然而，这还需要克服一些经济、技术和管理障碍。
在越南的一个村庄里，妇女们正将电子垃圾分类以用于回收。来源：Nguyen Huy Kham/Reuters
电子垃圾的回收率很低。全世界只有17%的电子垃圾被收集处理。欧洲是回收比例最高的地区之一（2018年约为40%，见 go.nature.com/2tkqfgr），该地区生产的金属约有一半（40%至60%）来自废金属处理回收（见 go.nature.com/3tyj22t）。欧盟委员会还想进一步提高这一比例，并设定了从2019年起将废弃电器和电子设备的回收比例提高到65%的目标。然而，几乎没有成员国具备实现这一目标的条件。
在中国，废旧锂离子电池的回收已经开始补充关键原材料的供应。中国已经明确要求电子产品制造商对其产品的回收负有法律责任，或者交税以弥补相应回收成本。
然而，仍有许多废料被直接送往垃圾填埋场，或（有时是非法的）送往尼日利亚、加纳、巴基斯坦、坦桑尼亚和泰国等国家。其中许多国家的环境、健康和安全法律都不完善。而这些废料中的金属和其他有毒物质，如阻燃剂、铅和镉，会污染土壤和地下水，并损害工人的健康。
对金属行业进行再激发
要稳定关键金属的供应，需要采取以下三个步骤。
首先，政治领导人应在疫情后的刺激方案中支持金属和矿产行业以及其回收利用。随着对绿色能源技术的需求激增，这个行业提供收入和就业机会的时机已经成熟。对矿业的税收减免将使它们得以重新开工。跨境以及国内金属供应链应得到保护，确保原材料能从矿山运输到各工厂。政府和银行还应该把投资目标放在科技金属的回收和再利用上，以减少对进口的依赖。
其次，研究人员和制造商应该为这些材料开发“循环经济”[8,9]。产品需要更环保、更节能、更持久、更容易回收和修复。废弃产品的再利用、材料和金属的回收都需要与清洁生产一起融入到工业中[9,10]。这需要各类研究结合冶金、化学、环境和生物技术工程的原理来实现。
第三，各国应根据联合国可持续发展目标建立一个全球联盟，支持关键金属行业和可再生能源技术的发展。这一机构将关注矿物-金属资源的可持续管理，包括法律、财政、技术和环境等方面。重点包括振兴国际供应链，促进制造业发展，转移回收技术，以及在城市垃圾回收和资源回收方面进行创新。
由欧洲创新技术研究所（EIT）管理的欧洲研究网EIT RawMaterials就是一个很好的例子。2019年，它成立了稀土行业协会（Rare Earth Industry Association），汇聚学术界和产业界以加强行业研究和政策制定。其合作者包括中国稀土行业协会，日本新金属协会和欧洲关键原材料联盟。
材料是科技行业的命脉。随着世界面临经济、环境以及社会动荡，保持供应的流动变得越来越重要。
参考文献：
1. Hund, K., La Porta, D., Fabregas, T. P., Laing, T. & Drexhage, J.Minerals for Climate Action: The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition(World Bank, 2020).
2. World Bank.Commodities Market Outlook: Implications of COVID-19 for Commodities(World Bank, 2020).
3. US Geological Survey.Mineral Commodity Summaries 2020(USGS, 2020).
4. Australian Government, Department of Industry, Innovations and Science, Australian Trade and Investment Commission.Australia’s Critical Minerals Strategy 2019(Commonwealth of Australia, 2019).
6. Kim, T.-Y. & Karpinski, M.Clean Energy Progress After the COVID-19 Crisis Will Need Reliable Supplies of Critical Minerals(International Energy Agency, 2020).
8. Işıldar, A.et al. J. Hazard. Mat.362, 467–481 (2019).
9. Sun, Z.et al. ACS Sustain. Chem. Eng.5, 21–40 (2017).
10. Sethurajan, M.et al. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol.49, 212–275 (2019).
原文以COVID-19 disruptions to tech-metals supply are a wake-up call为标题发表在2020年11月17日的《自然》的评论版块上