我将大量借鉴2020年世界银行的一份报告，该报告预测了国际能源署（IEA）在快速脱碳情景下对关键矿物的需求 ， 特别是RTS（参考技术情景，或当前政策），2DS（2度情景）和B2DS（超过2度情景，目标是1.5）。（世界银行和国际能源署使用“矿物”这个词来指矿物和金属价值链，我在这篇文章中也做了同样的事情。
这次旅行将揭示哪些矿物预计需求量最大 - 哪些是肯定需要的，哪些取决于特定技术的方向。这将有助于将注意力集中在可能的供应压力点上。
它还将揭示，特定矿物和矿物的需求增长速度和规模存在巨大的不确定性。很大程度上取决于技术、政策和政治方面不可预测的发展。需要认识上的谦卑，以及侧重于复原力的政策。（有关政策的更多信息，请参阅下一篇文章。
一个可以肯定的事实是：世界脱碳努力的雄心越雄心勃勃，矿产需求就会上升。
以下是能源和技术及其使用的关键矿物的概述表：
在未来几十年蓬勃发展的所有清洁能源技术中，没有一种会对电池等矿物供应造成压力，如上图所示的能量存储。在快速脱碳的情况下，它们约占未来二十年矿物需求预计增长的一半。
在很大程度上，这与电池供电电动汽车（EV）的预期增长有关，电动汽车占电池需求增长的90%;另外10%来自固定存储的增长，用于平衡电网上的风能和太阳能。
如果世界以2°为目标，储能的矿产需求将从基线情景翻一番;如果世界的目标是1.5°，它将再次翻一番以上。
（世界银行）
我的电池系列的读者会记得，电池由两个电极组成，一个阴极和一个阳极，以及一个电解质，通过它交换离子。（异常值是氧化还原液流电池，它将液体电解质泵过电极。
根据这三个部件的组成，电池需要不同的矿物质。许多电动汽车仍然使用铅酸电池，使用铅和硫酸，但锂离子电池（LIB）预计将迅速接管市场，因此对铅酸电池的需求不会增长太多。
至于LIB，大多数使用石墨作为阳极，这意味着石墨将成为储能中最受欢迎的矿物。阴极的变化更大。最常用的镍，钴、锂和锰的各种混合物也很常见。（应该注意的是，锂用于所有LIB，而不仅仅是阴极。
（世界银行）
应该指出的是，这些对2050年的预测在很大程度上是猜测，只是“平均”LIB对未来的延伸。事实上，LIB技术可以以多种不同的方式发展，其他存储技术可以在随后的几十年中发挥更大的作用。
“未来十年锂离子电池主导移动和固定市场的假设是保守的，”世界银行写道。“2030年后，不确定性的规模要大得多，两个市场都有广泛的选择。
考虑 LIB 的选项。对于阴极，NMC111电池使用一部分镍，一部分锰和一部分钴，而较新的NMC811电池使用更多的镍和更少的钴。特斯拉和其他汽车制造商正试图最终从电池中消除钴。现在说他们会走多远还为时过早。
目前，几乎所有的阳极都是石墨（由中国主导的市场），但使用空气作为阳极的锌空气电池，使用硬碳作为阳极的钠离子电池以及使用锂作为阳极的固态电池（用固体电解质代替液体电解质）正在积极发展。什么样的技术组合将获胜仍然是一个悬而未决的问题，这意味着石墨需求的确切轨迹很难预测。
如果制造商寻求最大限度地减少钴，对镍的需求将会增加。如果固态电池流行起来，它们可以减少对石墨的需求。如果锌空气电池流行起来，它们可能会削弱对锂，石墨，镍和锰的需求。
Eti Mine Works，土耳其埃斯基谢希尔的一座锂矿。（照片：Getty Images）
2030年后，液流电池等其他存储技术或各种长期存储技术可能会变得具有竞争力。这取决于政策的演变和电力结构。同样值得注意的是：使用二次寿命EV电池作为电网存储形式的做法可能会起飞，这将减少对新电池的总需求。
最后，LIB在材料效率方面取得了重大进展，这些进步可能会继续下去，这可能会影响需求的急剧上升。（阅读此RMI报告，了解LIB能量密度改善的看涨观点。
就地缘政治集中程度和环境破坏性而言，这里值得关注的主要矿物是石墨，镍，锂和钴，但不可能事先知道它们的确切组合。
太阳能光伏爱好者热爱铝和铜太阳能是另一种技术，我们相信它将在未来几十年内疯狂增长，但很难预测矿物需求的确切轨迹。
世界银行的论文研究了四种常见的光伏技术：晶体硅（crystal Si），约占当前市场的85%，以及三种不同的“薄膜”技术，可以印刷在平板上：铜铟铟硒化镓（CIGS），碲化镉（CdTe）和非晶硅（无定形硅）。
这四种物质主要由铝、铜和银制成，不同的附加矿物有不同的技术。就整体尺寸而言，铝和铜是大块头：
（世界银行）
在下面的比较中，世界银行包括国际可再生能源署的两种情景，该机构往往比IEA更看好光伏和电池 - 可再生能源路线图（快速脱碳）情景和参考情景。在IRENA的路线图情景中，到2050年，对这两种矿物的需求从基线增长了350%。
（世界银行）
根据您喜欢的场景，光伏对铝和铜的需求要么会增长，要么会增长。
铝本身不是一种原始矿物，而是铝土矿还原的产物，生产氧化铝，然后冶炼氧化铝，然后在几乎所有能源技术中都发挥着作用，但到目前为止，太阳能是能源领域最大的需求来源。
（世界银行）
在铜方面，清洁能源技术——电池和太阳能，以及输配电系统——是增长最快的需求来源。在2度的情况下，清洁能源占铜需求总量的份额将从今天的24%上升到45%。这将推动许多新的铜矿开采。
无论太阳能光伏以何种方式发展，对铝和铜的需求都可能强劲，但对于一些矿物来说，该技术的发展方向会产生更大的影响。例如，能源领域几乎所有（97%）的铟都用于太阳能光伏发电，特别是薄膜太阳能光伏。
世界银行写道：“目前的文献预计这种亚技术将会增长，在该模型中，三种薄膜亚技术 - CIGS，CdTe和非晶硅 - 被认为从太阳能电池板的20%增长到50%。如果不这样做，如果老式的晶体硅面板继续变得便宜得可笑，并粉碎所有竞争，它可能会将能源部门对铟的需求削减到很少。
（世界银行）
硅、镓和碲等其他矿物也对光伏市场的方向敏感。
无论如何，在光伏中，铝和铜是大问题，但几种稀土元素也在发挥作用，这取决于未来的技术选择。
风力涡轮机在钢铁方面很大风力涡轮机主要由钢制成，用于涡轮机（根据细节，其制造可能涉及镍，钼，钛，锰，钒或钴），其中大量的铜用于布线，铁用于其他部件。
这些材料中的大多数在其他清洁能源技术中很常见。风能为主要需求的一种矿物是锌;在2度的情况下，风能将需求提高至少80%。
（世界银行）
世界银行写道，大多数陆上风电场使用齿轮涡轮机，“使用齿轮箱将涡轮机转子的相对较低的转速（12-18 rpm）转换为更高的速度（1，500 rpm），以输入发电机。目前全球风力发电能力的大约80%是齿轮涡轮机，连接到使用大量铁和铜的发电机上。
在直驱涡轮机中，发电机固定在转子上并以相同的速度转动。由于维护要求较低，这些在海上设施中更为常见。他们经常使用含有稀土元素的永磁体。
一些矿物将受到陆上和海上涡轮机的最终平衡的极大影响，例如钕，一种仅用于永磁直接驱动涡轮机的稀土元素。海上风电增长速度快于预期的2度情景可能会使对钕的需求相对于基本情况增加近50%;如果陆上增长更快，它可能会减少近70%的钕需求。
（阅读这篇文章，了解直接驱动涡轮机的看涨情况。另一个很大的未知数是“开关磁阻电机”的可能渗透，它既比电流感应和同步电机便宜，也不需要齿轮箱或稀土元件来制造磁铁。有关这方面的更多信息，请参阅此处。
因此，对于风能：更多的钢，锌，铁，铜，以及根据涡轮机技术的发展，还有一些稀土元素。
地热、聚光太阳能和CCS是小型矿物企业地热发电在全球电力容量中所占的比例相对较小，即使在乐观的增长情景下也可能保持如此。
随着它的发展，它将需要设计用于抵抗热和腐蚀的特殊钢合金，这些合金涉及几种稀土元素。它还需要镍，铬，铜钼，锰和钛。
（世界银行）
地热可能成为需求很大一部分的唯一矿物是钛;它是能源领域的主要用户。在2度的情况下，地热对钛的需求将增长80%或更多。
聚光太阳能仍然是一种相当小众的技术 - 比光伏更昂贵且更依赖地理位置 - 并且预计会增长，但不会太多。它使用的唯一值得注意的矿物是铜和银，它不太可能占两者需求的很大一部分。
碳捕获和储存使用铬，钴，铜，锰，钼和镍，但没有人确定哪种CCS技术会胜出或将建造多少，所以这是任何人猜测多少。
大局观世界银行的数据“表明，对各种能源技术中使用的多达11种矿物的需求总体增长，其中铁和铝的绝对增幅最高，其次是铜和锌。
下图显示了对各种矿物的需求的相对增加（左侧）和右侧需求的绝对增长。
（世界银行）
如您所见，石墨增长了最大的百分比和第二大总量 - 作为电池的关键成分，它是过渡的关键。
对于一些矿物来说，虽然需求在绝对值上并没有大幅增加，但它们从一个小基数开始，市场将增长近500%，包括锂和钴，或大约200%，如铟和钒。这些可能是压力点。
一些矿物的绝对值将大幅增长，但百分比相对较小，如铜和锌，它们在能源部门之外被广泛使用。（但请注意：世界银行的分析不包括输电线路的铜，这可能是增长的一大来源。
然后是镍，在中间的某个地方。
为了试图将所有这些信息集中在一个地方，世界银行在2度情景下创建了一个矿物风险矩阵。重要的是，该矩阵没有捕获与环境危险或可能的供应限制相关的风险。它只捕捉需求动态。
水平轴 - “加权覆盖率 - 浓度指数” - 测量矿物的横切程度。左边是用于较少能源技术的矿物，其命运与这些技术的命运密切相关;右边是许多技术共有的矿物，无论哪种技术胜出，需求都可能上升。
纵轴——“2018-2050年产需指数”——是一个结合相对和绝对需求增长的加权衡量标准。它粗略地捕捉了对这种矿物的需求预计将增长多少。顶部是将经历大量需求增长的矿物;在底部，增长较少。
（世界银行）
该基质的四个象限提供了一种对矿物及其需求风险进行分类的方法。
象限一含有中等冲击力的矿物质。它们用于少数清洁能源技术，其总体增长将不大。这些包括锌，银，钛和几种稀土元素。
象限二含有高冲击力矿物。它们仅用于少数技术（主要是电池），但预计需求将迅速大幅增加。这些是石墨，锂和钴 - 在采矿和加工方面，它们是最环保的。
象限三包含影响最大的矿物，这些矿物对各种技术都至关重要，并且有望迅速增长。目前，这只描述了铝。它来自铝土矿，它不是很好（没有矿山是真正伟大的），但它是现存最可回收和可回收的材料之一。历史上制造的铝中几乎有75%仍在使用。
象限四包含横切矿物，不会像象限二和三那样看到急剧上升的需求，但对广泛的技术至关重要，这意味着需求的增长是相当确定和可预测的。铜是这里的大铜，几乎用于所有清洁能源技术，但镍将增长得更多。铅，铬，钼和锰也符合条件。
这就是风险矩阵。它指出了哪些矿物的需求量最大。
事实证明，正如我们在上一篇文章中所看到的，清洁能源未来中一些最重要的矿物在地理上是集中的，并在社会和环境可疑的情况下开采。加工几乎完全由中国主导。
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