08月09日訊：
當(dāng)?shù)貢r間7月31日，美國能源部（US Department of Energy，DOE）發(fā)布了《2023年關(guān)鍵材料評估報告》（Critical Materials Assessment 2023）。
該評估采用基于國家和全球優(yōu)先事項、技術(shù)進(jìn)步以及技術(shù)采用趨勢的最新分析。它考慮了八種主要技術(shù)使用的38種材料，其中23種材料經(jīng)過篩選程序后對其進(jìn)行了關(guān)鍵性評估。與之前的關(guān)鍵材料評估（CMS）報告類似，本報告根據(jù)材料對能源部門的重要性及其供應(yīng)風(fēng)險來評估其關(guān)鍵性。
本文節(jié)選并翻譯了報告中有關(guān)部分能源技術(shù)所需材料的需求（預(yù)測）軌跡和生產(chǎn)情況（Demand Trajectories and Production of Materials for Energy Technologies）的資料。本篇中包括鋁、鈷、銅等3種材料。
4.3 能源技術(shù)所需材料的需求軌跡和生產(chǎn)情況
4.3.1 鋁
4.3.1.1 需求軌跡
2020年，汽車輕量化對鋁的需求是整個清潔能源領(lǐng)域?qū)︿X需求最大的貢獻(xiàn)者，約占鋁總需求的16%?？紤]到較高的材料滲透率和強(qiáng)度，在短期內(nèi)（即到2025年結(jié)束時），這一比例將增至25%（軌跡D）。到需求軌跡的最后一年，也就是2035年，預(yù)計有30%的鋁需求來自汽車輕量化，而電動汽車電池和固定式儲能電池的鋁需求分別占6%和2%。這些軌跡如圖4.19所示。
4.3.1.2 產(chǎn)量
2020年鋁的產(chǎn)量和產(chǎn)能數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局2022年商品摘要（美國地質(zhì)調(diào)查局 / USGS，2022b），并計入50%的較低端（low-end）回收率（Nassar等，2015年）。2020年鋁的產(chǎn)量和產(chǎn)能水平估計分別為9770萬噸和1.14億噸。這些產(chǎn)量水平主要來自中國，約占鋁產(chǎn)量份額的58%。在鋁的產(chǎn)量方面，中國之后依次是印度（6%）、俄羅斯（5%）、加拿大（4%）和阿聯(lián)酋（4%）（USGS，2022b）。2020年的產(chǎn)量水平能夠滿足到2022年為止的所有需求軌跡，而要充分滿足2025年的鋁需求預(yù)測，（產(chǎn)量）必須達(dá)到2020年的產(chǎn)能水平。到中期末，所有鋁需求軌跡都大大超過了產(chǎn)能水平。用其他輕質(zhì)材料替代鋁來滿足這些需求水平將是困難的，因為鋁通常是汽車制造中必不可少的合金成分。此外，鋁不能輕易地從鋰離子電池中替代出去，因為本報告分析的所有電動汽車電池化學(xué)成分中都含有鋁。全球鋁土礦儲量提供了足夠的鋁資源來滿足這些需求，但是為了滿足預(yù)測的需求，采礦產(chǎn)量必須增加（USGS，2022b）。
圖4.19. 鋁需求軌跡、當(dāng)前產(chǎn)量和產(chǎn)能。
4.3.2 鈷
4.3.2.1 需求軌跡
鈷需求軌跡利用了四種清潔能源技術(shù)的綜合軌跡：電動汽車電池、固定式儲能電池、固體氧化物電解器和固體氧化物燃料電池。為每種技術(shù)類型創(chuàng)建了四個不同的情景，并將它們分別相加以產(chǎn)生四個不同的軌跡，如圖4.20所示。這四個不同的軌跡可以根據(jù)以下假設(shè)進(jìn)行分類：軌跡A - 既定政策情景（Stated Policies Scenario，STEPS）和低材料強(qiáng)度，軌跡B - STEPS情景和高材料強(qiáng)度，軌跡C - 2050年凈零排放情景（Net Zero Emissions by 2050 Scenario，NZE）和低材料強(qiáng)度，軌跡D - NZE情景和高材料強(qiáng)度。對于每種軌跡情景的計算，都針對每種材料的各自清潔能源技術(shù)進(jìn)行了計算。
需求軌跡是通過將來自國際能源署（2022k）《世界能源展望》（World Energy Outlook）和電池市場報告的，電動汽車和燃料電池汽車、GW級別的固定式儲能電池、氫使用量的總需求預(yù)測，以及從文獻(xiàn)中獲得的鋰離子和鎳金屬氫化物電池、燃料電池和電解槽的材料強(qiáng)度數(shù)據(jù)（阿貢國家實驗室，n.d.-a；Iloeje等，2022；C. Xu等，2020）相結(jié)合而獲得的。附錄B提供了用于計算每個軌跡的高和低材料強(qiáng)度的其他信息。
鈷的需求軌跡計算了各清潔能源需求軌跡中鈷的總需求量以及每年鈷的非能源需求總量。鈷的非能源需求量估計為未歸因于最高需求軌跡的鈷總材料需求量。2020年的總材料需求量來自2022年美國地質(zhì)調(diào)查局的《礦產(chǎn)年鑒》（2022 USGS Mineral Yearbook）。從2020年開始，鈷的非能源需求預(yù)計將以3.0%的復(fù)合年增長率（Compound Annual Growth Rate，CAGR）增長，這是基于國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長率。需要注意的是，雖然軌跡D暗示鈷需求將大大超過目前的產(chǎn)能，但軌跡C所暗示的低材料強(qiáng)度表明，使用低鈷含量或不含鈷的電池化學(xué)成分（如LFP或富含鎳的化學(xué)成分）有助于緩解供應(yīng)缺口并可能降低關(guān)鍵性。
4.3.2.2 產(chǎn)量
產(chǎn)量數(shù)據(jù)線條以2022年美國地質(zhì)調(diào)查局全球鈷產(chǎn)量估計的2020年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。產(chǎn)量（數(shù)據(jù)）中未考慮鈷的回收率（的影響）。通過將產(chǎn)量除以平均產(chǎn)能利用率來獲得鈷的產(chǎn)能數(shù)據(jù)。
圖4.20. 鈷的需求軌跡、當(dāng)前產(chǎn)量和產(chǎn)能。
4.3.3 銅
4.3.3.1 需求軌跡
圖4.21顯示了2020年到2035年銅（Cu）的需求與當(dāng)前產(chǎn)量和產(chǎn)能之間的關(guān)系。針對銅所考慮到的技術(shù)包括風(fēng)力渦輪機(jī)、電動汽車、內(nèi)燃機(jī)汽車和電網(wǎng)。STEPS和NZE情景分別用于對風(fēng)力、電動汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車的低預(yù)測和高預(yù)測。對于電網(wǎng)，使用STEPS和可持續(xù)發(fā)展情景（Sustainable Development Scenario，SDS）。關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)的需求軌跡，由于在STEPS和NZE情景中，2030年后每年的安裝量都會減少，因此所有四個軌跡中2030到2035年的銅需求都會減少。在所有軌跡中，電動汽車和電網(wǎng)擴(kuò)張的銅需求從2020年到2035年持續(xù)增加。對于內(nèi)燃機(jī)車輛，需求趨勢與其他應(yīng)用非常不同。在STEPS情景中，內(nèi)燃機(jī)車輛的銷售在2035年前會持續(xù)上升。然而，在NZE情景中，內(nèi)燃機(jī)車輛的銷售在2026年開始下降?！捌渌枨蟆鼻€代表了銅在建筑、化工、工業(yè)流程（工藝）和消費(fèi)電子產(chǎn)品等應(yīng)用中的需求。
圖4.21. 銅的需求軌跡、當(dāng)前產(chǎn)量和產(chǎn)能。
4.3.3.2 產(chǎn)量
根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（2022b）報告，2021年美國含銅礦石的生產(chǎn)估計為120萬噸。這個數(shù)量比2015年的138萬噸略有下降。2021年精煉銅的產(chǎn)量為95萬噸，而2015年為109萬噸。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的報告，亞利桑那州是銅產(chǎn)量最高的州，估計占國內(nèi)產(chǎn)量的71%。其他開采州包括密歇根州、密蘇里州、蒙大拿州、內(nèi)華達(dá)州、新墨西哥州和猶他州。國內(nèi)儲量估計為4800萬噸（USGS，2022b）。
全球銅礦產(chǎn)量、精煉產(chǎn)量和儲量估計分別為2100萬噸、2600萬噸和8.8億噸（USGS，2022b）。智利是全球銅礦產(chǎn)量最多的國家，2021年全球供應(yīng)量達(dá)到560萬噸（27%）。中國主導(dǎo)了精煉銅的生產(chǎn)，同年達(dá)到1000萬噸（38%）。澳大利亞和智利擁有最大的儲量，分別為9300萬噸（11%）和2億噸（23%）（USGS，2022b）。
銅的二次生產(chǎn)來自于消費(fèi)/舊廢料和制造過程中產(chǎn)生的新廢料，包括金屬和合金生產(chǎn)。與其他材料不同，銅是100%可回收的，并且可以永久循環(huán)回收而不會影響性能（國際銅業(yè)協(xié)會 / ICA，2022a）。2021年，美國的舊（消費(fèi)后）廢銅估計為16萬噸銅，相當(dāng)于銅表觀消費(fèi)量的8%（USGS，2022b）。新（制造）廢料來自加工業(yè)務(wù)，在2021年約產(chǎn)出71萬噸（USGS，2020年）。在全球范圍內(nèi)，2021年約64%的廢料是新廢料（直接熔化），其余的經(jīng)過二次精煉（國際銅研究小組 / ICSG，2022年）。在2005年至2021年期間，銅廢料占用于生產(chǎn)新銅的銅用量的約28%至37%。2021年，這一比例估計約為34%（ICSG，2022年）。
由于各種形式的銅都被用于在能源軌跡（預(yù)測）中考慮的技術(shù)，因此選擇精煉產(chǎn)量數(shù)據(jù)來與需求預(yù)測進(jìn)行比較。精煉產(chǎn)量包括初級產(chǎn)量和二次產(chǎn)量。估計2022年的精煉產(chǎn)能為3100萬噸（ICSG，2022年）。
