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在清洁能源转型过程中，关键矿产资源事关能源安全。相较于传统能源系统，清洁能源技术需消耗更多的矿产资源，且所使用的矿产资源类型因技术而异。向清洁能源转型将大幅提升矿产资源需求。为实现《巴黎协定》承诺的气候目标，未来20年，清洁能源技术在总需求中的份额将显著上升。
各国在加快碳减排的同时，还需确保其能源系统的弹性和安全。2021年5月5日，国际能源署首次发布世界能源展望特别报告之《关键矿产资源在清洁能源转型中的作用》。该报告将密切关注关键矿产资源及其在清洁能源转型中的作用，解释清洁能源技术与所需的包括太阳能光伏[PV]、陆上和海上风电、聚光太阳能、水力、地热和生物质等可再生能源，以及核能、电网、电动汽车、电池储能和氢气等在内的关键矿产资源之间的复杂联系，评估可持续发展场景和既定政策场景下对关键矿产资源的需求。
其中，可持续场景描述的是符合《巴黎协定》减排规划的发展场景，即2050年全球大部分实现净零排放，2070年全球完全实现净零排放；既定场景描述的是按现行政策继续发展所呈现的未来能源景象。
向清洁能源转变所需的关键矿产资源
清洁能源技术的广泛应用将大幅提升对关键矿产资源的需求。不同清洁能源技术对矿产资源的需求差异很大。全球清洁能源转型将对未来20年的矿产资源需求产生深远影响。清洁能源技术也将成为推动关键矿产需求增长的主要力量。加大气候行动力度有助于减少不确定性、带动投资和降低风险。
低碳发电领域
（1）太阳能光伏
一是太阳能光伏产业所需的矿产资源因光伏类型不同而有所不同，目前以晶体硅为主。晶硅组件已成为主要的光伏技术，其次是薄膜太阳能电池，包括碲化镉、铜铟镓二硒化物和非晶硅。单晶硅太阳能电池板通常含有约5%的硅、1%的铜，以及少于0.1%的银和其他金属。薄膜太阳能电池技术更多需要的是玻璃，碲化镉需要镉和碲，铜铟镓二硒化物需要铟、镓和硒。
二是光伏产业的快速发展使得到2040年对矿产资源的需求翻倍，但强度会持续下降。晶硅组件主导着光伏市场，薄膜太阳能技术在未来几十年中仍处于有利地位，可进一步提高效率并降低成本。材料强度的降低有助于显著抑制银、硅需求的增长。
三是替代技术（报告重点讨论3种替代方案，即高碲化镉方案、高钙钛矿方案和高砷化镓方案）的发展降低了对硅的需求，但对其他材料的需求将上升。碲化镉技术的发展使得电池效率更高、寿命更长、成本更低；该技术的快速发展将给供应能力带来压力，目前镉的供应能力仅为2.3万吨，碲的供应能力仅为500 t。
钙钛矿型光伏技术的应用可获得更高的效率，实现钙钛矿技术产业化的最有效途径是将其与晶体硅技术相结合。砷化镓基太阳能电池技术的关键在于降低原材料和晶圆制造成本，可通过扩大产量来降低外延晶体生长成本，通过回收降低衬底成本及金属化成本。在推进高砷化镓技术产业化的同时，要加大铝土矿、锌、铜和黄金加工副产品的回收力度。
（2）风能
一是海上大型风机的发展将进一步扩大风电产业规模。由于成本下降和政策支持，在过去10年中，全球风力发电装机容量几乎翻了两番。风电年装机容量将增加1倍以上，达到160 GW，占新增总发电容量的1/5以上。海上风电在总风电部署中的份额将大幅增长。
这些趋势也有助于降低风力发电中某些材料的材料强度。与2 MW的涡轮机相比，3.45 MW的涡轮机所含混凝土、玻璃纤维、铜和铝的含量将分别减少15%、50%和60%。
二是海上永磁涡轮机市场的快速增长，扩大了对稀土的需求。到2040年，风力发电中钕、镨等稀土元素需求预计将增长3倍以上，每年铜需求量达到60万吨。然而，稀土需求的提升，以及对价格上涨和地缘政治事件的担忧，可能促进稀土替代技术的发展。到2030年，预计钕需求量约为0.8万吨；到2040年，钕需求将下降40%，镨和镝的需求将分别降低15%和32%。
（3）集中式光伏发电
集中式光伏发电产能扩大，提升了对铬、铜、锰和镍的需求。铬需求将增长75倍，达到9.1万吨；铜需求将增长67倍，达到4.2万吨；锰需求将增长92倍，达到10.5万吨；镍需求将增长89倍，达到3.5万吨。
（4）地热
低碳电力技术是实现镍、铬、钼和钛需求增长的关键驱动力。目前，全球已安装地热发电容量约16 GW。到2040年，装机容量将增长5倍，达到82 GW。预计2020—2040年，地热对矿产资源的需求将增加4倍多。在所有低碳能源的总矿产需求中，地热对镍的需求占镍总需求的3/4，地热所需铬和钼分别占其总需求的近一半，所需钛占其总需求的40%。
（5）水电、生物发电及核能
由于水电、生物发电及核能等领域材料强度低，对矿产需求的影响有限。预计2020—2040年，水电在新增总电力容量中的份额将下降，水电新增容量仅比2020年高70%，是所有可再生能源中增长最低的。水电使用的铜（1 050 kg/MW）、锰（200 kg/MW）和镍（30 kg/MW）是所有低碳能源中最低的。
2019年，生物发电的发电量相当于光伏发电量，是可再生能源的主要来源。到2040年，生物发电年发电量将增加3倍，达到2 150 TW，总装机容量将增至420 GW。2040年生物发电所需矿产资源的需求比2020年翻一番，其中对铜的需求占所需矿产资源总量的3/4。
生物发电的铜需求仅占所有低碳发电铜需求总量的2.5%，而钛的这一比例约为60%。核电是仅次于水电的第二大低碳能源，2020年约占全球发电量的10%。到2040年，全球核电装机容量将略有增长。与水电一样，核能也是矿产资源材料强度最低的低碳技术之一。
2031—2040年，核电的年平均矿产需求量比2020年增长约60%，达8.2万吨，其中铬占42%，铜占28%，镍占25%。2040年的钇需求量约为7.7 t，约占全球现有储量的0.001 5%。
电网
一是电网是安全可靠电力系统的支柱，在整合清洁能源技术方面起着至关重要的作用。全球输电和配电线路超过7 000万千米，电力网络是当今电力系统的重要支柱。未来10年全球新输电和配电线路的需求将比过去10年的扩建增长80%。
二是电网使用的矿物种类取决于电线类型，但也受成本和技术影响。电网的巨大扩张需要大量的矿产资源和金属。铜和铝是电线和电缆的2种主要材料，有些还用于变压器。目前，运营的电网中约使用了1.5亿吨铜和2.1亿吨铝。2020年，约有500万吨铜和900万吨铝用于建设电网，其中超过55%来自配电网。电网的年铜需求量将从2020年的500万吨增长到2040年的750万吨，铝需求量将从2020年的900万吨增长到 2040年的1 600万吨。
三是铝应用的增加可减少1/3铜需求，而更广泛地采用直流系统可使铝和铜的需求减少15%。随着电网现代化和数字化发展，预计2030年，电网投资将达到4 600亿美元。
为降低原材料成本，可采用一系列方法。一是增加地下电缆用铝。到2040年，预计配电线路占50%，输电线路占30%；因此，铜需求将减少370万吨，铝需求将增加580万吨。
二是更广泛地采用高压直流输电系统。与交流系统相比，高压直流输电系统能够输送更多的电力，这可以减少铜和铝的需求，也可以减少电网扩建的需要。假设到2040年高压直流输电系统占新输电线路的50%，占配电线路的30%；那么在可持续发展背景下，铜和铝的总需求将降低15%，减少400万吨。
电动车与电池储电
政策将继续支持电动汽车和电池增长，不同的矿产资源组合导致电池特性明显不同。电动汽车使用矿产资源的关键部件包括发动机和电池。永磁电机是电动汽车的主导方向。锂离子电池中电池芯重量通常占电池总重量的70%~85%，其中阴极材料（如锂、镍、钴和锰）、阳极材料（如石墨）和集电极材料（如铜）中含有多种矿产资源，其余模块和组件主要由铝、钢、冷却剂和电子部件组成。阴极、阳极化学的发展可以推动电池在不同方向的应用。
电动汽车的电池需求将从2020年的160 亿瓦时增长到2040年的6 200亿瓦时，增长近40倍。2020—2040年，电动汽车对矿产资源的总需求将从40万吨增长到1 180万吨，增长30倍。
在既定政策场景下，到2040年，电动汽车的电池需求仅增长11倍，达到1 800亿瓦时；对矿产资源的需求将增长9倍，达到约350万吨。
在可持续发展场景下，电动汽车对镍的需求将增长41倍，达到330万吨；钴需求将仅增长21倍；锂需求将增长43倍；铜需求将增长28倍。电动汽车对石墨的需求将从2020年的14万吨增长到2040年的350万吨，增长25倍。随着掺杂硅石墨阳极的市场份额从2020年的1%增长到2040年的15%，硅需求增长将超过460倍。
到2040年，电动汽车对稀土的需求将增长15倍，达到3.5万吨。
氢能
一是不同电解槽所需的矿产资源不同。碱性电解槽的成本较低，但镍的使用量约为1 t/GW。
除了镍，还需约0.1 t/GW锆、0.5 t/GW铝和超过10 t/GW钢，以及少量的钴和铜催化剂。质子交换膜电解槽将提升能源部门对铂和铱的需求，对铂和铱的需求量分别约为0.3 kg/MW和0.7kg/MW。固体氧化物电解槽发展程度尚不成熟，所需矿产资源少，对镍、锆、镧和钇的需求量分别约为150~200 kg/MW、40 kg/MW、20 kg/MW和5 kg/MW。
二是技术创新使得燃料电池中铂的使用强度大幅降低，含量将减少一半。在可持续发展场景下，到2040年，燃料电池汽车需求的提升将使铂的需求量增长到略高于100 t。催化转化器对铂的需求占全球铂总需求量的40%。
催化转化器也是铑和钯的主要消费领域。到2030年，由于排放法规覆盖范围将扩大至所有新车，加上内燃机（尤其是混合动力汽车）的持续销售，催化转换器对铂的需求将在2040年之前超过燃料电池对铂的需求。
重点矿产资源的供给前景
铜：清洁能源技术中应用最广泛的矿产资源
铜的导电性和导热性极好，用途广泛，很难被替代。清洁能源技术对铜的需求最大，也是铜需求增长最快的领域。在既定政策场景下，到2040年，清洁能源领域铜需求将占铜总需求的30%；而在清洁能源场景下，这一比例将升至45%。
在建新项目短期内可有效扩大供给，但需继续加大投资才能满足长期不断上升的需求。矿石品质的下降提高了生产成本，增加了碳排放；因此，需加大技术创新，提高开采和冶炼的效率。
锂：随着电动车飞速发展，锂的增速最快
锂主要用于锂离子电池，其次是用于陶瓷、玻璃和润滑脂；由锂盐水和锂辉石2种截然不同的资源制成。锂原料的供应在很大程度上取决于需求。开采技术的创新也可以扩大锂的供应。预计在短期内锂原料仍供应良好，主要压力可能来自将原材料转化为锂化学品的中游价值链。
锂化学品供应，特别是氢氧化锂，可能成为发展瓶颈。目前，碳酸锂是电动汽车的主要化学品，但氢氧化锂更适合含镍高的电池阴极，预计将取代碳酸锂。目前，只有少数公司能够生产高品质、高纯度的锂化学品。
镍：广泛应用于清洁能源技术的多功能矿产资源
镍主要用于工业合金，具有抗腐蚀性和易加工性。目前，约2/3的不锈钢含镍，但锂离子电池最近已成为镍的新需求来源。锂离子电池用镍约占镍总需求的7%。
目前清洁能源技术用镍约占镍总需求的10%。在既定政策场景下，到2040年，清洁能源技术用镍占镍总需求的比例将增长至30%以上；而在清洁能源场景下，这一比例将达到60%，电池将取代不锈钢成为镍的最大消费领域。过去5年，全球镍产量增加了20%，主要分布在印尼和菲律宾，这两国的产量约占全球的45%。未来的镍供应极有可能受到印尼时势或政策变化的影响。
钴：尽管电池阴极的发展方向不明朗，但电动车的强劲发展仍推高了对钴的需求
钴主要应用于锂离子电池，其次是超级合金、硬质合金工具和磁铁。钴需求的发展高度依赖电池阴极化学的发展方向。电动汽车的强劲增长支撑了钴需求的增长。
在既定政策场景下，到2040年，钴需求将增长7倍；而在清洁能源场景下，这一增速将超过20倍。钴的开采和加工业务高度集中在刚果（金）和中国。因此，钴的供应链会受这些国家贸易路线上的区域事件或政策变化的严重影响。
稀土：集中化和多元化
稀土对清洁能源技术的发展至关重要。尽管电动汽车销量的激增和可再生能源的部署大幅提升了对稀土元素的需求，但目前尚不清楚供应能否跟上需求轨迹。稀土需求的猛增，引发了供需失衡。
这主要由于中国在稀土价值链中的地位，但同时也要考虑到不同稀土元素的市场发展前景不同。清洁能源技术所用稀土元素在未来几年都将面临高需求，但用于抛光粉、合金制造和催化剂的铈和镧等元素的前景并不乐观。
此外，稀土开采带来的环保问题，也会影响进一步的生产。我国需进一步加强对环保的重视，并鼓励投资。与此同时，应确保供应来源多样化，但这也需要国际协调和政策支持。
