我将大量借鑒2020年世界銀行的一份報告，該報告預測了國際能源署（IEA）在快速脫碳情景下對關鍵礦物的需求 ， 特别是RTS（參考技術情景，或當前政策），2DS（2度情景）和B2DS（超過2度情景，目标是1.5）。（世界銀行和國際能源署使用“礦物”這個詞來指礦物和金屬價值鍊，我在這篇文章中也做了同樣的事情。

這次旅行将揭示哪些礦物預計需求量最大 - 哪些是肯定需要的，哪些取決于特定技術的方向。這将有助于将注意力集中在可能的供應壓力點上。

它還将揭示，特定礦物和礦物的需求增長速度和規模存在巨大的不确定性。很大程度上取決于技術、政策和政治方面不可預測的發展。需要認識上的謙卑，以及側重于複原力的政策。（有關政策的更多信息，請參閱下一篇文章。

一個可以肯定的事實是：世界脫碳努力的雄心越雄心勃勃，礦産需求就會上升。

以下是能源和技術及其使用的關鍵礦物的概述表：

在未來幾十年蓬勃發展的所有清潔能源技術中，沒有一種會對電池等礦物供應造成壓力，如上圖所示的能量存儲。在快速脫碳的情況下，它們約占未來二十年礦物需求預計增長的一半。

在很大程度上，這與電池供電電動汽車（EV）的預期增長有關，電動汽車占電池需求增長的90%;另外10%來自固定存儲的增長，用于平衡電網上的風能和太陽能。

如果世界以2°為目标，儲能的礦産需求将從基線情景翻一番;如果世界的目标是1.5°，它将再次翻一番以上。

（世界銀行）

我的電池系列的讀者會記得，電池由兩個電極組成，一個陰極和一個陽極，以及一個電解質，通過它交換離子。（異常值是氧化還原液流電池，它将液體電解質泵過電極。

根據這三個部件的組成，電池需要不同的礦物質。許多電動汽車仍然使用鉛酸電池，使用鉛和硫酸，但锂離子電池（LIB）預計将迅速接管市場，因此對鉛酸電池的需求不會增長太多。

至于LIB，大多數使用石墨作為陽極，這意味着石墨将成為儲能中最受歡迎的礦物。陰極的變化更大。最常用的鎳，钴、锂和錳的各種混合物也很常見。（應該注意的是，锂用于所有LIB，而不僅僅是陰極。

（世界銀行）

應該指出的是，這些對2050年的預測在很大程度上是猜測，隻是“平均”LIB對未來的延伸。事實上，LIB技術可以以多種不同的方式發展，其他存儲技術可以在随後的幾十年中發揮更大的作用。

“未來十年锂離子電池主導移動和固定市場的假設是保守的，”世界銀行寫道。“2030年後，不确定性的規模要大得多，兩個市場都有廣泛的選擇。

考慮 LIB 的選項。對于陰極，NMC111電池使用一部分鎳，一部分錳和一部分钴，而較新的NMC811電池使用更多的鎳和更少的钴。特斯拉和其他汽車制造商正試圖最終從電池中消除钴。現在說他們會走多遠還為時過早。

目前，幾乎所有的陽極都是石墨（由中國主導的市場），但使用空氣作為陽極的鋅空氣電池，使用硬碳作為陽極的鈉離子電池以及使用锂作為陽極的固态電池（用固體電解質代替液體電解質）正在積極發展。什麼樣的技術組合将獲勝仍然是一個懸而未決的問題，這意味着石墨需求的确切軌迹很難預測。

如果制造商尋求最大限度地減少钴，對鎳的需求将會增加。如果固态電池流行起來，它們可以減少對石墨的需求。如果鋅空氣電池流行起來，它們可能會削弱對锂，石墨，鎳和錳的需求。

Eti Mine Works，土耳其埃斯基謝希爾的一座锂礦。（照片：Getty Images）

2030年後，液流電池等其他存儲技術或各種長期存儲技術可能會變得具有競争力。這取決于政策的演變和電力結構。同樣值得注意的是：使用二次壽命EV電池作為電網存儲形式的做法可能會起飛，這将減少對新電池的總需求。

最後，LIB在材料效率方面取得了重大進展，這些進步可能會繼續下去，這可能會影響需求的急劇上升。（閱讀此RMI報告，了解LIB能量密度改善的看漲觀點。

就地緣政治集中程度和環境破壞性而言，這裡值得關注的主要礦物是石墨，鎳，锂和钴，但不可能事先知道它們的确切組合。

太陽能是另一種技術，我們相信它将在未來幾十年内瘋狂增長，但很難預測礦物需求的确切軌迹。

世界銀行的論文研究了四種常見的光伏技術：晶體矽（crystal Si），約占當前市場的85%，以及三種不同的“薄膜”技術，可以印刷在平闆上：銅铟铟硒化镓（CIGS），碲化镉（CdTe）和非晶矽（無定形矽）。

這四種物質主要由鋁、銅和銀制成，不同的附加礦物有不同的技術。就整體尺寸而言，鋁和銅是大塊頭：

（世界銀行）

在下面的比較中，世界銀行包括國際可再生能源署的兩種情景，該機構往往比IEA更看好光伏和電池 - 可再生能源路線圖（快速脫碳）情景和參考情景。在IRENA的路線圖情景中，到2050年，對這兩種礦物的需求從基線增長了350%。

（世界銀行）

根據您喜歡的場景，光伏對鋁和銅的需求要麼會增長，要麼會增長。

鋁本身不是一種原始礦物，而是鋁土礦還原的産物，生産氧化鋁，然後冶煉氧化鋁，然後在幾乎所有能源技術中都發揮着作用，但到目前為止，太陽能是能源領域最大的需求來源。

（世界銀行）

在銅方面，清潔能源技術——電池和太陽能，以及輸配電系統——是增長最快的需求來源。在2度的情況下，清潔能源占銅需求總量的份額将從今天的24%上升到45%。這将推動許多新的銅礦開采。

無論太陽能光伏以何種方式發展，對鋁和銅的需求都可能強勁，但對于一些礦物來說，該技術的發展方向會産生更大的影響。例如，能源領域幾乎所有（97%）的铟都用于太陽能光伏發電，特别是薄膜太陽能光伏。

世界銀行寫道：“目前的文獻預計這種亞技術将會增長，在該模型中，三種薄膜亞技術 - CIGS，CdTe和非晶矽 - 被認為從太陽能電池闆的20%增長到50%。如果不這樣做，如果老式的晶體矽面闆繼續變得便宜得可笑，并粉碎所有競争，它可能會将能源部門對铟的需求削減到很少。

（世界銀行）

矽、镓和碲等其他礦物也對光伏市場的方向敏感。

無論如何，在光伏中，鋁和銅是大問題，但幾種稀土元素也在發揮作用，這取決于未來的技術選擇。

風力渦輪機主要由鋼制成，用于渦輪機（根據細節，其制造可能涉及鎳，钼，钛，錳，釩或钴），其中大量的銅用于布線，鐵用于其他部件。

這些材料中的大多數在其他清潔能源技術中很常見。風能為主要需求的一種礦物是鋅;在2度的情況下，風能将需求提高至少80%。

（世界銀行）

世界銀行寫道，大多數陸上風電場使用齒輪渦輪機，“使用齒輪箱将渦輪機轉子的相對較低的轉速（12-18 rpm）轉換為更高的速度（1，500 rpm），以輸入發電機。目前全球風力發電能力的大約80%是齒輪渦輪機，連接到使用大量鐵和銅的發電機上。

在直驅渦輪機中，發電機固定在轉子上并以相同的速度轉動。由于維護要求較低，這些在海上設施中更為常見。他們經常使用含有稀土元素的永磁體。

一些礦物将受到陸上和海上渦輪機的最終平衡的極大影響，例如钕，一種僅用于永磁直接驅動渦輪機的稀土元素。海上風電增長速度快于預期的2度情景可能會使對钕的需求相對于基本情況增加近50%;如果陸上增長更快，它可能會減少近70%的钕需求。

（閱讀這篇文章，了解直接驅動渦輪機的看漲情況。另一個很大的未知數是“開關磁阻電機”的可能滲透，它既比電流感應和同步電機便宜，也不需要齒輪箱或稀土元件來制造磁鐵。有關這方面的更多信息，請參閱此處。

因此，對于風能：更多的鋼，鋅，鐵，銅，以及根據渦輪機技術的發展，還有一些稀土元素。

地熱發電在全球電力容量中所占的比例相對較小，即使在樂觀的增長情景下也可能保持如此。

随着它的發展，它将需要設計用于抵抗熱和腐蝕的特殊鋼合金，這些合金涉及幾種稀土元素。它還需要鎳，鉻，銅钼，錳和钛。

（世界銀行）

地熱可能成為需求很大一部分的唯一礦物是钛;它是能源領域的主要用戶。在2度的情況下，地熱對钛的需求将增長80%或更多。

聚光太陽能仍然是一種相當小衆的技術 - 比光伏更昂貴且更依賴地理位置 - 并且預計會增長，但不會太多。它使用的唯一值得注意的礦物是銅和銀，它不太可能占兩者需求的很大一部分。

碳捕獲和儲存使用鉻，钴，銅，錳，钼和鎳，但沒有人确定哪種CCS技術會勝出或将建造多少，所以這是任何人猜測多少。

世界銀行的數據“表明，對各種能源技術中使用的多達11種礦物的需求總體增長，其中鐵和鋁的絕對增幅最高，其次是銅和鋅。

下圖顯示了對各種礦物的需求的相對增加（左側）和右側需求的絕對增長。

（世界銀行）

如您所見，石墨增長了最大的百分比和第二大總量 - 作為電池的關鍵成分，它是過渡的關鍵。

對于一些礦物來說，雖然需求在絕對值上并沒有大幅增加，但它們從一個小基數開始，市場将增長近500%，包括锂和钴，或大約200%，如铟和釩。這些可能是壓力點。

一些礦物的絕對值将大幅增長，但百分比相對較小，如銅和鋅，它們在能源部門之外被廣泛使用。（但請注意：世界銀行的分析不包括輸電線路的銅，這可能是增長的一大來源。

然後是鎳，在中間的某個地方。

為了試圖将所有這些信息集中在一個地方，世界銀行在2度情景下創建了一個礦物風險矩陣。重要的是，該矩陣沒有捕獲與環境危險或可能的供應限制相關的風險。它隻捕捉需求動态。

水平軸 - “加權覆蓋率 - 濃度指數” - 測量礦物的橫切程度。左邊是用于較少能源技術的礦物，其命運與這些技術的命運密切相關;右邊是許多技術共有的礦物，無論哪種技術勝出，需求都可能上升。

縱軸——“2018-2050年産需指數”——是一個結合相對和絕對需求增長的加權衡量标準。它粗略地捕捉了對這種礦物的需求預計将增長多少。頂部是将經曆大量需求增長的礦物;在底部，增長較少。

（世界銀行）

該基質的四個象限提供了一種對礦物及其需求風險進行分類的方法。

象限一含有中等沖擊力的礦物質。它們用于少數清潔能源技術，其總體增長将不大。這些包括鋅，銀，钛和幾種稀土元素。

象限二含有高沖擊力礦物。它們僅用于少數技術（主要是電池），但預計需求将迅速大幅增加。這些是石墨，锂和钴 - 在采礦和加工方面，它們是最環保的。

象限三包含影響最大的礦物，這些礦物對各種技術都至關重要，并且有望迅速增長。目前，這隻描述了鋁。它來自鋁土礦，它不是很好（沒有礦山是真正偉大的），但它是現存最可回收和可回收的材料之一。曆史上制造的鋁中幾乎有75%仍在使用。

象限四包含橫切礦物，不會像象限二和三那樣看到急劇上升的需求，但對廣泛的技術至關重要，這意味着需求的增長是相當确定和可預測的。銅是這裡的大銅，幾乎用于所有清潔能源技術，但鎳将增長得更多。鉛，鉻，钼和錳也符合條件。

這就是風險矩陣。它指出了哪些礦物的需求量最大。

事實證明，正如我們在上一篇文章中所看到的，清潔能源未來中一些最重要的礦物在地理上是集中的，并在社會和環境可疑的情況下開采。加工幾乎完全由中國主導。

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