中國“新能源礦產目錄”厘定研究

張艷飛，陳其慎，邢佳韻，龍 濤，鄭國棟，任 鑫，王 琨，李 媚，陳仁鳳，張宇民

（1.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；2.中國地質大學（北京），北京 100083）

0 引 言

為應對氣候變化，全球能源體系正在加速從傳統能源向新能源轉變。能源轉型是一場涉及人類發展模式、產業體系和生產生活方式的重大變革，新能源產業發展所需的礦產資源的獲取是競爭的核心焦點之一，引發近年來國內外機構、學者重點關注和研究。國際能源署（International Energy Agency，IEA）[1-2]分析了不同情景下全球能源轉型需要的礦產種類、需求量及可能面臨的供應問題，重點分析了銅、鋰、鈷、鎳和鐠等4 種稀土元素合計8 種礦產，同時將砷、硼、鎘、鉻等26 種礦產納入考慮范疇。國際可再生能 源 協 會（International Renewable Energy e.V.，RE）[3]重點分析了銅、鈷、鎳、鋰、稀土對能源轉型的關鍵性及地緣政治的不確定性的影響。世界銀行（The World Bank）[4]給出了新能源產業發展需要的鐵、銅、鈷、鎳、鋰、釹、鉻、鋅、鋁、石墨、銦、鉛、錳、鉬、銀、鈦、釩17 種礦產的預測量，但其預測中并未探討氫能源；此外，英國石油公司（BP）[5]在最新的預測中覆蓋了鋰、鎳、銅3 種礦產。美國、日本、歐盟等發布的關鍵性礦產清單中也都涉及了新能源產業發展相關的礦產[6-8]。但由于各國國情差異，關鍵性礦產清單也各不相同。

然而，如何界定新能源礦產，除了鋰、鎳、銅等基本能夠達成共識的礦產，還有哪些礦產是新能源礦產或將成為新能源礦產，現有研究并沒有給出清晰的界定。國內開展戰略性礦產目錄、關鍵性礦產目錄厘定工作成果較為常見，但專門針對新能源產業的礦產目錄研究目前還缺乏。鑒于新能源產業發展對我國產業體系和資源格局的顛覆性影響，開展我國新能源礦產目錄的厘定研究，能夠針對性地指導和引導資源產業政策，提前開展相關布局工作，對于保障國家能源安全和經濟安全意義重大?；诖?，本文首先界定中國新能源生產、儲存、運輸和使用的產業體系的內涵，在此基礎上提出中國新能源礦產的定義，構建新能源礦產的評價指標體系。經過系統評價，提出當前經濟技術條件下中國“新能源礦產目錄”，進一步分析我國新能源礦產保障面臨的形勢，并提出建議。

1 新能源礦產相關概念界定

1.1 新能源界定

新能源概念最早出現于1981 年召開的聯合國新能源和可再生能源會議上[9]，會議將新能源與可再生能源定義為：“以新技術和新材料為基礎，使傳統的可再生能源得到現代化的開發和利用，用取之不盡、周而復始的可再生能源取代資源有限、對環境有污染的化石能源，重點開發太陽能、風能、生物質能、潮汐能、地熱能、氫能和核能”。國內新能源概念最早出現在1997 年原國家計劃委員會頒布的《新能源基本建設項目管理的暫行規定》[10]中，將新能源界定為：“風能、太陽能、地熱能、海洋能、生物質能等可再生資源經轉化或加工后的電力或潔凈材料”。除此之外，我國目前尚未有文件明確定義新能源。在當前實現“2030 年碳達峰、2060 年碳中和”的“雙碳”目標背景下，本文認為，新能源是指我國將大力發展的、能夠替代傳統化石能源的各類低碳能源形式，既包括核能、水電、風能、太陽能、現代生物質能、地熱能、海洋能等一次能源，也包括利用低碳能源生產的氫能等二次能源。

1.2 新能源“產-儲-運-用”體系界定

傳統化石能源向新能源轉型發展的過程中，傳統化石能源生產-儲存-運輸-使用的產業體系也將轉化為新能源生產-儲存-運輸-使用的產業體系（圖1），本文簡稱為新能源“產-儲-運-用”體系，其主要包括以下幾個方面。

圖1 傳統化石能源與新能源的“產-儲-運-用”體系對比Fig.1 Comparison of “production-storage-transport-use” system between traditional fossil energy and new energy

1）新能源的生產。包括光伏、風力發電、核能、水電、生物質能、地熱能、潮汐能等相關產業，以及低碳電力制氫產業。

2）儲能。按照儲能應用的環節，可分為發電側儲能、輸電側儲能以及用電側儲能[11]；按照儲能形式可以分為物理儲能和電化學儲備（儲能電池）。氫能的儲存也是儲能的一種形式，涉及到儲氫罐的制造和使用。

3）新能源的運輸。包括新能源電網及其相關配電站等基礎設施建設，以及儲氫罐、氫能管道等。

4）新能源的使用。包括建筑、交通、工業、居民生活在使用新能源電力等環節衍生出的產業，如電動汽車、燃料電池汽車及相關的動力電池、燃料電池產業，家庭太陽能設備產業等。

此外，與傳統能源不同，新能源的利用還存在大量“產-儲-運-用”一體化的產業，如在家庭獨立住房、城市大樓、工廠、礦山等不同場景設置的建筑光伏一體化等。

1.3 “新能源礦產”界定

不同于傳統化石能源通過直接燃燒進行能源轉化，核能、太陽能、風能等能源轉化為人類可用的電力需要借助新技術、新設備和新材料，這些設備和材料需要消耗大量的礦產資源[12]。在新能源“產-儲-運-用”體系界定的基礎上，本文認為新能源礦產的定義：在新能源生產、輸運、轉化、儲存和使用過程中，大量使用或起到關鍵作用，且新能源產業是或將是其消費的主要部門之一的礦產。

定義包含兩個層面的內涵：一是從新能源產業角度看，新能源礦產一定是在新能源“產-儲-運-用”體系中大量使用或者用量不大但起到關鍵作用的礦產；二是從礦產角度看，新能源產業一定要是礦產消費的主要部門之一，如果在可預見的未來，新能源領域都不會是該礦產消費的主要領域，新能源產業的快速發展對該礦產的供需格局不會產生質的影響，則不認為其是新能源礦產。

2 中國“新能源礦產目錄”厘定原則、方法與備選清單確定

2.1 厘定原則和方法

2.1.1 厘定原則

依據新能源礦產的定義和內涵，本文提出了新能源礦產厘定的主要原則。

1）重要性原則。在新能源產業中被廣泛使用、用量較大（我國新能源領域年消費量在萬噸級以上）的礦產。

2）關鍵性原則。用量總量不大（我國新能源領域年消費量不足萬噸），但在新能源某一個或幾個技術應用中起到關鍵作用，且短期內難以被規模替代的礦產。

3）新能源領域消費對礦產需求格局有重要影響原則。由于新能源產業拉動，礦產資源消費量持續增加，新能源領域消費量占比有望占礦產資源消費總量20%以上的礦產。

新能源產業發展正處于方興未艾階段，各類產業技術趨勢仍存在很大不確定性，本次研究確定的目錄是基于當下及可預見的未來一段時間內（2022 年、2030 年、2040 年）的我國新能源產業發展的趨勢和特點進行確定，隨著時間的發展和技術的變革，目錄可以動態調整。

2.1.2 厘定指標及測算方法

基于上述原則，確定了重要性指標（MI）、關鍵性指標（MC）和新能源領域消費對礦產需求格局影響程度指標（Md）。

1）重要性指標（MI）。該指標用某一礦產M某一年在新能源領域的消費總價值綜合表征。計算公式見式（1）。

式中：k為新能源產業中某一產業的某一技術類型；Vk,t為該技術類型下的主要產品的第t年產量；mi（k,t）為第t年該技術類型對礦產M的單位用量；Mp為該礦產的價格指數，本文統一用2022 年平均價格表征。

2）關鍵性指標（MC）。該指標用某一礦產M在新能源“產-儲-運-用”體系各個環節不同產業的關鍵性得分的加和表征。計算公式見式（2）。

式中：i為新能源“產-儲-運-用”體系中某一環節的某一產業；Ci,t為該礦產在i產業中的技術類型下的主要產品的關鍵性得分。

3）新能源領域消費對礦產需求格局影響程度指標（Md）。該指標用某一礦產M某一年在新能源領域的消費總量占2022 年總量的比例表征。計算公式見式（3）。

式中，Mc2022 為某一礦產M2022 年的消費總量。

2.2 備選礦產清單確定

綜合參考現有國內外研究機構發布的研究報告和部分學者的研究成果，系統梳理新能源“產-儲-運-用”體系發展過程中應用的或者根據技術發展趨勢可能會被重點應用的礦產清單（表1）。按照新能源“產-儲-運-用”體系的4 大環節、14 個產業部門或應用場景的各類產品、技術、組件等，合計梳理出新能源領域主要使用的43 種礦產，其中包括鉑、銥2 種鉑族元素和鑭、鐠、釹、鋱、鏑、銪6 種稀土元素，這些礦產列入中國“新能源礦產目錄”厘定的備選礦產清單（表2）。

表1 新能源產業應用的主要礦產清單Table 1 List of main minerals applied in the new energy industry

表2 備選礦產清單Table 2 List of potential minerals

3 中國“新能源礦產目錄”厘定過程

3.1 重要性評價

通過系統收集中國43 種礦產消費總量、新能源領域消費情況，并根據各機構預測及學者研究的中國風電[13-16]、光伏[17-19]、氫能[20-21]、儲能[22-24]、電動汽車[25-26]、動力電池[27-29]等關鍵產業發展趨勢，分析了到2040 年底各礦產新能源領域消費情況，以此為基礎，開展了2022—2040 年間43 種備選礦產在新能源領域的重要性評估，測算2022 年和2040 年的礦產消費價值，分別以2022 年和2040 年的消費價值最高的礦產為10 分，對所有礦產進行0～10 分歸一化處理后，取2022 年和2040 年得分中最高的作為礦產的重要性得分（圖2 和圖3）。

圖2 部分礦產2022 年和2040 年消費價值Fig.2 Consumption value of some minerals in 2022 and 2040

圖3 各礦產在新能源領域的重要性得分Fig.3 MI scores of minerals in the field of new energy

從結果來看，新能源領域相對較為重要、年消費量達到萬噸級別以上、消費價值達到百億元級別、重要性得分超過0.5 的礦產有鋰、銅、鋁、硅（高純石英砂）、鎳、銀、鈾、鈷、鐵、鎂、釩11 種礦產。

3.2 關鍵性評價

通過系統梳理分析43 種備選礦產在新能源生產、儲存、運輸和應用過程中的關鍵性評價結果，將其在新能源產業中的關鍵程度劃分為4 個層級：很關鍵（3 分）、比較關鍵（1 分）、潛在關鍵（0.5 分）、不關鍵（0 分）。其中，很關鍵是指該礦產在該領域中不可獲缺，目前可見的技術經濟條件下難以被替代；比較關鍵是指該礦產在該領域有重要用途，但也存在其他礦產可以相互替代；潛在關鍵是指該礦產目前還未應用，如果未來某些潛在的技術突破，可能導致潛在關鍵變為很關鍵；不關鍵是指該礦產在該領域不用或者即便使用，用途也不是很重要、較容易被替代。綜合來看（表3），鋰、銅、鎳、鉑、鐠、釹、鏑、螢石、銥9 種礦產是關鍵性得分最高的礦產，評分值在6～12 分之間，在多個新能源產業中均有關鍵且難以替代的用途；其次為鋁、鋱、釩、鈷、鎵、磷、鈾、錳、鋅、鎂、鋯、碲、硅、石墨14 種礦產，評分值在3～6分之間，在少量新能源產業中具有較為關鍵的用途（圖4）。

表3 各礦產關鍵性評分結果Table 3 MC scores of minerals

圖4 各礦產在新能源領域的關鍵性得分Fig.4 MC scores of minerals in the field of new energy

3.3 新能源領域消費對礦產需求影響程度評價

本文評估了2022 年和2040 年各個備選礦產在新能源領域消費量占2022 年消費量的比例變化情況（表4），綜合來看，新能源產業發展對礦產資源需求格局影響較明顯（2040 年占比超20%）的礦產包括鈾、釩、銅、鋁、鋰、鎳、鈷、鎂、鉑、銀、鐠、鏑、釹、鋱、鎵、銦、砷、硅、石墨、螢石和磷21 種。

表4 新能源領域消費占礦產消費總量情況Table 4 Consumption of new energy accounted for the total consumption of minerals 單位：%

4 厘定結果與討論

4.1 厘定結果

綜合重要性、關鍵性和新能源領域消費對礦產需求影響程度3 個方面的評價，本文綜合確定了涵蓋鋰、銅、鋁等19 種礦產的中國“新能源礦產目錄”，并按照重要性將其分成兩個級別。其中，Ⅰ級新能源礦產是指我國新能源產業用量大、極端重要且關鍵的礦產，包括鋰、銅、鋁、鎳、鈷、釩、硅（高純石英）、鈾8 種礦產。Ⅱ級新能源礦產是有一定重要性和關鍵性、新能源產業發展對其影響較大的礦產，包括鉑、鐠、釹、鏑、螢石、鋱、銀、鎂、鎵、磷、石墨11 個礦產。由于新能源產業正處于方興未艾的發展階段，各類新技術層出不窮，因此，本文將剩余的除鐵以外的23 種礦產均列入觀察名單，作為定期監測的對象，一旦后期產業技術發生較大變動，“新能源礦產目錄”也可隨時調整。中國“新能源礦產目錄”厘定結果如圖5 所示。

圖5 中國“新能源礦產目錄”厘定結果Fig.5 Determination results of “list of new energy minerals”in China

4.2 結果討論

與IEA 在《能源轉型中的關鍵礦產報告》中重點聚焦的鈷、銅、鋰、鎳、稀土5 種礦產相比，本文提出的Ⅰ級新能源礦產增加了鋁、釩、硅和鈾4 種，并認為釹、鏑、鐠、鋱等稀土元素的綜合重要性要弱于前者（表5）。與美國、歐盟、日本的關鍵礦產目錄相比，本文提出的“新能源礦產目錄”中涉及的礦產并未全部出現在美國、歐盟、日本的關鍵礦產清單中，這是因為美國、歐盟、日本的關鍵礦產清單更加強調礦產資源的危機性，例如銅、螢石均不是美國稀缺的礦產，因此不在其清單內（表5）。綜合來看，本文厘定的“新能源礦產目錄”是以我國新能源產業體系為基礎的，我國是全球最大的風電、光伏組件、新能源汽車、鋰離子電池等新能源產品的生產國和出口國，對新能源礦產的需求量大且正處于高速增長階段，本文提出的“新能源礦產目錄”是考慮了當下和未來的技術變動綜合確定的結果，研究結果較其他研究機構的目錄更加有針對性和適用性。

表5 其他國家及國際組織提出的與新能源相關的礦產清單Table 5 List of minerals related to new energy proposed by other countries and international organizations

5 我國新能源礦產供應保障情況

2022 年，我國19 種新能源礦產中，鋰、銅、鋁、鎳、鈷、硅（高純石英）、鈾、鉑8 種礦產是高度依賴進口的，且進口依賴度均高于50%，部分礦產高達90%以上。鐠、釹、鏑、鋱4 種稀土金屬雖是我國的優勢礦產，但隨著我國稀土冶煉產能的不斷提升，未來將會面臨供應緊張局面。

釩、螢石、石墨、磷、銀、鎂和鎵等7 種礦產目前能夠保障需求，但也僅僅能夠保障供需基本平衡。根據前文的評估，由于新能源產業的快速發展，到2040 年，釩、螢石、鎵、鎂、磷5 種礦產需求將會大幅增加，尤其是釩和鎵，這兩種金屬礦產一方面需求潛力極大，另一方面是伴生金屬礦產，供應增加受主礦產開發制約，擴產難度大，未來極有可能面臨供不應求的局面。我國新能源礦產供應情況見表6。

表6 我國新能源礦產供應概況Table 6 General situation of new energy minerals supply in China 單位：%

從新能源礦產資源稟賦和生產的世界分布來看，新能源礦產分布總體集中度較高，前3 個國家儲量占比均超過50%，其中澳大利亞、智利、南非、印度尼西亞、剛果（金）、幾內亞、秘魯、摩洛哥和土耳其9 個國家是全球新能源礦產的主要資源國和生產國。中國是4 種稀土元素、螢石等10 種礦產的第一生產國。資源分布和生產的集中性勢必造成新能源礦產的全球競爭，目前世界各國正在加緊開展新能源礦產的勘探開發，以應對未來需求的爆發式增長。

6 結 論

1）系統界定了新能源、新能源“產-儲-運-用”體系、新能源礦產的概念，提出在新能源生產、運輸、轉化、儲存和使用過程中，大量使用或起到關鍵作用，且新能源產業是或將是其消費的主要部門之一的礦產。

2）通過大量文獻分析，按照“產-儲-運-用”的4大環節、14 個產業部門或應用場景的各類產品、技術、組件等，梳理出新能源領域主要使用的43 種礦產列入中國“新能源礦產目錄”厘定的備選礦產清單。

3）提出了涵蓋重要性、關鍵性及新能源領域對礦產資源需求影響程度3 個維度的中國“新能源礦產目錄”評價體系和評價方法，并據此開展了系統評價，綜合確定了涵蓋鋰、銅、鎳、鈷、釩、鋁、硅（高純石英）、釹、鏑、鐠、鋱、鈾、鉑、螢石、石墨、磷、銀、鎂和鎵19 種礦產的中國“新能源礦產目錄”，該目錄有助于我國有針對性地制定新能源礦產的保障建議。

4）分析了我國19 種新能源礦產的供應保障情況，其中鋰、銅、鋁土礦、鎳、鈷、硅（高純石英）、鈾、鉑8 種礦產高度依賴進口，鐠、釹、鏑、鋱4 種稀土金屬進口量正日益攀升，釩、螢石、石墨、磷、銀、鎂和鎵7 種礦產目前能夠保障需求，但也僅僅能夠保障供需基本平衡，未來極有可能面臨供不應求、依賴進口的局面，供應風險不斷加大。

基于此，建議國家應常態化開展新能源礦產厘定和供應保障評估，系統評估我國新能源礦產的資源稟賦和供應能力，加大對新能源礦產的勘查開發，尤其是針對硅（高純石英）、銅、鋰等短缺礦產的找礦力度，并加強對鎵、釩、鈷等共伴生礦產的綜合評估和利用工作，提前開展海外礦業投資布局，增強我國新能源礦產的自主保障能力，以應對即將面臨的大規模需求競爭。