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名称 能源转型过程中关键矿产资源安全回顾与展望
发布机构 科技外事处 索引号 2189234/2020-00289
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发布日期 2020-12-28 主题词

能源转型过程中关键矿产资源安全回顾与展望

发布日期:2020-12-28 17:36 信息来源:科技外事处 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

能源转型过程中关键矿产资源安全回顾与展望

    进入21世纪以来,世界各国积极参与以碳排放为核心的全球气候变化议题。其中,能源转型是完成碳减排目标的根本路径。当前,世界各国正在积极布局新一轮科技革命和产业革命,以低碳和可再生为核心的第三次能源转型也在悄然进行,新能源产业及低碳技术发展将会是拉动世界经济增长的重要引擎,是世界各国重塑全球产业竞争力的重要途径和标志(马丽梅等,2018)。低碳和可再生能源产业发展对全球矿产资源供应提出了新挑战,未来资源可持续供应需要世界各国政府积极参与应对(Ali等,2017)。自改革开放以来,我国经济水平得到了大幅提高,逐步实现了从农业大国向工业大国的转变,同时环境保护与经济发展的矛盾日益凸显。党的十九大报告中指出,绿色发展是我国生态文明建设的重要内容。构建清洁低碳、安全高效的能源体系,壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业是我国积极参与全球环境治理、落实减排承诺的重要手段(习近平,2017)。长期以来,我国矿产资源短缺局面从未改善,资源成本严重约束我国经济发展质量。部分战略性新兴矿产是我国优势矿产,如稀土、钨、钼等,同时也是全球新一轮技术革命的重要物质基础( Bazilian2018),未来10年中国锡、锂、锑、钴、稀土等金属及硅藻土、晶质石墨、高纯石英原料等战略性新兴产业矿产及国防军工矿产需求仍将持续增长(于汶加等,2015)。美国、欧盟、日本等发达国家和经济体已经先后颁布了关键材料或关键矿物清单(王昶等,2017; NRC2008; EC2014),该领域已经成为世界各国博弈的舞台(杨丹辉,2018)。未来中国矿产资源需求呈现总量持续增长,品种持续扩大的特点。这对我国矿产资源安全提出了挑战,短期内大宗矿产资源短缺的现状不会得到缓解,甚至有可能进一步加强。因此,全球第三次能源转型对战略性新兴矿产资源的需求涉及到国家安全,是我国面临的重要机遇和挑战。如何保障能源转型过程中矿产资源安全是世界各国正在共同面临的课题。中国由于部分矿产资源储量优势明显,是世界矿产资源需求大国,并且在全球气候变化问题上扮演重要角色,其地位和作用显得尤为突出。本文从产业演进的视角对能源转型过程中金属资源需求规律进行总结,概括了低碳技术对关键矿产资源的影响,并且归纳了中国面临的主要机遇与挑战。

1关键矿产资源研究现状

    1)矿产资源安全内涵。长期以来,对于矿产资源安全内涵,不同学者有不同的解释,其核心主要围绕资源、环境和经济3个维度展开,经济增长对资源产生需求,同时资源开发对环境产生压力,环境压力反过来约束经济增长速度。在整个过程中,资源是经济各个产业发展的基础。全球发展所需要的物质资源种类也在逐渐发生变化,从生物资源逐渐过渡到矿产资源(Krausmann等,2009)。矿产资源是经济发展的物质基础,世界各国通过各种国际政治行为维护自身的矿产资源安全(于宏源等,2017)。关于矿产资源安全的研究最早可以追溯到第一次世界大战,世界主要军事强国关注军事领域关键原材料的供应安全( McClure1983)。与此同时,学术界也开始对该问题进行关注,其中 Hotelling1929年提出了矿产资源可耗竭理论模型( Hotelling1990)。从已有研究文献来看,研究能源安全的国内外文献较为丰富,对于非能源矿产资源安全的研究主要以国内为主。我国对矿产资源需求领域的研究起步较晚,谷树忠等(2002)、姚予龙等(2002)对资源安全进行了定义和经济学解释。矿产资源安全最初只考虑供应安全,随着研究的不断深入,内涵逐渐丰富。王昶等(2017)将金属资源安全归纳为供应安全、经济安全和生态安全3个维度。龙如银等(2018)将矿产资源安全归纳为经济安全、生态安全、社会安全和国际安全4个维度。随着研究的不断深入,矿产资源安全评价指标体系的维度不断增加,指标更加完善。总体来看,矿产资源安全是一个包括经济发展、资源供应、环境约束的多维安全保障系统。

    2)关键矿产资源定义与种类。关键矿产这一概念最早出现在1938年,美国政府决定为42种具有军事意义的原材料建立库存(NRC2008)。长期以来,对于关键矿产的定义和分类标准一直没有明确的界定。政府、企业和研究机构都有从自己的视角对关键矿产进行界定(Graedel等,2015a)。目前,关于关键矿产的界定,主流观点是高技术信息产业所需求的矿产资源。高技术和信息产业是未来国家经济发展的重要支柱产业,美国、欧盟、日本等发达国家和组织先后公布了关键矿产目录。从学术角度看,Hayes(2018)搜集了32篇关于关键矿产资源安全评价的文献,研究矿种共计包括57种,其中20种矿产在10篇以上文献中定义为关键矿产,稀土、铟、铂族金属、钴、锗、钨等出现频率更是高达20余次。随着越来越多的机构关注该领域的研究,关键矿产的概念会逐步扩大到关键原材料。从目前已有研究结果来看,关键矿产主要是能源转型过程中绿色、低碳、清洁技术所需的矿产资源。

    3)关键矿产需求预测。关于矿产资源需求影响因素有了较多研究,早期国外经济学家普遍认为技术进步、价格、替代品是影响矿产资源需求的重要因素(Pindyck等,1983Griffin等,1976Berndt等,1975;梁姗姗等,2018)。也有部分学者从实证角度进行研究。张欢等(2011)运用协整模型研究了中国工业化进程与能源矿产资源供需的关系。Gierlinger(2012)研究发现美国工业化进程中自然资源的消耗增加了18倍,并且日本、英国与美国工业化模式基本相同。Schoer(2012)研究表明欧盟在工业发展过程中能够满足自身对生物能和非金属矿产资源的需求,但缺少大量金属矿产品。Wang(2014)研究发现中国在建筑、重型制造业等行业对原材料的需求最为明显。马丹竹等(2017)研究了中国有色金属资源消耗与经济增长之间的关系。贾立文等(2016)研究认为工业化背后的城镇化是促进矿产资源消耗的内因。Zhang(2017)从物质流的角度发现金属资源消耗与GDP之间存在着短期脱钩关系。Destek(2016)研究发现天然气消费与经济增长之间存在短期单向因果关系,长期双向因果关系。Liu(2016)研究指出中国有色金属资源与经济增长之间的耦合关系长期存在,并保持长期不变,某些金属存在着短期脱钩关系。Zheng(2018)研究发现金属资源与经济发展之间的耦合关系长期存在。也有部分学者基于计量模型对矿产资源需求进行预测,如贾立文等(2014)、渠慎宁(2016)。部分学者依托指标体系进行评估,如孙永波等(2005)、颉茂华等(2017)、余敬等(2017)、张龙等(2014)。现有的关于关键矿产需求预测显示,未来关键矿产需求潜力巨大,供需缺口扩大趋势逐渐明显。

2新能源产业与关键矿产资源

    1)能源产业与金属产业依赖关系。矿产资源是工业的原料,能否保障矿产资源安全是维持产业发展的重要基础。产业演进过程中,矿产资源安全内涵也在发生变化。纵观整个工业科技革命的历史,工业革命与科技革命之间存在着量变与质变的演进关系。科技革命过程中往往会带来产业不断升级进化,最终形成了跨越时间维度的工业革命(贾根良,2016)。在这个过程中,矿产资源则是产业演进的重要约束,也是工业革命的重要物质基础。工业化内生于技术革命,产业演进是其过程的表象,本质则是受限于资源要素的禀赋(金碚,2008)。成金华等(2018)指出产业结构变化与矿产资源需求之间存在着多个拐点,不同矿产资源峰值或拐点的到来取决于目前产业结构的变化。陈其慎等(2015)通过终端产业需求角度,描绘了资源产业雁行图谱。Tokimatsu(2017)指出金属资源与能源在产业演进过程中存在耦合关系。大宗矿产与产业结构之间关系的研究已经十分丰富,战略性新兴产业对稀有矿产需求之间关系的研究有待进一步展开(梁姗姗等,2018)。

    近年来,随着世界各国对新能源不断关注和布局,国外学者发现能源转型过程中对矿产资源十分依赖。国家能源转型过程中需要建造大量的基础设施和设备,如太阳能电池板、风力涡轮机、电动汽车、耐高温高压材料等,因此需要消耗大量金属资源(Vidal等,2013Suh等,2017)。美国、欧洲和日本学者已有部分成果,如Vidal(2013) Graedel(2015b)Kim(2015)研究发现欧盟风力发电系统对金属资源需求较大,部分金属由于技术原因无法替代。Speirs(2015)指出未来可再生能源与金属资源之间的关系由技术来决定,但是由于技术的不确定性,仍需建立关键金属资源保障体系。Grandell(2016)指出未来能源与金属资源之间存在十分紧密的联系,能源产业发展离不开金属资源的保障。Tokimatsu(2017)模拟了全球2度温升下能源与金属之间的关系。Vidal( 2017)依据2050年全球能源发展目标,模拟了能源转型过程中关键金属的需求量。从能源转型过程中的绿色技术来看:风能技术主要使用稀土、铂族金属、金和银等金属(Kim等,2015; Habib等,2014);太阳能技术主要使用的是铜、银、铂族金属、碲、铟等(Grandell等,2016Davidsson等,2017);电动汽车技术主要使用钢铁、铜、铝、稀土、镍、锂、钴、铂族金属等金属( Steinbuks等,2017);燃料电池主要使用锂、钴、铂族金属等金属;照明技术主要使用镓、锗、铟等金属(Grandell等,2016)。由于新能源需要一定的载体转换成二次能源,同时,这些载体本身需要大量的矿产资源。与常规能源相比,新能源对矿产资源依赖明显增强,同时,电动汽车等紧密延伸产业也对矿产资源安全形成了冲击,关键矿产资源安全问题十分突出。

    比较常规能源、新能源与矿产资源的关系可以发现,过去能源与矿产资源安全之间的关系相对独立。无论是研究能源安全还是研究矿产资源安全,主要是从资源自身供应安全的角度出发。在未来可再生能源时代,关键矿产资源与能源之间的关系变得十分紧密。目前关于能源转型与矿产资源安全之间的研究已经被国外学者关注,国内该领域的研究相对较少,仍有十分大的发展空间。总体来看,能源转型中矿产资源安全呈现出以下几个特点:a.传统矿业大国是主要供应国,部分金属中国存在储量优势;b.金属多以伴生形式存在,开采难度大,环境污染风险高(Christmann2018);c.部分金属具有不可替代(Speirs等,2015)。因此,技术金属约束能源转型,第三次能源革命对技术金属的依赖比前两次都要高。

    2)新能源产业关键矿产种类。当前关于关键矿产资源安全的研究刚刚起步,如何保障能源转型过程中关键矿产资源安全是未来政府、企业和学术界共同面临的问题。当前,对于关键矿产资源安全中的生态安全领域的研究较少,目前供应安全优先级较高。从现有文献来看,地缘政治和采选技术是目前影响关键矿产可持续供应的重要因素( Hayes等,2018)。从关键矿产的主要供应国来看,关键矿产主要分布在中国和非洲,但是其控制权则由部分发达国家掌握。

3关键矿产资源安全面临的主要问题

    1)部分关键矿产被少数国家控制。长期以来,由于成矿条件的差异,部分关键矿产资源在地理位置上聚集在几个特定国家和区域,从而使得部分矿产被少数国家控制(Henckens等,2016)。不论是大宗矿产,还是关键矿产,均被少数国家或者组织控制着开发和供应,致使先后引发矿产品市场价格的震荡。由于关键矿产资源总量稀少,其开发和供应更容易被控制。以钴矿为例,全球已探明的钴资源储量共计500t,其中65%分布在非洲刚果,其余35 %分布在世界其他地区。依据全球矿业上市公司公布的钴矿开发项目,世界钴矿资源开发项目基本上被加拿大、澳大利亚两个国家的矿业公司控制(Ali等,2018)。从上市公司公布的数据来看,全球钴资源储量前三分别是嘉能可、洛阳钼业及金川国际,分别是250t56t45t(其中37t为权益矿)。全球年产量大概10t,其中嘉能可2.8t,洛阳钼业1.6t,欧亚资源0.7t3家占比50%。关键矿产的话语权被少数国家和组织控制,势必对我国未来保障关键矿产产生深远影响。

    2)部分关键矿产“有”而不“优”。稀土、钨等关键矿产是我国优势矿产,长期以来,我国面临着优势矿产“有”而不“优”的局面。产业结构不合理、产品科技含量低是定价权缺失的重要原因。在“原矿精矿冶炼产品功能材料器件终端产品”的全产业链中,上游环节(采选、冶炼、分离)具有明显优势,但产业链下游缺乏核心技术,尤其是对高附加值的新材料创新能力不足。以钨为例,钨全球贸易产业链中,中国长期处于中上游位置。与世界先进企业相比,我国深加工企业在技术水平、市场竞争力、产品附加值等方面仍有巨大的提升空间。2016年,我国硬质合金的出口量为6 906 t,位居世界第一,交易金额为4亿多美元,德国出口硬质合金2 364 t,但交易额却高达9. 46亿美元,我国硬质合金的单位价值非常低,仅为德国的14%

    美国、日本及德国等发达国家部分关键矿产资源储量和产量较少,原矿及初级产品主要依靠进口,但凭借其先进工艺和集约化生产,牢牢占据了矿产资源的下游供应市场,并获取了高额的附加值利润。以钨为例,钨产业链价值增值主要发生在加工产品领域,越在产业链后端,钨产品增值幅度越高,我国钨产业若无法向下游延伸,就会始终面临大而不强、产品附加值过低的问题。从最初原料精矿制成金属粉末,产品增值1.5倍左右;从精矿到普通硬质合金,产品增值2.5倍左右;从钨精矿到钨丝等加工产品,产品增值3.3倍左右;若提高到硬质合金数控刀具等精深加工领域,产品增值几十倍甚至数百倍。

    3)我国关键金属成本劣势明显。在工业化进程中,矿业主要产品的长期成本一直保持上涨,主要原因是由于规模收益递减和技术进步停滞(杨伟民,1990)。目前,国际矿业市场低迷,大量低成本产能进入市场、高成本产能退出。矿产供应国货币贬值、能源成本降低等在一定程度上降低了矿山成本,同时国际铜矿巨头陆续宣布各种降本节支措施。以铜为例,全球五大铜矿生产商2015年成本同比2014年基本均有所下降。从智利国家铜业公司、自由港、嘉能可和力拓大型铜矿生产商对2016年铜现金成本控制目标来看,铜矿生产成本仍有较大幅度的下降空间。矿业成本直接决定国际矿产资源市场供应,从而导致产业结构调整和变化。

    长期以来,我国矿业成本居高不下,导致我国矿业的比较优势不存在,在国际矿业市场没有话语权。以铁矿石为例,国内铁矿石品位低、冶选条件差,导致铁矿石综合生产成本过高。世界平均铁矿石离岸生产成本为50—55美元/t,澳大利亚、巴西的矿山均低于45美元/t。根据国外相关机构预测,中国铁矿石(标矿)完全成本(包含生产成本、制造成本、管理费和财务费用)约101.6美元/t,尽管这个成本数据高于国内调研结果,但是估计真实成本平均仍高达80美元/t,远高于国外生产成本。国内铁矿企业税赋成本过高,进一步抬高了生产成本。世界矿企的平均税赋负担率约12%,澳大利亚矿企负担率约6%,巴西约4%,国内矿企的税赋负担率则达22%-25%。因此,我国在国际矿产资源市场毫无优势,长期处于被动地位,这种情况不仅仅出现在紧缺矿产,在优势稀有矿产市场同样存在。因此,如何降低我国矿业成本是未来矿产资源战略研究的重要议题。

    4)中国缺乏关键金属定价中心和认证仓库。长期以来,国际能源与金属市场被美元控制,美元指数与资源价格紧密相关(朱永光等,2018)。缺乏定价中心是我国有色金属缺乏定价话语权的重要原因。国际上大宗商品定价基本由期货市场决定:国际铜价格以伦敦金属交易所( London metal exchangeLME)期货价格为定价标准,国际石油价格由纽约和伦敦期货价格决定,国际农产品价格由芝加哥期货交易价格决定。目前,我国期货市场处于初级阶段,除锡产品外,钨、锑、钼均未上市交易,导致生产企业不能通过价格发现及时预测和掌握价格走势,更加无法对有色金属价格产生重要影响。

    此外,认证仓库对矿产品交易价格产生重要影响。LME通过在各地批准的仓库和存储设施完成实物交割,目前全球共有701个认证仓库,主要分布在荷兰、美国、韩国、比利时、马来西亚等国家。2015年,全球有600多个认证仓库完成了500多万t金属的实物出入库。目前来自中国客户的交易占LME交易总量的三成以上,但由于LME目前在内地还没有认证仓库,内地客户在参与LME交易后如果需要进行实物交割,就只能把货从海外 LME认证仓库运回国,或把货运到海外的LME认证仓库,并为此支付高额的海运费用,交割的时间成本和经济成本都大大增加。内地客户甚至会因为交割困难被国际交易对手“挤仓”而不得不让利平仓。正是因为这些额外成本,内地客户在参与国际大宗商品的交易和定价时,已经输在了起跑线上(朱学红等,2016)。

    5)部分关键金属为伴生矿,尾矿生成率高。矿山固体废弃物主要有煤矸石、露天矿剥离物、尾矿。固体废弃物对土壤和水资源也造成了严重污染。关键矿产中较多是伴生矿产,如稀土、铟、钴、锗等。以稀土为例,每1t原矿中只有43.4kg的稀土元素。冶炼原矿中,62%的原料成为尾矿。尾矿堆存不仅占用了大量耕地,还容易造成矿区环境污染、水土流失、植被破坏等。同时,关键矿产开采对人体、环境及生态危害较大。以稀土为例,最为严重的危害就是来自稀土元素钍和铀的轻度放射性浆尾矿。根据美国克拉克大学公害评定小组的研究,尾矿库事故的危害仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等灾害,在世界各种事故、公害的隐患中名列第18位。选矿厂所排放的固体“废料”尾矿往往是以矿浆状态排出的,如果得不到妥善处理,尾矿库一旦发生事故,破坏力巨大的泥石流将涌向下游,尾矿将会大面积覆没农田,污染水系,对环境造成严重伤害。因此,在评价关键矿产资源安全时,需要将尾矿回收及利用情况考虑进去。

     6)冶炼加工过程污染影响较大。关键金属冶炼加工难度较大,所需的化学原料环境风险极高。以稀土为例,冶炼稀土元素过程中毒酸是必须辅料,其破坏程度较大。含有害化学元素的废渣因降雨浸润,污染地表水、地下水和耕地,造成地方病。废石、尾砂及粉尘的长期堆放,在空气、水、温度等风化作用下被分解,很多有害元素的化合物进入地表及地下水中,矿山大量的含有硫化物和多种重金属的废岩、废渣和尾矿经雨水的淋溶作用,形成含有多种有害元素的酸性废水污染地表水和土壤,或通过下渗污染地下水。各种不同类型的尾矿对水环境的影响差异较大,与尾矿坝的物质成分有很大关系,若尾矿坝无防渗措施或溃坝将对水体和土壤造成很大影响。总体来说,关键矿产资源开发引发的主要生态环境问题包括水土资源污染和生物多样性。杨丹辉等(2014)研究显示,关键金属中铂族金属对环境影响最大,稀土次之,石墨最小。总体来看,关键金属开发利用过程的污染导致人体健康、生态环境风险较大。因此,在研究关键金属矿产资源供应安全和经济安全的同时,生态环境安全问题需要进一步深入研究。

4结论与展望

    本文分析了能源转型过程中绿色、清洁和低碳产业需求的关键矿产资源以及中国面临的主要问题,得出以下几点结论:

    1)能源产业与金属产业长期存在依赖关系。关键矿产界定标准由国家产业阶段所决定。现阶段关键矿产指的是绿色、清洁和低碳信息技术等新能源产业所需的矿产资源,稀土、铟、铂族金属、钴、锗、钨等是关键矿产资源安全研究的主要对象。

    2)已有关键矿产资源安全研究较少,且偏重于供应安全,对经济安全和生态安全维度研究涉及较少。关键矿产资源经济安全问题主要凸显在定价权方面,生态环境风险凸显在人居安全领域。

    结合我国矿产资源实际,未来的研究方向应当着重在以下几个方面展开:

    1)开展关键矿产国际合作战略的相关研究。我国部分关键矿产缺口极大,且供应国单一,如钴。为了保障金属资源的可持续供应,应当开展稀有矿产国际合作战略的相关研究工作,防止突发事件导致资源短缺(朱学红等,2018)。依托国际平台和国家战略进行学术合作,如国家地球科学联合会发起的为下一代找矿战略,探讨国际矿产资源合作机制(Liu等,2018)。

    2)加大对关键矿产产业链与价值链的研究,未来全球关键矿产供应的产业链决定了价值链,价值链决定了国家话语权。长期以来,我国在国际矿产资源贸易中处于被动地位,均是由于话语权的缺失。

    3)研究我国关键矿产资源的高成本成因,尤其是我国优势矿产。杨伟民(1990)研究结果显示,长期矿业成本过高是导致我国产业结构变化的重要内因。矿产资源税负不合理是导致我国矿业成本过高的内因,因此政府需要创新金属资源价格与税收体制改革(钟美瑞等,2016)。如何通过降低矿业成本,从而提高资源的可持续供应是亟需研究的课题。

  4)依托上海期货交易所,研究中国关键矿产资源期货定价和现货定价机制。

  5)评估关键矿产资源开发利用过程中对生态环境的影响,以及配套产业和环保政策。

 

摘自:《资源与产业》2020年第4

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能源转型过程中关键矿产资源安全回顾与展望

科技外事处 2020-12-28

能源转型过程中关键矿产资源安全回顾与展望

    进入21世纪以来,世界各国积极参与以碳排放为核心的全球气候变化议题。其中,能源转型是完成碳减排目标的根本路径。当前,世界各国正在积极布局新一轮科技革命和产业革命,以低碳和可再生为核心的第三次能源转型也在悄然进行,新能源产业及低碳技术发展将会是拉动世界经济增长的重要引擎,是世界各国重塑全球产业竞争力的重要途径和标志(马丽梅等,2018)。低碳和可再生能源产业发展对全球矿产资源供应提出了新挑战,未来资源可持续供应需要世界各国政府积极参与应对(Ali等,2017)。自改革开放以来,我国经济水平得到了大幅提高,逐步实现了从农业大国向工业大国的转变,同时环境保护与经济发展的矛盾日益凸显。党的十九大报告中指出,绿色发展是我国生态文明建设的重要内容。构建清洁低碳、安全高效的能源体系,壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业是我国积极参与全球环境治理、落实减排承诺的重要手段(习近平,2017)。长期以来,我国矿产资源短缺局面从未改善,资源成本严重约束我国经济发展质量。部分战略性新兴矿产是我国优势矿产,如稀土、钨、钼等,同时也是全球新一轮技术革命的重要物质基础( Bazilian2018),未来10年中国锡、锂、锑、钴、稀土等金属及硅藻土、晶质石墨、高纯石英原料等战略性新兴产业矿产及国防军工矿产需求仍将持续增长(于汶加等,2015)。美国、欧盟、日本等发达国家和经济体已经先后颁布了关键材料或关键矿物清单(王昶等,2017; NRC2008; EC2014),该领域已经成为世界各国博弈的舞台(杨丹辉,2018)。未来中国矿产资源需求呈现总量持续增长,品种持续扩大的特点。这对我国矿产资源安全提出了挑战,短期内大宗矿产资源短缺的现状不会得到缓解,甚至有可能进一步加强。因此,全球第三次能源转型对战略性新兴矿产资源的需求涉及到国家安全,是我国面临的重要机遇和挑战。如何保障能源转型过程中矿产资源安全是世界各国正在共同面临的课题。中国由于部分矿产资源储量优势明显,是世界矿产资源需求大国,并且在全球气候变化问题上扮演重要角色,其地位和作用显得尤为突出。本文从产业演进的视角对能源转型过程中金属资源需求规律进行总结,概括了低碳技术对关键矿产资源的影响,并且归纳了中国面临的主要机遇与挑战。

1关键矿产资源研究现状

    1)矿产资源安全内涵。长期以来,对于矿产资源安全内涵,不同学者有不同的解释,其核心主要围绕资源、环境和经济3个维度展开,经济增长对资源产生需求,同时资源开发对环境产生压力,环境压力反过来约束经济增长速度。在整个过程中,资源是经济各个产业发展的基础。全球发展所需要的物质资源种类也在逐渐发生变化,从生物资源逐渐过渡到矿产资源(Krausmann等,2009)。矿产资源是经济发展的物质基础,世界各国通过各种国际政治行为维护自身的矿产资源安全(于宏源等,2017)。关于矿产资源安全的研究最早可以追溯到第一次世界大战,世界主要军事强国关注军事领域关键原材料的供应安全( McClure1983)。与此同时,学术界也开始对该问题进行关注,其中 Hotelling1929年提出了矿产资源可耗竭理论模型( Hotelling1990)。从已有研究文献来看,研究能源安全的国内外文献较为丰富,对于非能源矿产资源安全的研究主要以国内为主。我国对矿产资源需求领域的研究起步较晚,谷树忠等(2002)、姚予龙等(2002)对资源安全进行了定义和经济学解释。矿产资源安全最初只考虑供应安全,随着研究的不断深入,内涵逐渐丰富。王昶等(2017)将金属资源安全归纳为供应安全、经济安全和生态安全3个维度。龙如银等(2018)将矿产资源安全归纳为经济安全、生态安全、社会安全和国际安全4个维度。随着研究的不断深入,矿产资源安全评价指标体系的维度不断增加,指标更加完善。总体来看,矿产资源安全是一个包括经济发展、资源供应、环境约束的多维安全保障系统。

    2)关键矿产资源定义与种类。关键矿产这一概念最早出现在1938年,美国政府决定为42种具有军事意义的原材料建立库存(NRC2008)。长期以来,对于关键矿产的定义和分类标准一直没有明确的界定。政府、企业和研究机构都有从自己的视角对关键矿产进行界定(Graedel等,2015a)。目前,关于关键矿产的界定,主流观点是高技术信息产业所需求的矿产资源。高技术和信息产业是未来国家经济发展的重要支柱产业,美国、欧盟、日本等发达国家和组织先后公布了关键矿产目录。从学术角度看,Hayes(2018)搜集了32篇关于关键矿产资源安全评价的文献,研究矿种共计包括57种,其中20种矿产在10篇以上文献中定义为关键矿产,稀土、铟、铂族金属、钴、锗、钨等出现频率更是高达20余次。随着越来越多的机构关注该领域的研究,关键矿产的概念会逐步扩大到关键原材料。从目前已有研究结果来看,关键矿产主要是能源转型过程中绿色、低碳、清洁技术所需的矿产资源。

    3)关键矿产需求预测。关于矿产资源需求影响因素有了较多研究,早期国外经济学家普遍认为技术进步、价格、替代品是影响矿产资源需求的重要因素(Pindyck等,1983Griffin等,1976Berndt等,1975;梁姗姗等,2018)。也有部分学者从实证角度进行研究。张欢等(2011)运用协整模型研究了中国工业化进程与能源矿产资源供需的关系。Gierlinger(2012)研究发现美国工业化进程中自然资源的消耗增加了18倍,并且日本、英国与美国工业化模式基本相同。Schoer(2012)研究表明欧盟在工业发展过程中能够满足自身对生物能和非金属矿产资源的需求,但缺少大量金属矿产品。Wang(2014)研究发现中国在建筑、重型制造业等行业对原材料的需求最为明显。马丹竹等(2017)研究了中国有色金属资源消耗与经济增长之间的关系。贾立文等(2016)研究认为工业化背后的城镇化是促进矿产资源消耗的内因。Zhang(2017)从物质流的角度发现金属资源消耗与GDP之间存在着短期脱钩关系。Destek(2016)研究发现天然气消费与经济增长之间存在短期单向因果关系,长期双向因果关系。Liu(2016)研究指出中国有色金属资源与经济增长之间的耦合关系长期存在,并保持长期不变,某些金属存在着短期脱钩关系。Zheng(2018)研究发现金属资源与经济发展之间的耦合关系长期存在。也有部分学者基于计量模型对矿产资源需求进行预测,如贾立文等(2014)、渠慎宁(2016)。部分学者依托指标体系进行评估,如孙永波等(2005)、颉茂华等(2017)、余敬等(2017)、张龙等(2014)。现有的关于关键矿产需求预测显示,未来关键矿产需求潜力巨大,供需缺口扩大趋势逐渐明显。

2新能源产业与关键矿产资源

    1)能源产业与金属产业依赖关系。矿产资源是工业的原料,能否保障矿产资源安全是维持产业发展的重要基础。产业演进过程中,矿产资源安全内涵也在发生变化。纵观整个工业科技革命的历史,工业革命与科技革命之间存在着量变与质变的演进关系。科技革命过程中往往会带来产业不断升级进化,最终形成了跨越时间维度的工业革命(贾根良,2016)。在这个过程中,矿产资源则是产业演进的重要约束,也是工业革命的重要物质基础。工业化内生于技术革命,产业演进是其过程的表象,本质则是受限于资源要素的禀赋(金碚,2008)。成金华等(2018)指出产业结构变化与矿产资源需求之间存在着多个拐点,不同矿产资源峰值或拐点的到来取决于目前产业结构的变化。陈其慎等(2015)通过终端产业需求角度,描绘了资源产业雁行图谱。Tokimatsu(2017)指出金属资源与能源在产业演进过程中存在耦合关系。大宗矿产与产业结构之间关系的研究已经十分丰富,战略性新兴产业对稀有矿产需求之间关系的研究有待进一步展开(梁姗姗等,2018)。

    近年来,随着世界各国对新能源不断关注和布局,国外学者发现能源转型过程中对矿产资源十分依赖。国家能源转型过程中需要建造大量的基础设施和设备,如太阳能电池板、风力涡轮机、电动汽车、耐高温高压材料等,因此需要消耗大量金属资源(Vidal等,2013Suh等,2017)。美国、欧洲和日本学者已有部分成果,如Vidal(2013) Graedel(2015b)Kim(2015)研究发现欧盟风力发电系统对金属资源需求较大,部分金属由于技术原因无法替代。Speirs(2015)指出未来可再生能源与金属资源之间的关系由技术来决定,但是由于技术的不确定性,仍需建立关键金属资源保障体系。Grandell(2016)指出未来能源与金属资源之间存在十分紧密的联系,能源产业发展离不开金属资源的保障。Tokimatsu(2017)模拟了全球2度温升下能源与金属之间的关系。Vidal( 2017)依据2050年全球能源发展目标,模拟了能源转型过程中关键金属的需求量。从能源转型过程中的绿色技术来看:风能技术主要使用稀土、铂族金属、金和银等金属(Kim等,2015; Habib等,2014);太阳能技术主要使用的是铜、银、铂族金属、碲、铟等(Grandell等,2016Davidsson等,2017);电动汽车技术主要使用钢铁、铜、铝、稀土、镍、锂、钴、铂族金属等金属( Steinbuks等,2017);燃料电池主要使用锂、钴、铂族金属等金属;照明技术主要使用镓、锗、铟等金属(Grandell等,2016)。由于新能源需要一定的载体转换成二次能源,同时,这些载体本身需要大量的矿产资源。与常规能源相比,新能源对矿产资源依赖明显增强,同时,电动汽车等紧密延伸产业也对矿产资源安全形成了冲击,关键矿产资源安全问题十分突出。

    比较常规能源、新能源与矿产资源的关系可以发现,过去能源与矿产资源安全之间的关系相对独立。无论是研究能源安全还是研究矿产资源安全,主要是从资源自身供应安全的角度出发。在未来可再生能源时代,关键矿产资源与能源之间的关系变得十分紧密。目前关于能源转型与矿产资源安全之间的研究已经被国外学者关注,国内该领域的研究相对较少,仍有十分大的发展空间。总体来看,能源转型中矿产资源安全呈现出以下几个特点:a.传统矿业大国是主要供应国,部分金属中国存在储量优势;b.金属多以伴生形式存在,开采难度大,环境污染风险高(Christmann2018);c.部分金属具有不可替代(Speirs等,2015)。因此,技术金属约束能源转型,第三次能源革命对技术金属的依赖比前两次都要高。

    2)新能源产业关键矿产种类。当前关于关键矿产资源安全的研究刚刚起步,如何保障能源转型过程中关键矿产资源安全是未来政府、企业和学术界共同面临的问题。当前,对于关键矿产资源安全中的生态安全领域的研究较少,目前供应安全优先级较高。从现有文献来看,地缘政治和采选技术是目前影响关键矿产可持续供应的重要因素( Hayes等,2018)。从关键矿产的主要供应国来看,关键矿产主要分布在中国和非洲,但是其控制权则由部分发达国家掌握。

3关键矿产资源安全面临的主要问题

    1)部分关键矿产被少数国家控制。长期以来,由于成矿条件的差异,部分关键矿产资源在地理位置上聚集在几个特定国家和区域,从而使得部分矿产被少数国家控制(Henckens等,2016)。不论是大宗矿产,还是关键矿产,均被少数国家或者组织控制着开发和供应,致使先后引发矿产品市场价格的震荡。由于关键矿产资源总量稀少,其开发和供应更容易被控制。以钴矿为例,全球已探明的钴资源储量共计500t,其中65%分布在非洲刚果,其余35 %分布在世界其他地区。依据全球矿业上市公司公布的钴矿开发项目,世界钴矿资源开发项目基本上被加拿大、澳大利亚两个国家的矿业公司控制(Ali等,2018)。从上市公司公布的数据来看,全球钴资源储量前三分别是嘉能可、洛阳钼业及金川国际,分别是250t56t45t(其中37t为权益矿)。全球年产量大概10t,其中嘉能可2.8t,洛阳钼业1.6t,欧亚资源0.7t3家占比50%。关键矿产的话语权被少数国家和组织控制,势必对我国未来保障关键矿产产生深远影响。

    2)部分关键矿产“有”而不“优”。稀土、钨等关键矿产是我国优势矿产,长期以来,我国面临着优势矿产“有”而不“优”的局面。产业结构不合理、产品科技含量低是定价权缺失的重要原因。在“原矿精矿冶炼产品功能材料器件终端产品”的全产业链中,上游环节(采选、冶炼、分离)具有明显优势,但产业链下游缺乏核心技术,尤其是对高附加值的新材料创新能力不足。以钨为例,钨全球贸易产业链中,中国长期处于中上游位置。与世界先进企业相比,我国深加工企业在技术水平、市场竞争力、产品附加值等方面仍有巨大的提升空间。2016年,我国硬质合金的出口量为6 906 t,位居世界第一,交易金额为4亿多美元,德国出口硬质合金2 364 t,但交易额却高达9. 46亿美元,我国硬质合金的单位价值非常低,仅为德国的14%

    美国、日本及德国等发达国家部分关键矿产资源储量和产量较少,原矿及初级产品主要依靠进口,但凭借其先进工艺和集约化生产,牢牢占据了矿产资源的下游供应市场,并获取了高额的附加值利润。以钨为例,钨产业链价值增值主要发生在加工产品领域,越在产业链后端,钨产品增值幅度越高,我国钨产业若无法向下游延伸,就会始终面临大而不强、产品附加值过低的问题。从最初原料精矿制成金属粉末,产品增值1.5倍左右;从精矿到普通硬质合金,产品增值2.5倍左右;从钨精矿到钨丝等加工产品,产品增值3.3倍左右;若提高到硬质合金数控刀具等精深加工领域,产品增值几十倍甚至数百倍。

    3)我国关键金属成本劣势明显。在工业化进程中,矿业主要产品的长期成本一直保持上涨,主要原因是由于规模收益递减和技术进步停滞(杨伟民,1990)。目前,国际矿业市场低迷,大量低成本产能进入市场、高成本产能退出。矿产供应国货币贬值、能源成本降低等在一定程度上降低了矿山成本,同时国际铜矿巨头陆续宣布各种降本节支措施。以铜为例,全球五大铜矿生产商2015年成本同比2014年基本均有所下降。从智利国家铜业公司、自由港、嘉能可和力拓大型铜矿生产商对2016年铜现金成本控制目标来看,铜矿生产成本仍有较大幅度的下降空间。矿业成本直接决定国际矿产资源市场供应,从而导致产业结构调整和变化。

    长期以来,我国矿业成本居高不下,导致我国矿业的比较优势不存在,在国际矿业市场没有话语权。以铁矿石为例,国内铁矿石品位低、冶选条件差,导致铁矿石综合生产成本过高。世界平均铁矿石离岸生产成本为50—55美元/t,澳大利亚、巴西的矿山均低于45美元/t。根据国外相关机构预测,中国铁矿石(标矿)完全成本(包含生产成本、制造成本、管理费和财务费用)约101.6美元/t,尽管这个成本数据高于国内调研结果,但是估计真实成本平均仍高达80美元/t,远高于国外生产成本。国内铁矿企业税赋成本过高,进一步抬高了生产成本。世界矿企的平均税赋负担率约12%,澳大利亚矿企负担率约6%,巴西约4%,国内矿企的税赋负担率则达22%-25%。因此,我国在国际矿产资源市场毫无优势,长期处于被动地位,这种情况不仅仅出现在紧缺矿产,在优势稀有矿产市场同样存在。因此,如何降低我国矿业成本是未来矿产资源战略研究的重要议题。

    4)中国缺乏关键金属定价中心和认证仓库。长期以来,国际能源与金属市场被美元控制,美元指数与资源价格紧密相关(朱永光等,2018)。缺乏定价中心是我国有色金属缺乏定价话语权的重要原因。国际上大宗商品定价基本由期货市场决定:国际铜价格以伦敦金属交易所( London metal exchangeLME)期货价格为定价标准,国际石油价格由纽约和伦敦期货价格决定,国际农产品价格由芝加哥期货交易价格决定。目前,我国期货市场处于初级阶段,除锡产品外,钨、锑、钼均未上市交易,导致生产企业不能通过价格发现及时预测和掌握价格走势,更加无法对有色金属价格产生重要影响。

    此外,认证仓库对矿产品交易价格产生重要影响。LME通过在各地批准的仓库和存储设施完成实物交割,目前全球共有701个认证仓库,主要分布在荷兰、美国、韩国、比利时、马来西亚等国家。2015年,全球有600多个认证仓库完成了500多万t金属的实物出入库。目前来自中国客户的交易占LME交易总量的三成以上,但由于LME目前在内地还没有认证仓库,内地客户在参与LME交易后如果需要进行实物交割,就只能把货从海外 LME认证仓库运回国,或把货运到海外的LME认证仓库,并为此支付高额的海运费用,交割的时间成本和经济成本都大大增加。内地客户甚至会因为交割困难被国际交易对手“挤仓”而不得不让利平仓。正是因为这些额外成本,内地客户在参与国际大宗商品的交易和定价时,已经输在了起跑线上(朱学红等,2016)。

    5)部分关键金属为伴生矿,尾矿生成率高。矿山固体废弃物主要有煤矸石、露天矿剥离物、尾矿。固体废弃物对土壤和水资源也造成了严重污染。关键矿产中较多是伴生矿产,如稀土、铟、钴、锗等。以稀土为例,每1t原矿中只有43.4kg的稀土元素。冶炼原矿中,62%的原料成为尾矿。尾矿堆存不仅占用了大量耕地,还容易造成矿区环境污染、水土流失、植被破坏等。同时,关键矿产开采对人体、环境及生态危害较大。以稀土为例,最为严重的危害就是来自稀土元素钍和铀的轻度放射性浆尾矿。根据美国克拉克大学公害评定小组的研究,尾矿库事故的危害仅次于核爆炸、神经毒气、核辐射等灾害,在世界各种事故、公害的隐患中名列第18位。选矿厂所排放的固体“废料”尾矿往往是以矿浆状态排出的,如果得不到妥善处理,尾矿库一旦发生事故,破坏力巨大的泥石流将涌向下游,尾矿将会大面积覆没农田,污染水系,对环境造成严重伤害。因此,在评价关键矿产资源安全时,需要将尾矿回收及利用情况考虑进去。

     6)冶炼加工过程污染影响较大。关键金属冶炼加工难度较大,所需的化学原料环境风险极高。以稀土为例,冶炼稀土元素过程中毒酸是必须辅料,其破坏程度较大。含有害化学元素的废渣因降雨浸润,污染地表水、地下水和耕地,造成地方病。废石、尾砂及粉尘的长期堆放,在空气、水、温度等风化作用下被分解,很多有害元素的化合物进入地表及地下水中,矿山大量的含有硫化物和多种重金属的废岩、废渣和尾矿经雨水的淋溶作用,形成含有多种有害元素的酸性废水污染地表水和土壤,或通过下渗污染地下水。各种不同类型的尾矿对水环境的影响差异较大,与尾矿坝的物质成分有很大关系,若尾矿坝无防渗措施或溃坝将对水体和土壤造成很大影响。总体来说,关键矿产资源开发引发的主要生态环境问题包括水土资源污染和生物多样性。杨丹辉等(2014)研究显示,关键金属中铂族金属对环境影响最大,稀土次之,石墨最小。总体来看,关键金属开发利用过程的污染导致人体健康、生态环境风险较大。因此,在研究关键金属矿产资源供应安全和经济安全的同时,生态环境安全问题需要进一步深入研究。

4结论与展望

    本文分析了能源转型过程中绿色、清洁和低碳产业需求的关键矿产资源以及中国面临的主要问题,得出以下几点结论:

    1)能源产业与金属产业长期存在依赖关系。关键矿产界定标准由国家产业阶段所决定。现阶段关键矿产指的是绿色、清洁和低碳信息技术等新能源产业所需的矿产资源,稀土、铟、铂族金属、钴、锗、钨等是关键矿产资源安全研究的主要对象。

    2)已有关键矿产资源安全研究较少,且偏重于供应安全,对经济安全和生态安全维度研究涉及较少。关键矿产资源经济安全问题主要凸显在定价权方面,生态环境风险凸显在人居安全领域。

    结合我国矿产资源实际,未来的研究方向应当着重在以下几个方面展开:

    1)开展关键矿产国际合作战略的相关研究。我国部分关键矿产缺口极大,且供应国单一,如钴。为了保障金属资源的可持续供应,应当开展稀有矿产国际合作战略的相关研究工作,防止突发事件导致资源短缺(朱学红等,2018)。依托国际平台和国家战略进行学术合作,如国家地球科学联合会发起的为下一代找矿战略,探讨国际矿产资源合作机制(Liu等,2018)。

    2)加大对关键矿产产业链与价值链的研究,未来全球关键矿产供应的产业链决定了价值链,价值链决定了国家话语权。长期以来,我国在国际矿产资源贸易中处于被动地位,均是由于话语权的缺失。

    3)研究我国关键矿产资源的高成本成因,尤其是我国优势矿产。杨伟民(1990)研究结果显示,长期矿业成本过高是导致我国产业结构变化的重要内因。矿产资源税负不合理是导致我国矿业成本过高的内因,因此政府需要创新金属资源价格与税收体制改革(钟美瑞等,2016)。如何通过降低矿业成本,从而提高资源的可持续供应是亟需研究的课题。

  4)依托上海期货交易所,研究中国关键矿产资源期货定价和现货定价机制。

  5)评估关键矿产资源开发利用过程中对生态环境的影响,以及配套产业和环保政策。

 

摘自:《资源与产业》2020年第4