中国“新能源矿产目录”厘定研究

张艳飞，陈其慎，邢佳韵，龙 涛，郑国栋，任 鑫，王 琨，李 媚，陈仁凤，张宇民

（1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2.中国地质大学（北京），北京 100083）

0 引 言

为应对气候变化，全球能源体系正在加速从传统能源向新能源转变。能源转型是一场涉及人类发展模式、产业体系和生产生活方式的重大变革，新能源产业发展所需的矿产资源的获取是竞争的核心焦点之一，引发近年来国内外机构、学者重点关注和研究。国际能源署（International Energy Agency，IEA）[1-2]分析了不同情景下全球能源转型需要的矿产种类、需求量及可能面临的供应问题，重点分析了铜、锂、钴、镍和镨等4 种稀土元素合计8 种矿产，同时将砷、硼、镉、铬等26 种矿产纳入考虑范畴。国际可再生能 源 协 会（International Renewable Energy e.V.，RE）[3]重点分析了铜、钴、镍、锂、稀土对能源转型的关键性及地缘政治的不确定性的影响。世界银行（The World Bank）[4]给出了新能源产业发展需要的铁、铜、钴、镍、锂、钕、铬、锌、铝、石墨、铟、铅、锰、钼、银、钛、钒17 种矿产的预测量，但其预测中并未探讨氢能源；此外，英国石油公司（BP）[5]在最新的预测中覆盖了锂、镍、铜3 种矿产。美国、日本、欧盟等发布的关键性矿产清单中也都涉及了新能源产业发展相关的矿产[6-8]。但由于各国国情差异，关键性矿产清单也各不相同。

然而，如何界定新能源矿产，除了锂、镍、铜等基本能够达成共识的矿产，还有哪些矿产是新能源矿产或将成为新能源矿产，现有研究并没有给出清晰的界定。国内开展战略性矿产目录、关键性矿产目录厘定工作成果较为常见，但专门针对新能源产业的矿产目录研究目前还缺乏。鉴于新能源产业发展对我国产业体系和资源格局的颠覆性影响，开展我国新能源矿产目录的厘定研究，能够针对性地指导和引导资源产业政策，提前开展相关布局工作，对于保障国家能源安全和经济安全意义重大。基于此，本文首先界定中国新能源生产、储存、运输和使用的产业体系的内涵，在此基础上提出中国新能源矿产的定义，构建新能源矿产的评价指标体系。经过系统评价，提出当前经济技术条件下中国“新能源矿产目录”，进一步分析我国新能源矿产保障面临的形势，并提出建议。

1 新能源矿产相关概念界定

1.1 新能源界定

新能源概念最早出现于1981 年召开的联合国新能源和可再生能源会议上[9]，会议将新能源与可再生能源定义为：“以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能”。国内新能源概念最早出现在1997 年原国家计划委员会颁布的《新能源基本建设项目管理的暂行规定》[10]中，将新能源界定为：“风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等可再生资源经转化或加工后的电力或洁净材料”。除此之外，我国目前尚未有文件明确定义新能源。在当前实现“2030 年碳达峰、2060 年碳中和”的“双碳”目标背景下，本文认为，新能源是指我国将大力发展的、能够替代传统化石能源的各类低碳能源形式，既包括核能、水电、风能、太阳能、现代生物质能、地热能、海洋能等一次能源，也包括利用低碳能源生产的氢能等二次能源。

1.2 新能源“产-储-运-用”体系界定

传统化石能源向新能源转型发展的过程中，传统化石能源生产-储存-运输-使用的产业体系也将转化为新能源生产-储存-运输-使用的产业体系（图1），本文简称为新能源“产-储-运-用”体系，其主要包括以下几个方面。

图1 传统化石能源与新能源的“产-储-运-用”体系对比Fig.1 Comparison of “production-storage-transport-use” system between traditional fossil energy and new energy

1）新能源的生产。包括光伏、风力发电、核能、水电、生物质能、地热能、潮汐能等相关产业，以及低碳电力制氢产业。

2）储能。按照储能应用的环节，可分为发电侧储能、输电侧储能以及用电侧储能[11]；按照储能形式可以分为物理储能和电化学储备（储能电池）。氢能的储存也是储能的一种形式，涉及到储氢罐的制造和使用。

3）新能源的运输。包括新能源电网及其相关配电站等基础设施建设，以及储氢罐、氢能管道等。

4）新能源的使用。包括建筑、交通、工业、居民生活在使用新能源电力等环节衍生出的产业，如电动汽车、燃料电池汽车及相关的动力电池、燃料电池产业，家庭太阳能设备产业等。

此外，与传统能源不同，新能源的利用还存在大量“产-储-运-用”一体化的产业，如在家庭独立住房、城市大楼、工厂、矿山等不同场景设置的建筑光伏一体化等。

1.3 “新能源矿产”界定

不同于传统化石能源通过直接燃烧进行能源转化，核能、太阳能、风能等能源转化为人类可用的电力需要借助新技术、新设备和新材料，这些设备和材料需要消耗大量的矿产资源[12]。在新能源“产-储-运-用”体系界定的基础上，本文认为新能源矿产的定义：在新能源生产、输运、转化、储存和使用过程中，大量使用或起到关键作用，且新能源产业是或将是其消费的主要部门之一的矿产。

定义包含两个层面的内涵：一是从新能源产业角度看，新能源矿产一定是在新能源“产-储-运-用”体系中大量使用或者用量不大但起到关键作用的矿产；二是从矿产角度看，新能源产业一定要是矿产消费的主要部门之一，如果在可预见的未来，新能源领域都不会是该矿产消费的主要领域，新能源产业的快速发展对该矿产的供需格局不会产生质的影响，则不认为其是新能源矿产。

2 中国“新能源矿产目录”厘定原则、方法与备选清单确定

2.1 厘定原则和方法

2.1.1 厘定原则

依据新能源矿产的定义和内涵，本文提出了新能源矿产厘定的主要原则。

1）重要性原则。在新能源产业中被广泛使用、用量较大（我国新能源领域年消费量在万吨级以上）的矿产。

2）关键性原则。用量总量不大（我国新能源领域年消费量不足万吨），但在新能源某一个或几个技术应用中起到关键作用，且短期内难以被规模替代的矿产。

3）新能源领域消费对矿产需求格局有重要影响原则。由于新能源产业拉动，矿产资源消费量持续增加，新能源领域消费量占比有望占矿产资源消费总量20%以上的矿产。

新能源产业发展正处于方兴未艾阶段，各类产业技术趋势仍存在很大不确定性，本次研究确定的目录是基于当下及可预见的未来一段时间内（2022 年、2030 年、2040 年）的我国新能源产业发展的趋势和特点进行确定，随着时间的发展和技术的变革，目录可以动态调整。

2.1.2 厘定指标及测算方法

基于上述原则，确定了重要性指标（MI）、关键性指标（MC）和新能源领域消费对矿产需求格局影响程度指标（Md）。

1）重要性指标（MI）。该指标用某一矿产M某一年在新能源领域的消费总价值综合表征。计算公式见式（1）。

式中：k为新能源产业中某一产业的某一技术类型；Vk,t为该技术类型下的主要产品的第t年产量；mi（k,t）为第t年该技术类型对矿产M的单位用量；Mp为该矿产的价格指数，本文统一用2022 年平均价格表征。

2）关键性指标（MC）。该指标用某一矿产M在新能源“产-储-运-用”体系各个环节不同产业的关键性得分的加和表征。计算公式见式（2）。

式中：i为新能源“产-储-运-用”体系中某一环节的某一产业；Ci,t为该矿产在i产业中的技术类型下的主要产品的关键性得分。

3）新能源领域消费对矿产需求格局影响程度指标（Md）。该指标用某一矿产M某一年在新能源领域的消费总量占2022 年总量的比例表征。计算公式见式（3）。

式中，Mc2022 为某一矿产M2022 年的消费总量。

2.2 备选矿产清单确定

综合参考现有国内外研究机构发布的研究报告和部分学者的研究成果，系统梳理新能源“产-储-运-用”体系发展过程中应用的或者根据技术发展趋势可能会被重点应用的矿产清单（表1）。按照新能源“产-储-运-用”体系的4 大环节、14 个产业部门或应用场景的各类产品、技术、组件等，合计梳理出新能源领域主要使用的43 种矿产，其中包括铂、铱2 种铂族元素和镧、镨、钕、铽、镝、铕6 种稀土元素，这些矿产列入中国“新能源矿产目录”厘定的备选矿产清单（表2）。

表1 新能源产业应用的主要矿产清单Table 1 List of main minerals applied in the new energy industry

表2 备选矿产清单Table 2 List of potential minerals

3 中国“新能源矿产目录”厘定过程

3.1 重要性评价

通过系统收集中国43 种矿产消费总量、新能源领域消费情况，并根据各机构预测及学者研究的中国风电[13-16]、光伏[17-19]、氢能[20-21]、储能[22-24]、电动汽车[25-26]、动力电池[27-29]等关键产业发展趋势，分析了到2040 年底各矿产新能源领域消费情况，以此为基础，开展了2022—2040 年间43 种备选矿产在新能源领域的重要性评估，测算2022 年和2040 年的矿产消费价值，分别以2022 年和2040 年的消费价值最高的矿产为10 分，对所有矿产进行0～10 分归一化处理后，取2022 年和2040 年得分中最高的作为矿产的重要性得分（图2 和图3）。

图2 部分矿产2022 年和2040 年消费价值Fig.2 Consumption value of some minerals in 2022 and 2040

图3 各矿产在新能源领域的重要性得分Fig.3 MI scores of minerals in the field of new energy

从结果来看，新能源领域相对较为重要、年消费量达到万吨级别以上、消费价值达到百亿元级别、重要性得分超过0.5 的矿产有锂、铜、铝、硅（高纯石英砂）、镍、银、铀、钴、铁、镁、钒11 种矿产。

3.2 关键性评价

通过系统梳理分析43 种备选矿产在新能源生产、储存、运输和应用过程中的关键性评价结果，将其在新能源产业中的关键程度划分为4 个层级：很关键（3 分）、比较关键（1 分）、潜在关键（0.5 分）、不关键（0 分）。其中，很关键是指该矿产在该领域中不可获缺，目前可见的技术经济条件下难以被替代；比较关键是指该矿产在该领域有重要用途，但也存在其他矿产可以相互替代；潜在关键是指该矿产目前还未应用，如果未来某些潜在的技术突破，可能导致潜在关键变为很关键；不关键是指该矿产在该领域不用或者即便使用，用途也不是很重要、较容易被替代。综合来看（表3），锂、铜、镍、铂、镨、钕、镝、萤石、铱9 种矿产是关键性得分最高的矿产，评分值在6～12 分之间，在多个新能源产业中均有关键且难以替代的用途；其次为铝、铽、钒、钴、镓、磷、铀、锰、锌、镁、锆、碲、硅、石墨14 种矿产，评分值在3～6分之间，在少量新能源产业中具有较为关键的用途（图4）。

表3 各矿产关键性评分结果Table 3 MC scores of minerals

图4 各矿产在新能源领域的关键性得分Fig.4 MC scores of minerals in the field of new energy

3.3 新能源领域消费对矿产需求影响程度评价

本文评估了2022 年和2040 年各个备选矿产在新能源领域消费量占2022 年消费量的比例变化情况（表4），综合来看，新能源产业发展对矿产资源需求格局影响较明显（2040 年占比超20%）的矿产包括铀、钒、铜、铝、锂、镍、钴、镁、铂、银、镨、镝、钕、铽、镓、铟、砷、硅、石墨、萤石和磷21 种。

表4 新能源领域消费占矿产消费总量情况Table 4 Consumption of new energy accounted for the total consumption of minerals 单位：%

4 厘定结果与讨论

4.1 厘定结果

综合重要性、关键性和新能源领域消费对矿产需求影响程度3 个方面的评价，本文综合确定了涵盖锂、铜、铝等19 种矿产的中国“新能源矿产目录”，并按照重要性将其分成两个级别。其中，Ⅰ级新能源矿产是指我国新能源产业用量大、极端重要且关键的矿产，包括锂、铜、铝、镍、钴、钒、硅（高纯石英）、铀8 种矿产。Ⅱ级新能源矿产是有一定重要性和关键性、新能源产业发展对其影响较大的矿产，包括铂、镨、钕、镝、萤石、铽、银、镁、镓、磷、石墨11 个矿产。由于新能源产业正处于方兴未艾的发展阶段，各类新技术层出不穷，因此，本文将剩余的除铁以外的23 种矿产均列入观察名单，作为定期监测的对象，一旦后期产业技术发生较大变动，“新能源矿产目录”也可随时调整。中国“新能源矿产目录”厘定结果如图5 所示。

图5 中国“新能源矿产目录”厘定结果Fig.5 Determination results of “list of new energy minerals”in China

4.2 结果讨论

与IEA 在《能源转型中的关键矿产报告》中重点聚焦的钴、铜、锂、镍、稀土5 种矿产相比，本文提出的Ⅰ级新能源矿产增加了铝、钒、硅和铀4 种，并认为钕、镝、镨、铽等稀土元素的综合重要性要弱于前者（表5）。与美国、欧盟、日本的关键矿产目录相比，本文提出的“新能源矿产目录”中涉及的矿产并未全部出现在美国、欧盟、日本的关键矿产清单中，这是因为美国、欧盟、日本的关键矿产清单更加强调矿产资源的危机性，例如铜、萤石均不是美国稀缺的矿产，因此不在其清单内（表5）。综合来看，本文厘定的“新能源矿产目录”是以我国新能源产业体系为基础的，我国是全球最大的风电、光伏组件、新能源汽车、锂离子电池等新能源产品的生产国和出口国，对新能源矿产的需求量大且正处于高速增长阶段，本文提出的“新能源矿产目录”是考虑了当下和未来的技术变动综合确定的结果，研究结果较其他研究机构的目录更加有针对性和适用性。

表5 其他国家及国际组织提出的与新能源相关的矿产清单Table 5 List of minerals related to new energy proposed by other countries and international organizations

5 我国新能源矿产供应保障情况

2022 年，我国19 种新能源矿产中，锂、铜、铝、镍、钴、硅（高纯石英）、铀、铂8 种矿产是高度依赖进口的，且进口依赖度均高于50%，部分矿产高达90%以上。镨、钕、镝、铽4 种稀土金属虽是我国的优势矿产，但随着我国稀土冶炼产能的不断提升，未来将会面临供应紧张局面。

钒、萤石、石墨、磷、银、镁和镓等7 种矿产目前能够保障需求，但也仅仅能够保障供需基本平衡。根据前文的评估，由于新能源产业的快速发展，到2040 年，钒、萤石、镓、镁、磷5 种矿产需求将会大幅增加，尤其是钒和镓，这两种金属矿产一方面需求潜力极大，另一方面是伴生金属矿产，供应增加受主矿产开发制约，扩产难度大，未来极有可能面临供不应求的局面。我国新能源矿产供应情况见表6。

表6 我国新能源矿产供应概况Table 6 General situation of new energy minerals supply in China 单位：%

从新能源矿产资源禀赋和生产的世界分布来看，新能源矿产分布总体集中度较高，前3 个国家储量占比均超过50%，其中澳大利亚、智利、南非、印度尼西亚、刚果（金）、几内亚、秘鲁、摩洛哥和土耳其9 个国家是全球新能源矿产的主要资源国和生产国。中国是4 种稀土元素、萤石等10 种矿产的第一生产国。资源分布和生产的集中性势必造成新能源矿产的全球竞争，目前世界各国正在加紧开展新能源矿产的勘探开发，以应对未来需求的爆发式增长。

6 结 论

1）系统界定了新能源、新能源“产-储-运-用”体系、新能源矿产的概念，提出在新能源生产、运输、转化、储存和使用过程中，大量使用或起到关键作用，且新能源产业是或将是其消费的主要部门之一的矿产。

2）通过大量文献分析，按照“产-储-运-用”的4大环节、14 个产业部门或应用场景的各类产品、技术、组件等，梳理出新能源领域主要使用的43 种矿产列入中国“新能源矿产目录”厘定的备选矿产清单。

3）提出了涵盖重要性、关键性及新能源领域对矿产资源需求影响程度3 个维度的中国“新能源矿产目录”评价体系和评价方法，并据此开展了系统评价，综合确定了涵盖锂、铜、镍、钴、钒、铝、硅（高纯石英）、钕、镝、镨、铽、铀、铂、萤石、石墨、磷、银、镁和镓19 种矿产的中国“新能源矿产目录”，该目录有助于我国有针对性地制定新能源矿产的保障建议。

4）分析了我国19 种新能源矿产的供应保障情况，其中锂、铜、铝土矿、镍、钴、硅（高纯石英）、铀、铂8 种矿产高度依赖进口，镨、钕、镝、铽4 种稀土金属进口量正日益攀升，钒、萤石、石墨、磷、银、镁和镓7 种矿产目前能够保障需求，但也仅仅能够保障供需基本平衡，未来极有可能面临供不应求、依赖进口的局面，供应风险不断加大。

基于此，建议国家应常态化开展新能源矿产厘定和供应保障评估，系统评估我国新能源矿产的资源禀赋和供应能力，加大对新能源矿产的勘查开发，尤其是针对硅（高纯石英）、铜、锂等短缺矿产的找矿力度，并加强对镓、钒、钴等共伴生矿产的综合评估和利用工作，提前开展海外矿业投资布局，增强我国新能源矿产的自主保障能力，以应对即将面临的大规模需求竞争。