深海采矿：一种有前景的关键矿物解决方案

报告 深海采矿：一种有前景的关键矿物解决方案 海底采矿如何缩小某些关键矿物的供需缺口 管理摘要 T 绿色能源转型以及人工智能和先进半导体的日益普及，正在迅速推动对锂、镍、钴和铜等关键矿产的需求。满足这一需求将需要大幅增加采矿项目，至少直到可以建立完整的循环价值链，而这可能在2040年之前不太可能实现。 从以化石燃料为基础的经济向以矿产为基础的经济转型面临各种挑战。关键的是，新的陆地采矿项目将需要大量的资本支出和基础设施投资。即使在增加环境、社会和治理（ESG）努力的情况下，新的和扩大的陆地采矿也将导致额外的土地利用、生物多样性丧失和排放增加。与此同时，全球各国正展开一场争夺资源的竞赛，中国处于领先地位。 在过去十年里，政府、企业和投资者对深海采矿的兴趣显著增加，导致在国家管辖范围内和国际水域进行勘探，以及新技术、工艺和系统的开发。现在已有技术能够大规模开采多金属结核，越来越多的勘探项目正在规划或已开始实施，这为市场提供了巨大的潜力，并影响了钴和其他关键矿物的供应。 本研究的目的是总结机遇和风险，对可能的行业发展提供基于信息的立场，以及利益相关者应采取的措施以释放这一潜力同时减轻环境影响。我们相信，深海采矿为多样化供应来源并可能在比陆地采矿更低成本和环境影响下缩小供需缺口提供了一个机会——至少直到绿色技术的增长稳定下来，回收成为重要的矿产资源之前。 封面：zhenli/GettyImages 决策者需要对涉及到的地质条件、受影响的环境、用于最小化这种影响的技术以及未来的经济机遇有清晰的理解。这对于依赖关键矿产的公司和国家尤其重要，因为他们正在努力降低供应链风险。 2罗兰贝格|深海采矿：一种有希望的解决关键矿产资源的办法 目录 页面 4 1 引言：深海采矿的重要性 并且什么是风险的 8 2 现状：深度学习当前的态势海洋采矿行业 16 3 关键挑战：环境障碍及其他障碍 27 4 前方道路：三种情景深海采矿开发 36 5 行业脉搏：来自我们调查的洞察 42 6 展望2050年：深海开采有助于满足全球金属需求并造成颠覆陆上采矿 3RolandBerger|深海采矿：一种有前景的关键矿产解决方案 引言：为什么深海采矿 事项和是什么处于危险之中 428 469 526 565 934 世界正从以碳氢化合物为基础的经济向主要由清洁可再生能源驱动的经济转变。这一转变需要大量投资于绿色技术，包括光伏板、风力涡轮机、电池储能和电动汽车。过去二十年中，这些行业的投资增长迅速：根据彭博新能源财经的数据，全球能源转型投资在2013年至2023年之间增长了近八倍，从大约2120亿美元增加到17690亿美元。A 绿色支出启动 全球各能源转型领域的投资情况 清洁航运 清洁行业 电气化热能电动化交通 CCS 储能核 可再生能源 1,190 1,511 1,769 电力网氢 2004 33 2005 51 2006 80 2007 107 2008 156 2009 153 2010 213 2011 2012 267 239 2013 212 2014 313 388 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 来源：彭博新能源财经2024年能源转型投资趋势报告 从油气转向绿色能源推动了对材料需求的迅速变化。电池、太阳能电池板和电力传输系统都需要特定的关键矿物质。不仅如此：我们电子、人工智能和其他半导体应用的增加也在增加对关键矿物质的需求。 到2050年，对各种金属的预计需求将显著增加。在某些情况下，需求可能超过供应。例如，钴的需求在2050年可能超过目前已知储备的423%；对镍而言，这个数字是136%；锂则是280%。1 1深入了解矿物-mineralsindepth.org 欧盟目前将34种关键原材料（CRMs），包括钴、铜、锰和镍，列为对其经济至关重要的，同时在供应方面风险极高；美国地质调查局的清单包括50种CRMs。B 5 B将全球变暖限制在1.5°C以内，如NZE情景所示，意味着对关键矿物的需求非常迅速增长。 全球在净零排放情景下的关键矿产需求 铜(未提供可翻译内容)锂(kt) 2023 2030 2023 56% 88% 91% 8.0x 83% 25% 1.4x 45% 43% 39% 2030 2035 2040 2035 2040 010 20304050 0300 600 900 1200 1500 镍(未提供可翻译内容)钴(kt) 2023 2030 2035 2040 2023 15% 2.0x 54% 49% 41% 2030 2035 2040 30% 53% 51% 57% 2.1x 500 01.53.04.56.07.50100200300400 磁稀土(kt) 注释：铜的数据基于精炼铜。 增长率（在蓝色圆圈中）在2023年至2040年之间。 新西兰情景是国际能源署的净到2050年实现零排放情景。 清洁技术其他用途 2023 2030 2035 2040 0 17% 35% 38% 38% 50 100 150 1.8x 200 250 来源：《2024年全球关键矿产展望》，国际能源署 获取关键矿产资源的难度也在增加。\"容易\"获取的大多数关键矿产资源已经被开采，陆地矿工不得不更深入地挖掘、进一步勘探，并生产出更低品质的资源。结果是在满足快速增长的需求的努力中，活动量和环境影响都在迅速增加。事实上，需求和供应之间日益加剧的不匹配导致大多数关键矿产资源的供应缺口。 扩大现有陆上采矿项目并建立新的项目将需要巨额的资本支出和基础设施投资，估计约为2500-3000亿美元 。 2040年针对镍和锂而言。随着时间的推移，需求量中越来越多的部分可能将通过回收得到满足。根据国际能源署（IEA）的报告，如果到2050年报废电池的回收率显著提高，铜、镍、锂和钴的新开采矿物需求量可能减少约10-30%。2这种转变可能会使得为资本密集型陆上采矿项目融资越来越困难。 陆地采矿作业的开发和扩张不可避免地会导致土地利用增加、潜在的生物多样性影响，以及更高的排放量，即使在环境、社会和公司治理（ESG）实践方面有所进步。这凸显了在满足对绿色转型至关重要的关键矿产日益增长的全球需求与解决采矿活动相关的环境挑战之间所存在的微妙平衡。 附加维度是矿物供应链的战略重要性。例如，锂离子电池生产中所需钴的重要份额来自面临政治和社会不稳定局势的刚果民主共和国。3 此外，包括中国在内的一些国家通过整合众多关键矿产的供应和加工能力，提高了其他国家对依赖风险的认 识。美国、欧洲及其他地区的政府正在评估增强其供应链韧性和多元化的策略。 资源的争夺也扩展到国家管辖范围以外的国际水域海底。确保对这些海洋资源的公平获取并避免在该新兴领域错失机会，对于各国来说越来越重要。当各国考虑其深海采矿和海洋资源可持续利用的方法时，建立经济发展与环境保护平衡框架将至关重要。 深海采矿作为一种关键矿物的替代来源，正吸引越来越多的关注。 数种深海矿物已被确认为重要金属的替代来源。目前，这些金属的需求主要通过陆地来源或在一定程度上通过回收来满足，但根据一篇跨学科研究论文，为了维持经济增长，世界将不得不扩大现有采矿项目或建立新的采矿项目。4低品质储层、地缘政治担忧以及从地面来源的供应安全性可能导致未来深海采矿供应某些金属。 深海采矿在过去的十年中在政府、工业和投资者中的兴趣显著增加，导致在国家管辖范围内（专属经济区，或EEZ）和国际水域内的勘探活动，以及新技术、工艺和系统的开发。 2IEA:全球关键矿产展望2024，巴黎，https://www.iea.org/reports/global-critical-minerals-outlook-20243美国地质调查局，矿物商品摘要，2023年1月 7 现状：The当前状态深海采矿行业 尽管商业深海采矿尚未开始，迄今为止只发放了勘探合同，但这预计将在未来几年内发生变化。当前的讨论主要集中在平衡获取深海资源的经济效益与潜在的环境影响之间。 存在三种主要被认可的海洋底矿物质，尽管其他也存在，如富含稀土的泥浆和卤水湖。它们是： •多金属结核 •富含钴的锰铁结核 •海底大量硫化物 这些矿物越来越被视为铜、镍、钴、锰和稀土元素等金属的潜在来源，这些金属对工业增长和绿色能源倡议至关重要。尽管海底矿物已为人所知超过150年，但它们的潜在经济价值直到20世纪60年代才被认识到。自那时以来，资源评估已确定出价值数万亿美元、总计数十亿吨的可采矿藏，这有助于满足对关键金属的未来需求。此外，在海底开采单一矿床可以产出多种金属，这与陆上采矿不同，后者通常需要为不同金属分别设立矿山。C C海底矿物照片 多金属 结节 海底巨物 硫化物 钴含量丰富 铁锰皮 来源：国际海底管理局 这些深海矿产资源分布在广阔的区域，且数量丰富。一些资源的规模例子包括： 我克拉里翁-克列珀顿区（CCZ）太平洋海底的多金属结核沉积物中，含有锰、镍、钴和钇等关键金属资源 ，估计其总量是陆地全球资源量的1.15至3.4倍。5 II西太平洋西北部的一座海山上的钴富集磁锰结核估计含有足够的钴以满足日本88年对钴的需求以及足够的 镍以满足12年的需求。6 III挪威海和格陵兰海海底大规模硫化物中含有3800万吨铜、4500万吨锌、2400万吨镁、310万吨钴和170 万吨铈。7 这些矿物存在于从1,000米到6,000米的深度范围内，每个矿物在发生、形成过程、地球化学和物理特性方面都有其独特的特征。多金属结核（或锰结核）是一种以核为中心的铁和锰氧化物的层状结壳，以松散分布的球形物体形式存在于深海平原上。富含钴的锰铁质外壳是硬质岩石基底的层状铁和锰氧化物，通常在海底山脉或山脊上发现。海底大规模硫化物富含硫化物矿物，是由海底中洋脊、俯冲带或后弧盆地上的热水活动形成的。每种矿物都有独特的形成过程和不同浓度的主要、次要和微量元素，这对于满足未来的全球需求至关重要。1 这些矿产资源的潜力促使多个实体开始进行勘探和开发采矿及加工技术。本报告将探讨与这三种矿产沉积有关的一般问题，但主要将关注多金属结核，因为它们是勘探最深入的深海矿产资源，且主要的技术开发集中在这些资源的采矿上。 深海采矿行业潜在的产业结构 新兴产业深海采矿行业涵盖了多个不同领域的参与，其中包括许多海上服务承包商，包括管道铺设、重型吊装、疏浚和海上钻探，以及来自采矿、石油和天然气公司的有限投入。数家私营企业已与承包商建立战略投资和伙伴关系，以在海上区域进行海底矿产资源勘探和开发。 深海采矿本质上是一种高运营成本的海上重工业，与海上深水油气工业最为相似。D 一组运营商在一或多个司法管辖区拥有海底矿产许可证。他们作为所需各种服务和承包商的项目经理和协调员，类似于壳牌或埃克森美孚等石油和天然气巨头。 5Hein等，2020；6日本金属和能源安全组织——www.jogmec.go.jp；7Reuters——https://www.reuters.com/markets/commodities/norway-finds-substantial-mineral-resources-its-seabed-2023-01-27/ 深海矿物的显著特征 类型 描述 区域，厚度存款 金属与他们的平均值集中度 1 主要存款 多金属结节 至数千个的凝结体分层铁和千米水柱或 Mn(28.4%), 2;厚度镍(1.3%) 通常上升的氧化锰铜（1.07%），至50厘米，很少伴有Co（2098ppm），从更深层的金属中提取Mo(590ppm) 锌（1366ppm） 克拉里翁-克利彭特区域：秘鲁盆地，印度中部海洋，以及彭里斯盆地，库克群岛 沉淀物 锆(307ppm)李（131ppm），铂(128ppm)钛（199ppm）Y(96ppm)稀土元素（813ppm） 海底巨物硫化物 集中存款