内华达州克莱顿谷的银峰锂矿。
世界对更多东西的需求越来越大：电视、电话、发动机、集装箱船、太阳能电池板、卫星。这意味着制造这些产品所需的原材料需求旺盛，其中最紧俏的莫过于所谓的“关键矿产”。
这些元素和矿物对于制造驱动全球经济的现代设备尤为重要。但这里的“关键”并非指稀有，而是指必需——而且极易受到供应链冲击的影响。
在美国，地质调查局已将50种矿产列为对美国经济和安全至关重要的资源。美国能源部重点关注18种对能源尤为重要的材料，其中包括用于输电线路的铜、用于电池阴极的钴、用于LED的镓、用于电机磁铁的钕等等。
对政府而言，这些矿物不仅仅是工业部件，更是潜在的瓶颈。如果这些物质的生产商决定以政治手段限制其客户获取，如果价格飙升，或者更多行业对它们的需求增加并蚕食其供应，那么这些企业可能会破产，遏制气候变化的努力也可能放缓。
这是因为这些矿物对许多清洁能源技术尤为重要。它们对于生产、储存、传输和使用电力而不排放温室气体的工具至关重要。它们对于制造太阳能电池板、电池和电动机也至关重要。随着全球清洁能源竞赛的加速，对这些产品的需求正在激增。根据国际能源署(IEA) 的数据，到 2040 年，清洁能源部署对矿物的需求将比目前水平增长一倍至四倍。
但这些矿物在世界各地分布并不均匀，这可能导致一些国家承担开采关键矿物所带来的大部分环境负担，而富裕国家则获得经济利益，其他国家则完全被排除在供应链之外。
联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯去年在一个专家小组会议上表示：“一个以可再生能源为动力的世界，是一个对关键矿产资源极其渴求的世界。对发展中国家而言，关键矿产资源是创造就业机会、实现经济多元化和大幅增加收入的关键机遇。但前提是这些资源得到妥善管理。”
目前，美国是关键矿产的主要消费国，但生产量却不大——这一事实已成为特朗普政府的执念。总统已签署多项行政命令，旨在通过放松监管和加快新关键矿产开采项目的审批来增加美国境内关键矿产的产量。在国会，议员们正在考虑斥资数十亿美元建立类似于战略石油储备的关键矿产储备。
即使美国政府采取了这些措施，特朗普政府自身发起的国际贸易战也已开始扰乱全球关键矿产的供应。中国是关键矿产的最大生产国之一，尤其是镝和铽等稀土金属。但为了应对唐纳德·特朗普总统的关税，中国对部分关键矿产的出口实施了限制，导致价格飙升。
人们逐渐意识到，人人所需的关键矿物质可能并非唾手可得，这促使各国加倍努力，在一切可能的地方——海洋、沙漠，甚至太空——寻找更多此类资源。短期内，这意味着世界将需要更多矿产来扩大关键矿物质的供应。
随着清洁能源市场进一步扩张，科学家们正在努力寻找新的替代材料，既能为地球提供能源，又不会加剧全球变暖。然而，要用丰富的资源取代珍贵的资源，还需要更多的时间和投资。
我们为何对关键矿物质如此着迷
由于关键矿物的清单很长且种类繁多，因此缩小范围很有帮助。其中有一种矿物尤为突出：锂。
国际能源署估计，清洁能源矿产需求增长的一半将来自电动汽车和电池，主要源于它们对这种柔软轻质金属的需求。根据全球脱碳的力度，预计到2040年，锂的使用量将增长至目前水平的51倍，即每年超过1000万吨。
这是因为锂仍然是各种应用中电池储存和释放能量的最佳材料，从无线耳机中的微型电池，到电网中成千上万个电池组成的巨型电池阵列。随着越来越多的汽车用电动机取代汽油发动机，以及越来越多的间歇性风能和太阳能接入电网，我们需要更多储能方式。
虽然锂并非稀有资源，但将其从地下开采出来却并非易事。目前，世界上只有少数几个地方拥有大规模开采锂的基础设施，并且价格足够低，即使在需求不断增长的情况下，也值得大规模开采。
美国锂产量不到全球总量的2%，几乎全部来自内华达州的一座锂矿。根据美国地质调查局的数据，美国约有20个主要的锂矿开采地点，但新建矿场可能需要十多年的时间，而且工期还在不断延长。由于成本高昂且可能造成长期环境损害，采矿项目必须经过审查才能获得批准。这些项目也经常引发当地反对，并因诉讼而延长项目工期。
但美国有动力推进这一进程，加州索尔顿湖和美国南部斯马科弗地层等地已在建新的锂项目。这些项目将从盐水中提取锂。
美国能否用更便宜、更丰富的物质取代锂和其他关键矿物？
并非易事。“替代并非不可能，但取决于使用哪种材料，”纽约大学阿布扎比分校研究环境科学与公共政策的索菲亚·卡兰扎科斯在一封电子邮件中表示。有些材料确实是独一无二的，而另一些材料则有替代品，需要进行大量的研发才能投入使用。例如，有些公司投资于电池中的锂替代品，但他们也必须建立完整的供应链才能获得足够的替代材料，而这可能需要数年时间。
仅仅开采关键矿产是不够的，还需要将其提炼加工成可用的形态。在这方面， 中国再次处于领先地位，拥有全球80%的精炼产能。归根结底，目前还没有立即、简单的办法解决关键矿产供应紧缩的问题。但未来几年或许会出现一些解决方案。
我们如何才能突破关键的矿产限制？
这些挑战引发了一波研发热潮。工程师们已开始探索如何以更少的能源实现更多目标。福特、特斯拉和中国比亚迪等汽车制造商正越来越多地转向磷酸铁锂 (LFP) 电池作为传统锂离子电池的替代品。LFP 化学不仅在给定储能容量的情况下消耗更少的锂，还消耗更少的其他关键矿物，例如镍和钴，从而降低了成本。这种电池也往往更耐用、更稳定，不易发生灾难性故障。
美国能源部已投资研究如何通过重新设计电池组件的结构来存储更多能量，从而使锂电池更高效、更易于制造。
研究人员也在研究完全不使用锂的电池设计。铝离子和钠离子等化学物质，顾名思义，使用不同的、储量更为丰富的元素在电池内部传输电荷。但它们在耐用性、安全性、性能和生产规模方面仍需赶上锂。
“我认为锂离子技术仍将在很大程度上推动能源转型，”资源经济学家拉希德·阿穆伊（Rachid Amui）表示，他曾参与撰写联合国贸易和发展组织关于电池关键矿物的报告。替代品可能还需要几十年才能取代锂的地位。最终，随着组件的磨损，回收利用或许有助于满足一些关键矿物的需求。但对电池等技术的需求预计将大幅增长，这意味着世界将别无选择，只能增加新的锂供应。
不过，也有一些好消息。采矿业正变得越来越高效和安全。密歇根大学地球与环境科学教授亚当·西蒙表示：“如今，采矿业正在开发大量自动化技术，这使得采矿比我们15到20年前想象的更加安全。”这有助于降低成本并提高矿物开采效率。已知的锂矿资源数量也在增加。由比尔·盖茨和杰夫·贝佐斯支持的矿业公司KoBold Metals正在利用人工智能在世界各地寻找更多关键矿藏。
美国能源部也在大力支持国内创新。该部门的高级研究计划局-能源部门（Advanced Research Projects Agency-Energy）负责投资一些前景光明的能源项目，目前正在资助18个项目，以增加关键矿产的国内产量。该项目名为“矿产”（MINER），旨在开发能够捕获二氧化碳的矿产。
ARPA-E 项目主管道格·威克斯 (Doug Wicks) 在给 Vox 的一份声明中表示：“通过 MINER 等项目和针对国内创新的定向投资，我们正在努力减少对外国能源的依赖，为美国未来可靠、经济高效且安全的能源奠定基础。”
全球范围内也在竞相从遥远的地方获取更多矿产供应，甚至深入海底。部分海底区域蕴藏着大片由镍、钴、锂和锰组成的结核矿区。对于矿业公司而言，他们认为海底采矿对环境的破坏可能比陆地钻井或盐水开采更小。
但海底绝非荒凉之地；那里生活着形形色色的生命，包括一些尚未被发现的物种。太平洋克拉里昂-克利珀顿区是海洋采矿最有利可图的地区之一，恰好拥有丰富的海绵、海葵和海参生态系统。
另一个需要考虑的因素是，从海底打捞岩石必然成本高昂。克拉里昂-克利珀顿区深度可达18000英尺。将这些矿物打捞上来，运到岸上，再进行提炼，这无疑增加了它们的标价。
“我认为这很有趣，也很有必要，因为它能刺激（研发），”西蒙说。“但从经济角度来看，目前还没有公司能够真正从海底粘土中开采出锂。”
甚至有公司提议 从小行星开采关键矿物。AstroForge等公司已经将一艘测试航天器发射到深空。这是一个更具风险的商业提议，因为在太空作业比在海底采矿的成本更高。但太空采矿技术仍处于萌芽阶段，距离返回样本也需要几十年时间。提出这些提案的公司表示，人类对这些矿物的需求与日俱增，现在就开始采取措施建立太空原材料供应是明智之举。
但就目前而言，解决这个问题并非易事：要为更绿色的世界提供动力，意味着我们仍然需要开采更多关键矿物，以摆脱化石燃料，转向清洁能源。否则，人类将继续开采和燃烧煤炭、石油和天然气，进一步加剧地球变暖。
更正，6 月 4 日下午 3:30：本报道最初附有照片说明，错误地指出了银峰锂矿的位置；它位于内华达州克莱顿谷。
原文： https://www.vox.com/climate/415038/critical-minerals-supply-chain-lithium-innovation