国家金属资源安全研究回顾与展望

Progress of research on supply risk of mineral resources and future directions

“…受公共卫生突发事件、 地缘政治等多重因素影 响， 矿产资源供应脆弱性程度不断加剧。在公共卫 生突发事件方面， 以新冠疫情为例， 在爆发开始至 结束期间， 新冠疫情导致 276 座矿山生产中断， 超过 1600 个采矿项目受到影响， 全球能源、 金属、 非金属 矿产品产量同比分别下降 5.1%、 1.4%、 0.5% [1] 。在 地缘政治方面， 以俄乌冲突为例， 俄乌冲突进一步 导致矿产资源供需失衡 [2] 。2022 年 12 月， 俄罗斯在 欧洲天然气总供应量中的份额已从 2019 年的 30% 以上降至 10% [3] ， 这一减少导致欧洲天然气价格大 幅上涨 [4] [9] 。 矿产资源产业链具有不同的环节， 环节内同一矿产 资源的进出口贸易关系和环节间不同矿产资源的 投入产出关系构成了一个相互依赖的贸易网络 [9] 。 在横向为国际贸易关系纵向为投入产出关系的产业 链贸易网络中， 供应风险可实现横向、 纵向等多方向 传播。基于产业/行业层面， 劳动力供应减少和价格 上涨影响矿产资源相关行业的正常生产运行 [10][11][12][13][14] 。 基于企业/产品层面， 矿产资源市场的产品供需失衡 引起价格上涨 [15] ， 供应链的供需主体需具有一定的 灵活性来应对价格上涨带来的负面影响。增加从 宏观到微观层面的供应风险形成机制的了解， 有助 于控制供应风险带来的影响， 从而降低经济损失。 随着不同类型供应风险的不断出现， 矿产资源 产业链供应链的安全稳定发展会受到影响 [9,15,16] 张雷 [17] 认为矿产资源安全是指为了满足国家经济和 社会发展目标， 国家稳定地获取矿产资源的能力， 并且实现矿产资源的开发利用与环境安全的统一， 以保障矿产资源的可持续供应。在价格合理性方 面， 吴新春 [18] 在供应稳定性和持续性的基础上， 提出 了矿产资源供应的经济性， 即国家以合理的价格获 得所需的矿产资源， 进而确保矿产资源市场稳定运 行。在环境协调性方面， 罗辉等 [19] 着供应冲击的增加而增加 [20] 。供应冲击主要分为 4 类： 供应短缺冲击、 供应过剩冲击、 劳动力供应冲击 和价格冲击。供应短缺冲击是指供应短缺风险传 播源国家出口量的减少程度； 供应过剩冲击则是指 供应过剩风险传播源国家进口量的减少程度 [9] 。劳动 力供应冲击是指行业劳动力数量的减少程度 [10] 。价 格冲击是指产量减少而引起的矿产资源价格上涨 [12] [21] 。战略性新兴产业的发展和低碳技术的大 规模应用， 为实现经济的高质量发展奠定了坚实基 础， 世界正从燃料密集型系统向材料密集型系统转 变 [22,23]…”

A review on the impact of technological progress on critical metal mineral demand

“…术进步更是产业结构转型升级的根本途径 [40] 。总的 来说， 技术进步从投入结构和最终需求结构两个方 面影响产业结构。一方面， 随着技术的发展， 对初 级商品的投入依赖逐渐转移到中间商品和最终商 品， 初级产品的投入减少， 而制成品投入增加， 中间 商品使用量比重上升， 促进了产业结构的转型升 级。另一方面， 技术进步通过节省劳动力、 能源、 金 属等投入要素的成本， 增加对应产品需求， 进而改 变了最终需求结构， 对产业结构产生影响 [41] 。 同时， 产业结构效应会严重影响关键金属需 求。从整体工业化进程来看， 根据工业化发展与资 源开发阶段性理论， 不同发展阶段下各类资源的作 用存在差异。随着工业化的发展， 资源的需求结构 则会发生显著变化 [42] 。而关键金属消费贯穿国家工 业化始终， 其消费趋势随着产业结构变化呈现出鲜 明的阶段性特征 [43] ， 尤其在进入工业化中后期之后， 产业结构高级化， 战略性新兴产业的迅猛发展使相 关关键金属需求逐步扩大 [44,45] [14] 。…”

“…需求增加， 而对另一些关键金属的需求将减少 [46] 。 一方面， 技术的突破可以通过对现有应用中的关键 金属进行替代来降低其临界性。如 2009 年 UNEP 发布的 《未来可持续技术所使用的关键金属及其回 收潜力》 报告指出， 电子技术的迭代更新将引致关 键金属之间的替代 [47] 。具体来说， 镍氢电池正逐渐 被锂离子电池取代， 铝掺杂氧化锌对液晶显示器中 的铟锡氧化物、 电容器中的各种稀土化合物存在替 代潜力 [48,49] 。另一方面， 循环技术的发展将使我们在 未来用更少的关键金属生成相同的服务， 从而促进 相关产品的生产， 或在产量不变的前提下减少对一 次关键金属资源的需求 [50] ， 进而降低对外依存度。 同时， 某种关键金属的循环技术发展可能会鼓励对 其他可替代品种的替代行为， 间接影响两种关键金 属的需求， 如过氧化钠电池具有更好的循环性能和 能源效率 [51,52] ， 在大规模储能方面极具优势， 一旦突 破现存的技术瓶颈， 就将引发对锂的替代倾向。 [53] 。目前预测大宗金属需求主要采用 趋势外推法 [54] 、 BP 人工神经网络预测 [55] 、 消费强度 存量驱动模型 [56] 、 灰色预测模型 [57] 、 部门或产品预测 分析法 [58] 、 IPAT 模型 [59] 、 回归和库存动态模型 [60] 等 方法。 考虑到关键金属在多方面有别于大宗金属矿 产， 具有应用涉及面广、 技术路线变更快等特点， 已 有研究中大宗金属需求预测领域广泛使用的 "S" 型 规律和 "倒 U" 型规律 [61][62][63][64][65] 等传统方法对关键金属不 具有适用性， 为能更精准、 合理地预测关键金属需…”

A review and prospect of research on carbon emissions from the critical metal industry chain under clean energy transition

“…源结构在很大程度上决定了金属生产过程的碳排 放强度 [40] ； 节能技术进步主要通过节能技术引进或 自主创新改进生产前沿面， 进而影响能源使用效率 和碳排放强度 [41] ； 随着硫化矿石的枯竭， 湿法冶金逐 渐替代火法冶金， 用于提炼氧化矿石中的关键金 属， 两种冶金技术路线的能耗、 能源投入结构和碳 排放强度具有明显差异性 [14,42] ； 鉴于再生金属生产 过程的能耗水平远低于原生金属供给过程， 循环回 收成为了影响关键金属产业链碳排放强度的关键 因素 [43] 。 在需求侧， 金属需求的驱动因素主要包括经济 增长、 产业结构、 终端技术进步和资源使用效率。 前 3 个因素直接拉动使用环节的关键金属需求。经 济增长通常伴随着高强度金属消费， 王安建等 [44] 提 出人均金属消费量与人均 GDP 具有 "S" 形规律， 且 不同种类资源的需求顶点随着经济增长呈波次性 递进规律。在工业化初期， 机器工业的发展消耗了 大量铁矿石等大宗矿产； 在工业化中期， 电力技术 的兴起拉动了铜、 铝等基本金属的消费增长； 在后 工业化时期， 伴随着新技术革命和产业变革的浪 潮， 稀有金属的需求迎来了迅速攀升期 [45,46] ， 这种 "雁行式" 的消费峰值演进规律本质上是由产业结 构的演变所导致 [47] 。终端应用领域的技术进步会引 发金属使用强度变化或关键金属替代， 导致一种或 多种关键金属的终端需求发生变化 [48] 。资源使用效 率表示产业链各环节金属产出量与投入量的比值， 直接决定产业链各环节的关键金属需求 [16] http://www.resci.cn 更迭， 推动产业结构迈向高级化 [49] 。产业结构升级 将引导投入要素流向具有高生产率和高生产增长率 的经济部门， 由此产生的 "结构红利" 反过来促进经 济结构优化 [50] 。另一方面， 清洁能源技术将催生战 略性新兴产业并淘汰高耗能高排放的落后产业， 使 要素投入结构和终端产品需求结构得到优化 [48] 。社 会在用存量增长和产业结构升级共同影响关键金属 终端需求， 并叠加价格因素拉动产业链各环节的金属 产量。与此同时， 关键金属矿产的地理储备稀缺且地 缘政治不稳定， 面临较大的供应中断风险 [31,32,51] 。从 保障资源安全的角度出发， 终端应用领域将加快技 术变革， 调节终端市场的关键金属需求 [3] 。随着关键 金属需求强劲和矿产资源供给乏力的矛盾日益突 出， 产业链中上游企业通常倾向于提高资源使用效 率以减少资源消耗 [52] 冶金技术路线将加快能源投入结构转型 [42] ； 另一方 面， 节能技术改造和循环回收有利于提升能源使用 效率 [41] 济产值的比值 [53] 或碳排放与物质产量的比值 [25,54] 造、 使用到回收各个生命周期阶段 [55] 。根据 LCA 的 核算方式可以将其分为基于投入产出分析的 LCA 和基于过程分析的 LCA。第一种方法主要根据投 入产出表详细地量化商品 [56,57] 或经济部门 [58] 的环境 影响， 通常不考虑技术流程细节； 第二种方法主要 基于技术过程的投入产出关系精细地量化产业链 特定环节的碳排放强度 [59] ， 广泛用于评估金属采 选 [60] 、 冶炼 [28] 、 回收 [61] 等单一环节和全产业链 [16,20,42,62] 的 碳排放强度。近年来， Guinée 等 [63] 进一步将 LCA 发 展为一个跨学科的集成方法， 即生命周期可持续性 评估 (LCSA) ， 同时将环境、...…”