银、硅和镓有什么共同点?这些昂贵的原材料是我们各种太阳能技术的重要组成部分。钕、镨和镝呢?这些稀土金属用于制造风力涡轮机中的强力磁铁。
保持地球宜居需要各国政府加速清洁能源转型 全球碳排放量必须在2030年之前减少一半，并在2050年之前实现净零排放。
但更雄心勃勃的清洁能源转型需要更多的金属和矿物来构建清洁能源技术。随着全球能源行业从化石燃料转向清洁能源，对贵金属(被称为关键矿物)的需求正在增加。
一个突出的例子是锂，一种用于电动汽车电池的金属。2018年至2022年间，锂的需求每年增长25%。在净零情景下，到2040年锂需求可能是2020年的40倍以上。
供需
当前的挑战在于供需不匹配。对关键矿物的预计需求超过了可用供应。经济学的基本原理决定了这些矿物的价格更高。
此外，关键矿物的供应在地理上集中。这些金属仅从少数几个国家开采，并且绝大多数在中国加工。
例如，中国开采了60%的稀土元素，加工了90%的稀土元素。相比之下，第一大产油国美国的开采量仅占整个行业的18%，加工量仅占20%。
地理集中可能会导致额外的供应限制。全球第一镍生产国印度尼西亚已逐步禁止镍矿石出口海外，试图加强国内加工。
供应缺乏地域多样性可能会增加价格波动。2022年锂价格上涨超过400%，2023年再次下跌65%。由于社会动荡和矿山封锁，秘鲁铜价飙升。
中国控制着98%的镓供应，由于 国家安全原因 而严格限制出口，导致2023年镓价格飙升40%。
如果供应限制继续存在，关键矿产的价格可能会变得过高。安装清洁能源可能会变得过于昂贵，政府可能会发现很难实现其清洁能源目标。
供需平衡必须通过以下两种方式之一来恢复：要么减少对关键材料的需求，要么增加其供应。
恢复平衡
恢复供需平衡最明显的方法 增加采矿量 是很棘手的。采矿对环境具有破坏性，会损害生态系统和社区。在法国、塞尔维亚和葡萄牙开设新矿的计划遭到了社会的强烈反对，使其未来充满不确定性。
开设一个新矿平均需要15年以上的时间，因此今天开始的项目可能来得太晚了。虽然通过重新开放旧矿山可以更快地建设一些产能，并且一些项目已经在进行中，但预计到2030年，供应失衡将不可避免。
除了采矿之外，还存在两种替代的实用方法。首先是通过清洁能源技术减少对关键矿物的需求。通过创新和研发，清洁能源产品可以重新设计，以在每一代中使用更少的材料。
太阳能电池中的银含量在十年内下降了80%。同样，新型电动汽车电池阴极的钴含量比旧型号的电池少六倍。
第二种选择是通过先进的回收技术从旧的和用过的清洁技术产品中回收关键矿物，以增加关键矿物的供应。退役的太阳能电池板可能不再产生能量，但可以成为银或硅的宝贵来源。
我们过去的研究表明，随着安装人员寻求用更新、更高效的太阳能电池板取代旧电池板，废弃的太阳能电池板在未来十年内可能会超过新安装的太阳能电池板。
通过在城市采矿过程中从这些废物中回收关键矿物质，我们可以满足未来能源装置所需材料的需求。
回收是前进的方向
我们最近与同事LukVanWassenhove进行的研究比较了这两种替代方法的经济后果。如果关键矿物不是极度稀缺，那么减少清洁能源产品的关键材料含量将是一条出路。
然而，可能会出现类似于反弹效应或杰文悖论的意想不到的后果：通过提高关键矿物的使用效率，生产者最终可能会消耗更多矿物。
由于清洁能源产品使用的关键材料较少，其盈利能力的提高可能会进一步增加产量。因此，减少每个产品的材料使用量并不一定会导致关键材料需求的总体减少。
相比之下，我们的研究表明，回收退役产品不会受到这种反弹效应的影响。来自报废产品的源源不断的回收材料可以保护生产商免受大宗商品价格波动的影响，并更好地促进关键的能源转型。
建立回收生态系统比稍微改变产品的设计需要付出更大的努力。企业需要具有成本效益的逆向物流系统、回收工厂和基础设施，以回收足够的最终产品并进行处理。大量的初始资本投资需要时间才能恢复，并要求企业和政策制定者采取长期思维。
但仍有乐观的空间。初创公司ROSISolar于2023年开设了第一家回收工厂，使法国成为从废弃太阳能电池板中回收高纯度硅、银和铜的先驱。
同样，美国的SOLARCYCLE可以回收太阳能电池板中95%的有价值材料。特斯拉、雷诺和日产等许多电动汽车制造商已经启动了电池回收项目，并确保钴、镍和锂的无风险供应。回收确实可能是获得负担得起的清洁能源的途径。
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