今年夏天，你在的城市熱嗎？

2025年夏季我國省區市平均氣溫（圖片來源：中國天氣）

據國家氣候中心消息，今年6至8月，我國大部熱力十足，全國平均氣溫達22.31℃，爲有觀測記錄以來最熱夏季。其中新疆、陝西、河南、山西、山東平均氣溫爲同期第一高，江蘇、浙江、河北、上海、四川、湖北、安徽爲第二高，湖南、吉林、遼寧、黑龍江第三高。

可以說，許多人已經切身感受到了全球變暖的威力。這種趨勢，很可能只是開始。

2025年六月，全球絕大部分區域的溫度都比1951-1980年之間的平均值要高上不少（圖片來源：BerkeleyEarth.org）

世界氣象組織（WMO）發佈的《全球年度至十年氣候最新通報》指出，2025年至2029年，全球平均溫度將“居高不下”，有80%概率將出現有記錄以來“最暖年份”，即這五年中至少有一年的全球平均溫度將超過2024年剛創下的紀錄，2025年很有可能是有記錄以來三個最暖的年份之一。

爲了應對全球氣候變暖，減少對化石能源的依賴、減少碳排放當然是重要舉措。在這樣的背景下，太陽能、風能、水能、核能、生物質能、地熱能、海洋能等生產和使用過程中不產生或極少產生污染物和溫室氣體（如二氧化碳）的清潔能源得到了更多利用。

在能源轉型的過程中，山脊上連綿的白色風機、荒地和山坡上一望無際的光伏板以及城市街道上的電動車可能是最讓人熟悉的。很多人會認爲，只要我們能夠利用好這些新能源，地球的減碳目標就觸手可及。

不過，很多人不知道的是：支撐這些低碳技術運轉的，不只是風、光和水，還有礦物。

無論是風力發電機、水力發電機還是光伏板，製造它們都需要種類繁多的礦物，而隨着能源轉型的加速，對這些礦物的需求量也以極快的速度增加，很多科學家擔心，這些礦物中的一部分可能在轉型完成前就面臨供應瓶頸。

什麼是關鍵礦物

關鍵礦物是對一個國家的經濟、國家安全、能源轉型或高科技產業至關重要，但同時其供應鏈又容易受到中斷風險影響的非燃料類礦物。由於不同國家的礦物儲量不同，因此不同國家的關鍵礦物清單各不一致。大致上，我們日常生活中被廣泛使用的各類礦物均被包含在內。

比如，很多人購車會首選新能源汽車。要造出它，需要的礦物有哪些？首先需要大量的鐵和鋁，它們構成了汽車的框架、電池和電機的主體部分；其次是硅，硅不僅用作汽車玻璃，還是汽車電路板的主要成分之一；然後是銅和銀，它們是電路板、電纜、電極的主要成分；然後是鋰——它是鋰電池的主要成分，但除此之外，鋰電池還需要使用鈷、鎳、錳、磷、鐵、碳等諸多礦物；再然後是少量的稀土元素，比如釹、鏑——它們是目前電動機中永磁體的關鍵成分。

與新能源汽車一樣，風力、水力發電機，光伏板等也都需要使用種類衆多的礦物元素。而幾乎每一種礦物——無論是我們最常見的鐵、銅、鋁、錫、碳、硅，還是我們比較陌生的衆多稀土元素，它們都有“斷供”的風險。只要有這種風險，它們就是關鍵礦物。不過由於每個國家的礦產資源稟賦和供應鏈都不同，所以每個國家的關鍵礦物清單各不一致。

現在在許多地方，高聳的風力發電機已經成爲了山頂的風景線，但它們製造與運行需要多種礦物的支持（圖片來源：作者）

最新研究：這些關鍵礦物短缺風險最高

但由於在能源轉型的過程中，新能源有關的設備所需礦物大致相似，所以與新能源有關的關鍵礦物都會面臨普遍的短缺風險。比如，根據國際能源署的預測，到2040年，光伏產業可能讓銅的需求增加近百倍，鎳增加近90倍，而電動車和儲能電池則會讓鋰的需求翻40倍[1]。

這就引出了一個迫切的問題：我們有足夠的礦物來支撐這場史無前例的能源革命嗎？

爲了回答這個問題，一箇中國科學家團隊進行了一項開創性研究，他們分析了聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發佈的第六次評估報告。這份報告描繪了數百種不同的未來氣候的可能性（科學家稱之爲路徑）——你可以把它想象成地球爲實現不同溫控目標（如升溫不超過1.5°C或2°C）而選擇的劇本。每個劇本都有不同的減排時間表和技術路線。[2]

研究團隊將這些路徑與40種關鍵礦物和17類低碳能源技術一一匹配，計算出到2100年所需的總礦物量，然後與地球上已探明的經濟可開採儲量進行了對比。結果令人擔憂：（1）幾乎所有路徑都將面臨礦物短缺。 在所有減排情景下，都會有1到12種關鍵礦物出現供應不足。（2）溫控目標越激進，短缺風險越高。 在將升溫控制在2°C的路徑中，平均會有5種礦物短缺；而要是想要將地球升溫控制在1.5°C，則會有7種礦物出現短缺。

研究還指出了風險最高的幾種礦物：銦、鎘、碲、錫，這些礦物均與光伏產業緊密相關。其中銦、鎘、碲是新一代薄膜光伏電池的重要材料，比如碲化鎘電池和銅銦鎵硒電池。這類電池光電轉換效率高，輕便，而且可以做成柔性面板，因此可能在未來得到快速推廣。而錫則廣泛用於太陽能電池的焊接材料和電路連接，同時在儲能和核能技術中也有應用。

隨着光伏產業的快速擴張，這些金屬的消耗量將會大大增加。

如果按照1.5°C或2°C的溫控路徑進行計算，銦可能在2035年出現全球短缺，鎘在2060年，銥在2065年，錫在2085年，碲在2100年。這意味着在未來十年內，部分新能源核心原料就可能出現全球性短缺。即便我們假設未來能將所有已探明儲量都開採出來，仍有多達11種礦物將在本世紀末面臨短缺。

使用銅銦鎵硒電池製作的新一代薄膜電池，相比於傳統晶體硅電池，薄膜電池輕、薄、可摺疊，轉換效率高，因此具備良好前景（圖片來源：Wikipedia）

礦物不夠？多挖點不就行了？

從直覺上看，缺礦似乎是因爲儲量不夠或挖的不夠。但其實這不是“多挖一點礦”或“多找一點礦”就能解決的簡單問題，其背後是需求、供給、技術和回收等多方面共同作用的結果。

1. 需求的激增

新能源車、儲能電池、光伏、風電等技術，都依賴同一批礦物。目前，這些礦物的需求量成倍上漲。在某些情景的模擬中，到本世紀中葉，一些礦物的需求量就可能超過目前全球的已探明儲量。我們上文提到的銦和鎘就是最典型的例子。

2. 開採速度跟不上

礦物的開採不像工業品，可以隨時開一條生產線就增加產量。從探勘到投產，一個礦山平均需要15年以上的時間——畢竟很多礦牀位於交通不便的深山中，需要首先修建道路和廠房，有些還需要往下深挖幾十、數百米才能抵達礦層——因此當需求在幾年內猛增，礦業往往來不及響應。

3. 儲量分佈不均勻

部分礦物的供應高度集中於少數國家，例如全球70%以上的鈷產自剛果（金），鋰資源則主要集中在澳大利亞、智利和阿根廷。礦物地理分佈的不均勻，某些區域經濟發展程度低導致的開採效率低下也極大影響了礦物的供應。

4. 回收利用率低

理論上，從報廢的設備中可以回收到大量關鍵礦物。但實際情況是，許多礦物的回收技術還不完善，不僅工藝複雜，能耗高，而且回收率低，污染嚴重。以鋰電池爲例，儘管中國的科學家們正在努力開發新技術，但據《中國能源報》2025年2月10日的報道，截至2023年，我國新能源汽車的規範化回收率依然不足25%。即便未來回收技術成熟且普及，計算結果也顯示，許多礦物的缺口仍無法完全彌補

5. 礦物依賴集中

許多關鍵礦物的應用高度集中在新能源技術中，比如銦、鎘、碲主要用在薄膜光伏；鈷和鎳大量用於高性能鋰電池。如果全球同時大規模推廣這些技術，對相應礦物的依賴會急劇上升。除非開發不使用這些礦物的替代技術，否則關鍵礦物短缺的風險會集中爆發。

中國缺不缺礦？缺哪些？

當我們談論全球礦物短缺時，很多人心裏自然會冒出一個問題：中國夠不夠用？畢竟，中國是新能源產業的大國，既是電動車和光伏的最大生產者，也是這些礦物的最大消費國之一。

從資源稟賦上看，中國確實手裏有幾張王牌。比如稀土資源儲量豐富，這讓我們在風機、電動車電機等產業鏈上具有明顯優勢；石墨和鎢的儲量也位居世界前列，在電池和硬質合金領域長期佔據主導地位。但研究顯示，在全球減排的不同路徑下，中國依然會面臨一些關鍵礦物的缺口。特別是銅、鉻和鉿，已經被列入潛在的高風險清單。

銅幾乎存在於所有電氣設備中，是電動車電機、輸電電纜、風力和水力發電站裏最基礎的金屬。隨着新能源裝機規模的迅速擴張，中國的銅需求正在不斷攀升，而國內高品位礦石儲量有限，長期以來都依賴進口。

鉻則是不鏽鋼和高強度合金的必需成分，中國的冶金工業對它的需求極大，但資源主要集中在南非、哈薩克斯坦和印度，我國高品位鉻礦資源極度匱乏，僅在西藏、新疆和甘肅等地有規模較小的礦牀，幾乎完全依賴海外供應。

至於鉿，這種知名度並不高的小金屬，卻是製造核電站堆芯材料、核反應堆控制棒、航空發動機渦輪葉片、火箭推進器、半導體技術等方面有重要應用。但是我國鋯-鉿資源（鋯-鉿是共生的，所以經常被算到一起）非常缺乏，儲量僅約50萬噸，僅佔全球儲量的0.68%，對外依存度高達90%。[4]

結語

在2℃目標下，全球不同區域關鍵礦物的缺乏情況（圖片來源：參考文獻[3]）

從全球視角來看，中國的情況算不上最壞。歐洲大約有5種礦物存在嚴重短缺，更可能因爲缺錫而拖慢光伏擴張，中東、南亞和非洲則面臨同時缺 7 到 9 種礦物的局面。相比之下，中國至少在稀土和石墨等資源上有一定的底氣。

真正值得警惕的是，大部分人往往只看到風機、光伏和電動車在不斷增加，卻容易忽略支撐它們的礦物能不能跟得上。此外，我們還要意識到，雖然風能、水能、太陽能等確實是可再生的清潔能源，但是它們發的每一度電、所使用的各種設備背後都要涉及到礦物的開採、冶煉，設備製造和維護過程，其中的許多過程都是高能耗過程，清潔能源在減少碳排放的同時，也在推動另一種資源消耗。

在減排的路上，我們不僅要關注各種低碳利用能源的技術，還要關注關鍵礦物的勘探開採技術升級、替代材料研發、回收技術突破，要能夠找到、用好、回收好這些礦物。

總而言之，在使用清潔能源、減緩氣候變化的道路上，我們還有很長的路要走。

參考文獻：

[1] IEA (2021), The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions, Licence: CC BY 4.0

[2] (N.d.) Chapter 3: Mitigation Pathways Compatible with Long-Term Goals. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/chapter/chapter-3/ (2025-08-10)

[3] Wei YM, Liu LC, Kang JN, Zhang Y, Peng S, Liao H, Xu S, Zhao L, Yan H, Qian X, Liang QM, Ji Y, Tian X, Chen W, Li J, Cui H, Dai M, Li X, Wang D, Yu F, Qi J, Yu B (2025) Navigating energy transition solutions for climate targets with minerals constraint. Nature Climate Change, 15(8), 833–841.

[4] 王汝成, 車旭東, 鄔斌, 等. 中國鈮鉭鋯鉿資源[J]. 科學通報, 2020, 65(33): 3763-3777.

作者簡介

地星引力，知乎地質學優秀答主。