近年来，世界银行、欧盟委员会、美国能源部、国际能源署等机构发布的报告都指出，关键金属既是支撑碳中和的关键物质基础，也是影响碳中和目标实现的潜在资源约束。国际能源署发布的《关键矿物在清洁能源转型中的作用》报告指出：稀土、锂、钴、镍等战略性关键金属存在的储量不够、产能不足、供需失衡和贸易链中断等风险，将约束风电、光伏、氢能、电动汽车等低碳技术的发展，进而影响碳中和目标的顺利实现。《自然》（Nature）和《科学》（Science）等学术杂志也将“关键金属矿产能否支撑能源系统的低碳转型”视为威胁全球可持续发展的重大挑战。
本文试图厘清关键金属对能源低碳技术的支撑作用，辨识“双碳”目标驱动下我国关键金属的供应风险，并在此基础上探讨关键金属与低碳能源的协同管理对策，为构建我国关键金属的安全保障对策提供决策依据。
关键金属是支撑“双碳”目标必不可少的物质基础
低碳技术所需的关键金属具有种类多、强度大、用途广、性能高且替代难的特点
低碳技术发展需要大量稀土金属（镨、钕、镝、铽、铈）、稀有金属（锂、铷、铯、铍、铌、钽）、稀散金属（镓、锗、铟、碲）和稀贵金属（钴、铂、铱、铑、金、银），以及多种一般有色金属（铜、铝、锡、钼、钨、镍）、黑色金属（锰、铬）和放射性元素（铀、钍）作为物质支撑（图1）。总体上，低碳技术部门的金属使用具有5个特征。
种类多。世界银行《气候行动的矿产依赖》报告指出，风力发电需要使用铜、铝和稀土等10余种金属，太阳能发电须使用镓、锗、铟等15种金属，电动车则高度依赖锂、钴、镍、稀土和铂族等12类金属。
强度大。低碳能源技术每单位发电能力的金属使用量（金属强度）高。国际能源署发布的报告《关键矿物在清洁能源转型中的作用》指出，海上风机每单位发电能力的金属需求量是传统火电厂的7—13倍；而随着能源系统对可再生能源依赖的提升，2010—2020年期间每单位发电量所需的关键金属矿物量增加了50%；另外，纯电动车单车的金属需求量（不含钢铁）是传统燃油车的6—7倍。
用途广。每一类金属均用于多种低碳技术，如钒、铬、钼、铌在核能、风电和聚光太阳能技术中均不可缺少，钯、铅、银、镍在风力发电机、光伏电池板和新能源汽车中都起着重要作用。
性能高。某种关键金属可能因为耐热、难熔、耐腐蚀，以及优良的光、电、磁等性能中的某一个或多个，而对低碳技术的开发和应用具有重要作用。例如，添加稀土元素钕和镝的永磁电机具有功率密度和效率高、脉动转矩小和弱磁调速范围宽的特点，用在电动车中平均可比传统电机节能约20%。
在“双碳”目标的带动下，我国关键金属的需求量将持续快速增长
从全生命周期视角看，降低开采冶炼环节的生态环境影响和提升金属的循环利用水平对实现“双碳”目标具有重要作用
降低开采冶炼环节的生态环境影响。能源系统能否真正实现低碳发展，很大程度上取决于关键金属生产的碳排放及清洁发展水平。研究显示，新能源汽车的碳排放虽然较燃油车低，但其动力电池生产环节（特别是锂、钴、镍等金属的开采冶炼过程）的碳排放就占新能源汽车全生命周期碳排放的70%，极大地降低了新能源技术的碳收益。除了碳排放，关键金属的生产还会引发其他环境危害。例如，光伏材料的制造会产生四氯化硅、氯化氢、氮氧化物、硝酸盐等多类有害物质，可能危及生态系统与居民健康。同时，电动车、光伏等低碳产品的大规模退役将会产生“新能源废弃物”，且具有规模大、分布广、隐蔽性强、组分复杂、生态环境危害严重等特点。
我国关键金属产业链上中下游均存在较大风险，严重威胁“双碳”目标的实现与国民经济安全
在产业链中游，我国多数关键金属的冶炼分离产能世界第一，但存在集中度低、产能布局分散、定价权缺失等问题。据美国地质调查局统计，我国关键金属冶炼分离产能具有显著优势。2018年，全球近96%的镓、90%的稀土、90%的锑、86%的锰、82%的钨、70%的镁、68%的锗、65%的碲、62%的钒、60%的锗和56%的铟都由我国进行冶炼分离。然而，我国对关键金属的管理重点仍然主要集中在上游原材料产品，缺乏全产业链视角下的上、下游协同管理，导致我国很多关键金属资源“出得去，回不来”。同时，在我国的金属冶炼企业中，规模以下的工业企业占75%以上，这些企业的技术水平良莠不齐，同时存在滥采乱挖、产品同质化、彼此恶性竞争等问题，不但无法发挥我国作为关键金属冶炼分离大国的战略优势，还导致国外矿业寡头利用定价权优势提升资源产品价格，挤压我国金属产业链中游企业的利润空间。
对策建议
提升系统认识，把关键金属资源安全与能源安全战略进行统筹谋划，推进关键金属与低碳能源的协同管理。关键金属的安全供应和高效利用，不仅是资源安全问题，更关乎中国的能源安全、产业安全、科技安全和国防安全。为此，我们应充分认识关键金属在能源系统低碳转型中的重要作用，将关键金属问题上升到国家战略高度，由国家有关部委牵头，前瞻性、全局性地开展关键金属全产业链的风险识别、监测和防控工作，并积极推动建设有中国特色的关键金属资源保护性开发管理体系、战略储备体系、贸易管制及安全审查体系。
加强基于大数据的供应风险识别与宏观战略研究，提升风险预警和安全保障能力。设立国家级关键金属大数据与战略研究中心，利用大数据技术汇集和挖掘全球关键金属全产业链的储量、产能、产量、贸易、专利、价格、供给、需求等全方位多角度数据，实时、快速、准确地研判各类关键金属的全产业链供应风险及其成因，定期发布关键金属清单，及早进行超前的全局谋划，建立和完善关键金属资源储备体系，提升风险预警和安全保障能力。
依托“一带一路”，构建人类命运共同体下全球“关键金属与低碳能源”协同治理的新秩序。深化与“一带一路”沿线国家和广大发展中国家在资源勘探、冶炼技术研发、产能发展和转移、固废资源循环利用方面的合作，建立面向全球多层次、多渠道的关键金属资源配置保障体系；发起诸如全球“金属资源与可持续发展”或“金属资源与碳中和”等大科学计划和工程，推动我国清洁低碳技术和装备在全球各国的应用，帮助发展中国家提高应对气候变化的能力；创建“一带一路”能源矿业部长联席会议制度，秉持人类命运共同体理念，积极推动矿业治理规则体系变革，为全球关键金属矿业治理提供中国方案。
（作者：陈伟强，中国科学院城市环境研究所、中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心、中国科学院大学；汪鹏，中国科学院城市环境研究所、中国科学院赣江创新研究院、中国科学院大学；钟维琼，中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心、中国地质科学院矿产资源研究所。《中国科学院院刊》供稿）