中国网/中国发展门户网讯近年来，随着全球应对气候变化压力和政策力度的加大，以风电、光伏、电动汽车、高效储能、永磁电机等为代表的绿色低碳转型成为全球共识。例如，国际能源署《2050年净零排放：全球能源行业路线图》预测，到2030年电动汽车在全球汽车销量中的占比将从5%左右上升至60%以上，到2050年全球90%的电力生产来自可再生能源，其中风能和光伏发电占70%。同样，清洁能源和低碳技术的发展是我国实现“双碳”目标的重要基础和全面建设社会主义现代化国家的内在要求。全球绿色低碳转型将拉动关键金属消费大幅增长，如电动汽车发展依赖锂、钴、镍等电池材料，海上风机需要稀土永磁，燃料电池和氢能发展离不开铂族元素。国际能源署2050年净零排放情景下，仅2020—2030年锂、钴、镍、铜、锰和稀土等关键金属的市场规模就将增加近6倍以上。
然而，与传统化石能源面临的供需错位和产地集中等挑战类似，支撑清洁能源和低碳产业发展不可或缺的关键金属矿产如锂、钴、镍、稀土、铂等，储量高度集中于智利、刚果、印尼、澳大利亚、中国和南非等国家，而消费却主要在美国、欧盟和中国。与此同时，百年变局和世纪疫情交织，俄乌冲突等引发地缘冲突加剧，国际局势发生深刻复杂变化，保障关键能源、资源和供应链安全挑战愈加凸显。面对绿色低碳转型的紧迫性和关键金属安全挑战的严峻性，通过多种途径保障清洁能源供应链和关键金属安全已成为美国、欧盟等西方发达国家和地区在国家安全层面的战略共识。
从传统碳基化石能源向新型金属基清洁能源转型，其本质优势之一在于，清洁能源系统所消耗的金属在理论上可以无限循环利用。因此，确保绿色低碳转型的关键金属安全，既需要开源、节流和进口多元化等与传统化石能源安全相似的战略举措，也需要将循环利用提升到确保关键金属供应韧性的战略高度。当前，以美欧为代表的西方国家，在战略上高度重视关键金属循环利用。例如，2021年2月美国总统拜登签署第14017号行政令《美国的供应链》（America’sSupplyChain），要求在100天内对关键矿产和材料供应链的脆弱性进行评估，评估报告中循环利用（recycling）一词出现了193次。
历史经验和未来需求表明，关键金属循环利用潜力巨大
循环利用已成为保障金属供应安全、减少采矿影响的重要补充和必要手段
金属具有循环利用的典型特征。从铁、铝、铜等大宗金属和金、铂、钯等稀贵金属生产消费发展的历史经验来看，循环利用已经成为保障金属供应安全的重要补充和必要手段。当前，全球每年从新废（生产、锻造和制造等消费前环节）和旧废（消费后报废产品）金属废料中回收约6.3亿吨钢铁、2057万吨铝、870万吨铜。目前，全球18种金属的废弃阶段回收率（再生金属占产生金属废料总量的比重）可超过50%，包括钢铁、铝、铜、钴、铬、金、铅、锰、铌、镍、钯、铂、铼、铑、银、锡、钛、锌，其中铌、铅、钌的二次资源供应占比（再生金属占金属总供应量的比重）超过50%，其余13种金属的二次资源供应占比为25%—50%。从总量来看，我国金属回收（包括回收进口废料）占全球较大比例，2019年回收约2.4亿吨钢铁、607万吨铝、215万吨铜、237万吨铅和140万吨锌。
国家经济的发展通常会同时增加金属循环利用的潜力。以铜为例（图1和2），随着一国国内生产总值（GDP）增长，人均铜报废量从低于2.5千克/人（如南非、印度、巴西）稳步增长到10—15千克/人左右（大多数发达国家）。当前，全球铜废弃阶段回收率约为40%，二次资源供应占比约为32%。其中，德国、奥地利、瑞典等发达国家具有技术优势，新废铜废弃阶段回收率（>90%）明显高于其他国家。美国、加拿大、澳大利亚等国旧废铜废弃阶段回收率（<10%）较低；相反，中国由于较高的社会回收率及进口消纳部分发达国家废料，日本、德国等国由于较严格的资源环境政策，旧废料废弃阶段回收率（20%—80%）较高。综合来看，奥地利、中国、日本、德国等具有较高的二次资源供应占比，近年来已经上升到50%左右。
金属循环利用对于降低金属采矿和原生生产的能耗和碳排放至关重要。例如，通过矿石转炉炼制是通过废钢电炉生产钢单位能耗的2.5倍，因此每回收1吨废钢可节约1.5吨二氧化碳、1.4吨铁矿石和740千克煤炭，每年回收的6.3亿吨废钢相当于减少9.45亿吨碳排放。废铝循环利用相比原铝生产减少95%的能源消耗，因此每回收1吨废铝可节约16吨二氧化碳，每年回收的2057万吨废铝相当于减少4亿吨碳排放。金属循环利用的这种巨大环境优势，进一步促使各国将循环利用作为同时保障金属供应安全与减少环境影响的战略手段。
绿色低碳转型驱动关键金属消费大幅上升，循环利用潜力巨大
未来20—30年，随着关键金属消费逐渐趋稳，社会在用存量中的金属资源逐渐作为二次资源释放出来，关键金属再生供应潜力将大幅上升。据预测，2050—2060年，全球再生钢铁产量将超过原生钢铁产量，人类可能迈入废钢循环利用时代。同样地，全球锂报废量将在2030年达到11万吨，在2050年达到40万吨，锂的二次资源供应占比将在2050年达到23%；2020—2050年，钴的累积二次资源供应占比将达到66%，到2050年，仅电动汽车电池回收就可以满足当年26%—44%的钴需求。
循环利用已成为主要发达国家保障关键金属供应安全的战略共识
从科技和研发投入角度看，循环利用已成为发达国家针对关键金属科研投入中最多的生命周期阶段，超过探-采-选矿、加工制造等阶段。以欧盟为例，自20世纪80年代以来，欧盟大力投入关键金属循环利用研发，累计经费投入已超过1.1亿欧元，项目涉及稀土、铟、钴、银、镓、硅等超过15种关键金属的循环再生技术与管理（图4）。例如，作为欧盟近年资助的关键金属循环利用的代表项目之一，SUSMAGPRO于2019年立项，以德国高校牵头，多国企业、高校、科研单位共同参与，资助金额达1400万欧元，旨在促进以欧洲回收的钕磁铁为基础建立稀土二次资源供应链。此外，依托ProSUM两期项目，欧盟还建立了包括含关键金属产品的城市矿山数据平台（UrbanMinePlatform），形成了“产-学-研”一体化的知识传播及转化体系。
全球及我国关键金属循环利用面临的主要问题与挑战
关键金属应用量小面广、产品多样、技术复杂，回收技术经济成本高成为最大共性挑战
随着科技高速发展和消费持续升级，关键金属被广泛应用于各种绿色低碳产品如风电、光伏、电动汽车等，以及新兴产业技术如医疗器械、人工智能、航空航天等，虽然通常用量较小，但是在各部件中分布广泛、功能关键。越发多样化的产品（如更新换代的电子产品和不同类型的充电桩）不但缩短了产品使用周期，也加大了报废产品的社会回收难度，增加了产品回收和循环过程中的分类和物流成本。同时，随着产品技术复杂性增加，报废产品中各类金属的分离处理难度越来越大，关键金属回收和循环利用的技术成本也随之上升。
在此背景下，我国关键金属循环利用面临的挑战突出。能够平衡关键金属回收成本的大型企业会受物流成本和生产能力限制而不能覆盖全部区域，本地的中小企业又会因技术落后等问题而面临高昂的处理成本。以磷酸锂动力电池的回收为例，目前很多中小企业在回收环节中会忽视其中锂的价值，将其作为普通废铁处理，不但降低了循环利用的经济价值，还会对环境造成二次污染。
全球金属产业链复杂交错，循环利用发展水平不均衡，加大循环利用产业发展风险
面对发展中国家和发达国家在关键金属循环利用上的技术代差和发展中国家逐渐执行更加严格的环境标准（如中国的“禁废令”），传统金属回收所依靠的“出口转移”和发展中国家消纳模式面临很大挑战。此外，受新冠肺炎疫情、地缘冲突、贸易政策变动等因素影响，产业链上、下游公司面临的经济、环境和社会风险持续增加，原材料与产品价格震荡波动，加重了我国金属循环产业发展风险。
对策与建议
未来20—30年，绿色低碳转型将既是全球社会经济发展的最重要公约数，又是大国技术和产业竞争的新高地。在这一背景下，关键金属循环利用已被主要发达国家提升到保障清洁能源转型和产业链安全的战略高度。中国作为最大的清洁能源和低碳技术（如光伏、风能、电动汽车等）投资国、生产国和应用市场，已经并将继续成为全球最大的关键金属消费国。面对需求的快速增长，部分关键金属国内供给不足，国际争夺加剧，短期内无法替代，如何从战略和战术层面确保社会蓄积的关键金属高效、清洁和永续循环利用，是我们进入金属基能源时代急需回答的时代之问。基于以上分析，本文提出4点对策和建议。
加大顶层设计和系统考虑，立足大国竞争和国家安全高度构建我国关键金属循环利用战略。深刻把握关键金属物质循环本质规律，考虑开采、生产、加工、制造、使用、废物管理和回收的全生命周期过程，系统全面构建我国关键金属循环利用战略；探索高层级协调和跨部门保障机制，借鉴中央全面深化改革委员会《关于全面加强资源节约工作的意见》等，制定上下游一体、产业链系统联动的关键金属循环利用促进政策；加强关键金属循环利用战略与绿色低碳转型战略等既有国家战略的深度融合与协调，实现以“双碳”目标驱动循环利用产业发展；面向百年变局背景下的大国竞合，打造完善包括减量、提效、替代、多样化和循环利用在内的关键金属安全保障全维度战略工具箱。
基于我国不同关键金属供需安全态势，区别制定有针对性的循环利用对策。对于我国的短缺关键金属（如钴、铂等），要从外交、经济等多维度综合发力，充分考虑国际国内两个市场、两种资源，既加快国内循环利用产能布局，又鼓励企业走出去，不断拓展海外循环利用产能合作，同时确保资源安全和产业竞争优势。对于我国的优势关键金属（如稀土、钨等），一方面要综合考虑原生、再生成本和产能布局，保障国际市场稳定和我国的主体供应地位，另一方面也要未雨绸缪，从环境挑战、技术竞争和国家产业链安全出发，稳健促进国内循环利用产能发展。
探索“政用产学研”多主体协同创新合作体系，培育关键金属循环利用合作平台和竞争优势。构建循环利用产学研协同创新和合作平台，落实完善生产责任延伸制度、产品生态设计和产业链闭环管理；探索成本补贴、税收优惠等激励政策，支持关键金属产品高效收集、分类和运输，提高关键金属循环利用技术经济可行性；通过全生命周期过程标准化设计和技术研发联动，开发高效、经济和标准化的回收流程，创新“互联网+回收”等多渠道回收模式；为消费者购买赋权，标注产品寿命、更换和维修服务、能耗和循环材料含量等，通过多渠道促进循环利用产品购买、使用和公众循环利用习惯。
（作者：刘刚，北京大学城市与环境学院；刘立涛、欧阳锌、李想，中国科学院地理科学与资源研究所；刘仟策，丹麦南丹麦大学；闫强，中国地质科学院矿产资源研究所。《中国科学院院刊》供稿）