یک حساب IEA رایگان ایجاد کنید تا گزارش های ما را بارگیری کنید یا به یک سرویس پرداخت شده بپردازید.
خلاصه اجرایی
- خلاصه اجرایی
- حالت بازی
- الزامات معدنی برای انتقال انرژی پاک
- مقدمه
- بررسی اجمالی
- تولید برق کم کربن
- شبکه های برق
- وسایل نقلیه برقی و ذخیره باتری
- هیدروژن
- چشم انداز مواد معدنی تمرکز را تأمین کنید
- فلز مس
- لیتیوم
- نیکل
- کبالت
- عناصر نادر زمین
- رویکردهایی برای اطمینان از عرضه معدنی قابل اعتماد
- روی بازیافت تمرکز کنید
- توسعه مواد معدنی و تغییرات آب و هوا
- توسعه مواد معدنی پایدار
- توسعه مواد معدنی مسئول
- هماهنگی بین المللی
گزارش استناد
IEA (2021) ، نقش مواد معدنی بحرانی در انتقال انرژی پاک ، IEA ، پاریس https://www. iea. org/reports/the-flet-critical-minerals-in-clean-energy-transitions ، مجوز:CC توسط 4. 0
کپی به کلیپ بورد
این گزارش را به اشتراک بگذارید
گزینه های گزارش
خلاصه اجرایی
یک سیستم انرژی که از فناوری های انرژی پاک استفاده می شود ، با یکی از منابع هیدروکربن سنتی بسیار متفاوت است. گیاهان خورشیدی فتوولتائیک (PV) ، مزارع بادی و وسایل نقلیه برقی (EV) به طور کلی به ساخت مواد معدنی بیشتری برای ساخت نسبت به همتایان مبتنی بر سوخت خود نیاز دارند. یک اتومبیل برقی معمولی به شش برابر ورودی معدنی یک ماشین معمولی نیاز دارد و یک کارخانه بادی ساحلی به نه برابر منابع معدنی بیشتر از یک گیاه گازدار نیاز دارد. از سال 2010 ، میانگین مواد معدنی مورد نیاز برای واحد جدید ظرفیت تولید برق 50 ٪ افزایش یافته است زیرا سهم تجدید پذیر در سرمایه گذاری جدید افزایش یافته است.
در انتقال به انرژی پاک ، مواد معدنی بحرانی چالش های جدیدی را برای امنیت انرژی به وجود می آورند
مواد معدنی مورد استفاده در فن آوری های انرژی پاک در مقایسه با سایر منابع تولید برق
مواد معدنی مورد استفاده در اتومبیل های برقی در مقایسه با اتومبیل های معمولی
انواع منابع معدنی مورد استفاده از نظر فناوری متفاوت است. لیتیوم ، نیکل ، کبالت ، منگنز و گرافیت برای عملکرد باتری ، طول عمر و تراکم انرژی بسیار مهم هستند. عناصر نادر زمین برای آهنرباهای دائمی که برای توربین های بادی و موتورهای EV بسیار حیاتی هستند ضروری هستند. شبکه های برق به مقدار زیادی مس و آلومینیوم احتیاج دارند که مس سنگ بنای همه فن آوری های مرتبط با برق است.
تغییر به یک سیستم انرژی پاک باعث افزایش شدید نیاز به این مواد معدنی می شود، به این معنی که بخش انرژی به عنوان یک نیروی اصلی در بازارهای معدنی در حال ظهور است. تا اواسط دهه 2010، برای بیشتر مواد معدنی، بخش انرژی بخش کوچکی از کل تقاضا را تشکیل می داد. با این حال، با افزایش سرعت انتقال انرژی، فناوریهای انرژی پاک به سریعترین بخش تقاضا تبدیل میشوند. در سناریویی که اهداف توافق پاریس را برآورده میکند (مانند سناریوی توسعه پایدار آژانس بینالمللی انرژی [SDS])، سهم آنها از کل تقاضا طی دو دهه آینده به طور قابلتوجهی افزایش مییابد و به بیش از 40 درصد برای عناصر مس و خاکی کمیاب، 60 تا 70 درصد برای عناصر خاکی کمیاب میرسد. نیکل و کبالت و تقریباً 90 درصد برای لیتیوم. خودروهای الکتریکی و ذخیره سازی باتری در حال حاضر جایگزین لوازم الکترونیکی مصرفی شده و به بزرگترین مصرف کننده لیتیوم تبدیل شده اند و قرار است تا سال 2040 از فولاد ضد زنگ به عنوان بزرگترین مصرف کننده نهایی نیکل استفاده کنند.
سهم فناوری های انرژی پاک در کل تقاضا برای مواد معدنی انتخاب شده بر اساس سناریو، 2010-2040
از آنجایی که کشورها به تلاشهای خود برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای سرعت میبخشند، آنها همچنین باید مطمئن شوند که سیستمهای انرژی انعطافپذیر و ایمن باقی میمانند. مکانیسمهای بینالمللی امنیت انرژی امروزی برای ارائه بیمه در برابر خطرات اختلال یا افزایش قیمت در عرضه هیدروکربنها، به ویژه نفت، طراحی شدهاند. مواد معدنی مجموعهای متفاوت و متمایز از چالشها را ارائه میکنند، اما اهمیت فزاینده آنها در یک سیستم انرژی کربنزدایی، به سیاستگذاران انرژی نیاز دارد که افقهای خود را گسترش دهند و آسیبپذیریهای بالقوه جدید را در نظر بگیرند. نگرانی در مورد نوسانات قیمت و امنیت عرضه در یک سیستم انرژی برقی و غنی از انرژی های تجدید پذیر ناپدید نمی شود.
به همین دلیل است که آژانس بین المللی انرژی به موضوع مواد معدنی حیاتی و نقش آنها در انتقال انرژی توجه زیادی دارد. این گزارش منعکس کننده عزم آژانس بین المللی انرژی برای جلوتر ماندن از همه جنبه های امنیت انرژی در دنیای انرژی است که به سرعت در حال توسعه است.
ارزیابی ما از پایین به بالا از سیاستهای انرژی موجود یا اعلامشده نشان میدهد که جهان در حال حاضر در مسیر دو برابر شدن نیازهای کلی مواد معدنی برای فناوریهای انرژی پاک تا سال 2040 قرار دارد (در سناریوی سیاستهای بیانشده آژانس بینالمللی انرژی، STEPS).
با این حال ، یک تلاش هماهنگ برای رسیدن به اهداف توافق نامه پاریس (تثبیت آب و هوا در "بسیار زیر 2 درجه سانتیگراد افزایش دمای جهانی" ، مانند SDS) به معنای چهار برابر شدن الزامات معدنی برای فن آوری های انرژی پاک تا سال 2040 است. انتقال ، برای ضربه زدن به خالص صفر در سطح جهانی تا سال 2050 ، به شش برابر بیشتر مواد معدنی در سال 2040 نسبت به امروز نیاز دارد.
استقرار سریع فن آوری های انرژی پاک به عنوان بخشی از انتقال انرژی حاکی از افزایش قابل توجه تقاضا برای مواد معدنی است
تقاضای کل معدنی برای فن آوری های انرژی پاک توسط سناریو ، 2020 در مقایسه با 2040
این افزایش ها از کدام بخش ها ناشی می شود؟در سناریوهای مبتنی بر آب و هوا ، تقاضای مواد معدنی برای استفاده در EVS و ذخیره باتری یک نیروی اصلی است که حداقل سی برابر تا 2040 رشد می کند. لیتیوم سریعترین رشد را مشاهده می کند ، با تقاضا بیش از 40 بار در SDS تا سال 2040 ، و به دنبال آن گرافیت، کبالت و نیکل (حدود 20-25 بار). گسترش شبکه های برق به این معنی است که تقاضای مس برای خطوط شبکه بیش از دو برابر در مدت مشابه است.
افزایش تولید برق کم کربن برای رسیدن به اهداف آب و هوایی همچنین به معنای سه برابر تقاضای معدنی از این بخش تا سال 2040 است. باد منجر به این امر می شود که توسط باد شدید مواد زائد تقویت می شود. PV خورشیدی به دلیل حجم زیاد ظرفیت اضافه شده ، از نزدیک پیروی می کند. نیروگاه هیدروپ ، زیست توده و هسته ای فقط با توجه به نیازهای معدنی نسبتاً کم آنها ، تنها سهم جزئی دارند. در بخش های دیگر ، رشد سریع هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی زیربنای رشد عمده تقاضا برای نیکل و زیرکونیوم برای الکترولیزرها و فلزات گروه پلاتین برای سلولهای سوختی است.
رشد تقاضا برای مواد معدنی منتخب از فن آوری های انرژی پاک توسط سناریو ، 2040 نسبت به سال 2020
مسیرهای تقاضا در معرض فناوری بزرگ و عدم قطعیت های سیاست قرار دارند. ما 11 مورد جایگزین را برای درک تأثیرات مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم. به عنوان مثال ، تقاضای کبالت بسته به فرضیه در مورد تکامل شیمی باتری و سیاست های آب و هوا می تواند از 6 تا 30 برابر بیشتر از سطح امروز باشد. به همین ترتیب ، عناصر نادر زمین ممکن است بسته به انتخاب توربین های بادی و قدرت حمایت از سیاست ، سه تا هفت برابر بیشتر از امروز نسبت به امروز داشته باشند. بزرگترین منبع واریانس تقاضا ناشی از عدم اطمینان در مورد سختگیری سیاست های آب و هوا است. سوال بزرگ برای تأمین کنندگان این است که آیا جهان واقعاً به دنبال سناریویی مطابق با توافق نامه پاریس است. سیاست گذاران با روشن کردن جاه طلبی های خود و تبدیل اهداف به اقدامات ، نقش مهمی در محدود کردن این عدم اطمینان دارند. این امر برای کاهش خطرات سرمایه گذاری و اطمینان از جریان کافی سرمایه به پروژه های جدید بسیار مهم خواهد بود.
انتقال انرژی پاک فرصت ها و چالش هایی را برای شرکت هایی که مواد معدنی تولید می کنند ارائه می دهد. در حال حاضر زغال سنگ بزرگترین منبع درآمد برای شرکت های معدن با حاشیه گسترده است. درآمد امروز از تولید زغال سنگ ده برابر بیشتر از مواد معدنی انتقال انرژی است.
با این حال ، سرعت بخشیدن به انتقال انرژی پاک برای تغییر این تصویر تنظیم شده است. در یک سناریوی مبتنی بر آب و هوا ، وارونه سریع ثروت وجود دارد ، زیرا درآمد ترکیبی از مواد معدنی انتقال انرژی قبل از سال 2040 از ذغال سنگ بسیار پیشی می گیرد.
تغییر ثروت: ذغال سنگ در مقابل مواد معدنی انتقال انرژی
درآمد حاصل از تولید زغال سنگ و مواد معدنی منتخب انرژی در سناریوی توسعه پایدار ، 2020-2040
چشم انداز افزایش سریع تقاضا برای مواد معدنی مهم - در بیشتر موارد بالاتر از هر چیزی که قبلاً دیده می شد - سؤالات عظیمی درباره در دسترس بودن و قابلیت اطمینان عرضه ایجاد می کند. در گذشته ، سویه های موجود در تراز عرضه تقاضا برای مواد معدنی مختلف باعث سرمایه گذاری اضافی و همچنین اقدامات برای تقاضای متوسط یا جایگزین شده است ، اما این پاسخ ها با تاخیر زمانی همراه بوده و با نوسانات قیمت قابل توجهی همراه بوده اند. اپیزودهای مشابه در آینده می تواند انتقال انرژی پاک را به تأخیر بیندازد و هزینه آنها را افزایش دهد. با توجه به فوریت کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ، این احتمال وجود دارد که جهان بتواند از پس آن برآید.
مواد اولیه یک عنصر مهم در ساختار هزینه بسیاری از تکنولوژی های مورد نیاز در انتقال انرژی است. در مورد باتری های لیتیوم یون ، یادگیری فناوری و اقتصاد مقیاس طی یک دهه گذشته 90 درصد هزینه های کلی را کاهش داده است. با این حال ، این همچنین بدان معنی است که هزینه های مواد اولیه اکنون بزرگتر است و حدود 50-70 ٪ از کل هزینه های باتری را به خود اختصاص می دهد ، از 40-50 ٪ پنج سال پیش. بنابراین قیمت های بالاتر معدنی می تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد: دو برابر شدن قیمت لیتیوم یا نیکل باعث افزایش 6 درصدی هزینه باتری می شود. اگر هر دو قیمت لیتیوم و نیکل همزمان دو برابر شوند ، این امر باعث کاهش هزینه های پیش بینی شده واحد مرتبط با دو برابر شدن ظرفیت تولید باتری می شود. در مورد شبکه های برق ، مس و آلومینیوم در حال حاضر حدود 20 ٪ از کل هزینه های سرمایه گذاری شبکه را نشان می دهد. قیمت های بالاتر در نتیجه عرضه تنگ می تواند تأثیر عمده ای در سطح سرمایه گذاری شبکه داشته باشد.
تجزیه و تحلیل ما از چشم انداز نزدیک مدت برای عرضه ، تصویری مختلط را ارائه می دهد. پیش بینی می شود برخی از مواد معدنی مانند مواد اولیه لیتیوم و کبالت در مدت نزدیک مازاد باشد ، در حالی که لیتیوم شیمیایی ، نیکل درجه باتری و عناصر کمیاب زمین (به عنوان مثال نئودیمیوم ، دیسپروسیوم) ممکن است در سالهای آینده با عرضه محکم روبرو شوند. با این حال ، با نگاهی بیشتر در سناریویی مطابق با اهداف آب و هوایی ، پیش بینی می شود عرضه از معادن و پروژه های موجود در ساخت ، فقط نیمی از لیتیوم و کبالت پیش بینی شده و 80 ٪ نیازهای مس را تا سال 2030 برآورده کند.
برنامه های عرضه و سرمایه گذاری امروز به دنیای اقدامات تدریجی و ناکافی تر در مورد تغییرات آب و هوا (مسیر مراحل) انجام می شود. آنها آماده پشتیبانی از انتقال انرژی شتاب نیستند. در حالی که تعداد زیادی از پروژه ها در مراحل مختلف توسعه وجود دارد ، آسیب پذیری های زیادی وجود دارد که ممکن است احتمال سفتی بازار و نوسانات قیمت بیشتر را افزایش دهد:
- غلظت جغرافیایی بالا تولید: تولید بسیاری از مواد معدنی انتقال انرژی نسبت به روغن یا گاز طبیعی بیشتر متمرکز است. برای لیتیوم ، کبالت و عناصر نادر زمین ، سه کشور برتر تولید کننده جهان بیش از سه چهارم از تولید جهانی را کنترل می کنند. در برخی موارد ، یک کشور واحد مسئولیت حدود نیمی از تولید در سراسر جهان را بر عهده دارد. جمهوری دموکراتیک کنگو (DRC) و جمهوری خلق چین (چین) مسئولیت حدود 70 ٪ و 60 ٪ از تولید جهانی کبالت و عناصر نادر زمین را در سال 2019 به عهده داشتند. سطح غلظت حتی برای عملیات پردازش بیشتر است ،جایی که چین حضور پررنگی در سراسر هیئت مدیره دارد. سهم پالایش چین برای نیکل حدود 35 ٪ ، 50-70 ٪ برای لیتیوم و کبالت و نزدیک به 90 ٪ برای عناصر نادر زمین است. شرکت های چینی همچنین سرمایه گذاری قابل توجهی در دارایی های خارج از کشور در استرالیا ، شیلی ، DRC و اندونزی انجام داده اند. سطح بالای غلظت ، که توسط زنجیره های تأمین پیچیده پیچیده شده است ، خطراتی را که می تواند ناشی از اختلال جسمی ، محدودیت های تجاری یا سایر تحولات در کشورهای عمده تولید کننده باشد ، افزایش می دهد.
- زمان طولانی توسعه پروژه: تجزیه و تحلیل ما نشان می دهد که به طور متوسط 16. 5 سال طول کشیده است تا پروژه های معدن را از Discovery به تولید اول منتقل کنیم. این زمان های طولانی سرب سؤالاتی را در مورد توانایی عرضه برای افزایش سطح تولید ایجاد می کند اگر تقاضا به سرعت انتخاب شود. اگر شرکت ها قبل از تعهد به پروژه های جدید منتظر ظهور کسری باشند ، این می تواند به مدت طولانی از سفتی بازار و نوسانات قیمت منجر شود.
- کاهش کیفیت منابع: نگرانی در مورد منابع مربوط به کیفیت و نه کمیت است. در سالهای اخیر کیفیت سنگ معدن همچنان در طیف وسیعی از کالاها قرار گرفته است. به عنوان مثال ، میانگین درجه سنگ مس در شیلی در طی 15 سال گذشته 30 ٪ کاهش یافته است. استخراج محتوای فلزی از سنگ معدن با درجه پایین به انرژی بیشتری نیاز دارد و فشار رو به بالا بر هزینه های تولید ، انتشار گازهای گلخانه ای و حجم زباله ها اعمال می شود.
- افزایش نظارت بر عملکرد زیست محیطی و اجتماعی: تولید و پردازش منابع معدنی انواع مختلفی از مسائل زیست محیطی و اجتماعی را ایجاد می کند که در صورت مدیریت ضعیف ، می توانند به جوامع محلی آسیب برساند و عرضه را مختل کنند. مصرف کنندگان و سرمایه گذاران به طور فزاینده ای از شرکت ها خواستار تهیه مواد معدنی هستند که به طور پایدار و با مسئولیت پذیری تولید می شوند. بدون تلاش برای بهبود عملکرد محیطی و اجتماعی ، ممکن است مصرف کنندگان چالش برانگیز باشد که مواد معدنی ضعیف را از بین ببرند ، زیرا ممکن است مقادیر کافی از مواد معدنی با عملکرد بالا برای برآورده کردن تقاضا وجود نداشته باشد.
- قرار گرفتن در معرض بیشتر در معرض خطرات آب و هوا: دارایی های معدن در معرض خطر رشد آب و هوا قرار دارند. مس و لیتیوم با توجه به نیازهای بالای آب آنها به ویژه در برابر استرس آب آسیب پذیر هستند. بیش از 50 ٪ از تولید لیتیوم و مس امروز در مناطقی با میزان استرس آب زیاد متمرکز شده است. چندین منطقه اصلی تولید مانند استرالیا ، چین و آفریقا نیز در معرض گرمای شدید یا سیل قرار دارند که این امر چالش های بیشتری را در تضمین منابع قابل اعتماد و پایدار ایجاد می کند.
این خطرات در مورد قابلیت اطمینان ، مقرون به صرفه بودن و پایداری عرضه مواد معدنی قابل کنترل است ، اما واقعی هستند. نحوه پاسخگویی به سیاست گذاران و شرکت ها تعیین می کند که آیا مواد معدنی مهم یک عامل حیاتی برای انتقال انرژی پاک یا تنگنا در این فرآیند هستند.
برنامه های عرضه مواد معدنی و سرمایه گذاری امروزی از آنچه برای تبدیل بخش انرژی لازم است ، کاهش می یابد و خطر انتقال انرژی تأخیر یا گران تر را افزایش می دهد
سهم کشورهای برتر تولید کننده در کل پردازش مواد معدنی منتخب و سوخت های فسیلی ، 2019
سهم کشورهای برتر تولید کننده در استخراج مواد معدنی منتخب و سوخت های فسیلی ، 2019
با افزایش سرعت انرژی ، امنیت تأمین مواد معدنی در بحث امنیت انرژی برجسته می شود ، قلمرو که در آن نفت به طور سنتی نقش اصلی را به خود اختصاص داده است.
بین امنیت نفت و امنیت مواد معدنی تفاوت معنی داری وجود دارد ، به ویژه در تأثیراتی که ممکن است هرگونه اختلال داشته باشد. در صورت بروز بحران تأمین نفت ، کلیه مصرف کنندگان رانندگی اتومبیل های بنزینی یا کامیون های دیزلی تحت تأثیر قیمت های بالاتر قرار می گیرند. در مقابل ، کمبود یا سنبله در قیمت یک ماده معدنی فقط بر تأمین EV های جدید یا گیاهان خورشیدی تأثیر می گذارد. مصرف کنندگان رانندگی EV های موجود یا استفاده از برق خورشیدی تحت تأثیر قرار نمی گیرند. علاوه بر این ، احتراق روغن به این معنی است که عرضه جدید برای عملکرد مداوم دارایی های مصرف نفت ضروری است. با این حال ، مواد معدنی جزء زیرساخت ها هستند و پتانسیل بازیابی و بازیافت دارند.
با این وجود ، تجربه از بازارهای نفتی ممکن است برخی از درسهای ارزشمند را برای رویکرد امنیت معدنی ارائه دهد ، به ویژه تأکید کند که اقدامات سمت عرضه باید با تلاشهای گسترده شامل تقاضا ، فناوری ، مقاومت زنجیره تأمین و پایداری همراه باشد.
انتقال سریع و منظم انرژی نیاز به رشد قوی در سرمایه گذاری در عرضه مواد معدنی دارد تا با سرعت سریع رشد تقاضا ادامه یابد. سیاست گذاران می توانند اقدامات مختلفی را برای تشویق پروژه های تأمین جدید انجام دهند: مهمترین آنها ارائه سیگنال های واضح و قوی در مورد انتقال انرژی است. اگر شرکت ها به سیاست های آب و هوایی کشورها اطمینان نداشته باشند ، احتمالاً بر اساس انتظارات بسیار محافظه کارانه تصمیمات سرمایه گذاری می گیرند. با توجه به زمان طولانی سرب برای توسعه پروژه جدید ، این امر می تواند با استقرار فن آوری های انرژی پاک به سرعت رشد کند. تنوع عرضه نیز بسیار مهم است. دولت های متعلق به منابع می توانند با تقویت نظرسنجی های زمین شناسی ملی ، رهایی از رویه های کوتاه مدت زمان سرب ، ارائه پشتیبانی تأمین مالی از پروژه های در معرض خطر و افزایش آگاهی عمومی از سهم هایی که چنین پروژه هایی در تغییر بخش انرژی انجام می دهند ، از توسعه پروژه جدید پشتیبانی کنند. واد
کاهش شدت مواد و تشویق جایگزینی مواد از طریق نوآوری در فناوری همچنین می تواند نقش مهمی در کاهش سویه ها در عرضه داشته باشد ، در عین حال هزینه ها را نیز کاهش می دهد. به عنوان مثال ، کاهش 40-50 ٪ در استفاده از نقره و سیلیکون در سلولهای خورشیدی طی یک دهه گذشته باعث افزایش دیدنی در استقرار PV خورشیدی شده است. نوآوری در فن آوری های تولید همچنین می تواند منابع جدید قابل توجهی را باز کند. فن آوری های نوظهور ، مانند استخراج مستقیم لیتیوم یا بهبود فلزات افزایش یافته از جریان زباله یا سنگ معدن با درجه پایین ، پتانسیل تغییر مرحله در حجم عرضه آینده را ارائه می دهند.
منابع تأمین جدید و متنوع تر برای هموار کردن راه به آینده انرژی پاک بسیار مهم خواهند بود
بازیافت فشار بر منبع اولیه را تسکین می دهد. برای فلزات فله ، شیوه های بازیافت به خوبی تثبیت شده است ، اما هنوز این مورد برای بسیاری از فلزات انتقال انرژی مانند لیتیوم و عناصر نادر زمین وجود ندارد. جریان های زباله در حال ظهور از فن آوری های انرژی پاک (به عنوان مثال باتری ها ، توربین های بادی) می توانند این تصویر را تغییر دهند. انتظار می رود مقدار باتری های EV صرف شده برای رسیدن به پایان زندگی اول خود پس از سال 2030 افزایش یابد ، در لحظه ادامه رشد سریع تقاضای معدنی. بازیافت نیاز به ادامه سرمایه گذاری در عرضه جدید برای رسیدن به اهداف آب و هوایی را از بین نمی برد ، اما ما تخمین می زنیم که ، تا سال 2040 ، مقادیر بازیافت شده مس ، لیتیوم ، نیکل و کبالت از باتری های خرج شده می تواند نیازهای اصلی عرضه این مواد معدنی را حدود 10 کاهش دهد٪. مزایای امنیتی بازیافت می تواند برای مناطقی که استقرار گسترده تری از فناوری های انرژی پاک به دلیل اقتصاد بیشتر مقیاس دارند ، به مراتب بیشتر باشد.