碳中和背景下清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束研究回顧與展望

宋慧玲，王 昶，左綠水

（1.中南大學(xué)商學(xué)院，湖南長沙 410083；2.中南大學(xué)金屬資源戰(zhàn)略研究院，湖南長沙 410083；3.中南大學(xué)公共管理學(xué)院，湖南長沙 410083）

伴生金屬是指在地殼中以相對較低的濃度形式存在、沒有獨(dú)立礦床、一般作為副產(chǎn)品、富集生產(chǎn)于載體金屬（如銅、鋁、鋅等）開采冶煉環(huán)節(jié)的金屬［1］。伴生金屬具有的獨(dú)特物理或化學(xué)性能，使得清潔能源技術(shù)越來越依賴于關(guān)鍵伴生金屬來執(zhí)行專門的功能［2］。隨著中國、歐盟、日本等國家和地區(qū)紛紛公布“碳中和”目標(biāo)或規(guī)劃，全球能源轉(zhuǎn)型工作進(jìn)入新階段［3］。然而，清潔能源系統(tǒng)比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)更具金屬密集性，在種類和數(shù)量方面都需要消耗更多的伴生金屬［4］。這意味著碳中和目標(biāo)的實(shí)施將推動(dòng)清潔能源技術(shù)加快部署，進(jìn)而帶動(dòng)關(guān)鍵伴生金屬需求快速增長，也將對伴生金屬可供性提出前所未有的挑戰(zhàn)和要求。但伴生金屬供給嚴(yán)重受制于載體金屬的生產(chǎn)［5］，伴生金屬與載體金屬之間這種復(fù)雜的聯(lián)合生產(chǎn)關(guān)系，使得伴生金屬供給系統(tǒng)具有較高的復(fù)雜性和不確定性。而且，載體金屬需求進(jìn)入平臺期、金屬循環(huán)利用水平提高以及金屬去產(chǎn)能政策等多種復(fù)雜因素，意味著未來載體金屬原生供給增速將逐漸放緩［6-8］，進(jìn)而導(dǎo)致關(guān)鍵伴生金屬供給難以實(shí)現(xiàn)放量增長。

因此，在清潔能源技術(shù)對伴生金屬需求強(qiáng)勁而伴生金屬供給卻面臨受限的雙重壓力下，關(guān)鍵伴生金屬可供性約束問題引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。相較于獨(dú)立金屬可以單獨(dú)成礦開采，伴生金屬供給系統(tǒng)需要將載體金屬供需系統(tǒng)考慮在內(nèi)，這使得伴生金屬可供性問題的研究變得更為復(fù)雜。伴生金屬需求部門多集中在特定技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的大宗金屬需求分析方法對伴生金屬需求預(yù)測問題的適用性也還有待考慮。盡管部分學(xué)者針對金屬可供性約束問題提出了一些干預(yù)路徑，但其多零散分布在各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，不利于政策制定者或相關(guān)決策者全面認(rèn)識伴生金屬可供性約束形勢，也難以為其提供系統(tǒng)性的決策建議。

基于此，該研究將對清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束（以下簡稱“伴生金屬可供性約束”）相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理。作者基于Web of Science以及中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，通過檢索清潔能源技術(shù)、伴生金屬、可供性、供給約束、需求預(yù)測等關(guān)鍵詞，搜集整理該領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。首先，從理論層面揭示伴生金屬可供性約束形成機(jī)理；其次，對伴生金屬可供性約束研究方法進(jìn)行總結(jié)比較、構(gòu)建方法清單，以期為后續(xù)研究提供方法指引；然后，從全產(chǎn)業(yè)鏈視角梳理伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑，以及不同路徑面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以期為國家制定金屬資源安全保障戰(zhàn)略，提前做好伴生金屬戰(zhàn)略布局，為促進(jìn)“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。最后，基于現(xiàn)有研究進(jìn)一步提出未來研究展望。

1 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束理論分析

1.1 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬對象界定

伴生金屬通常作為載體金屬生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品被回收，但不同伴生金屬的伴生程度差異較大，而且一種伴生金屬可以有一種或多種載體金屬［2］，如圖1所示。參考邵留國等［5］的研究，該研究將伴生程度高于50%的金屬界定為伴生金屬。清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬是指主要應(yīng)用領(lǐng)域與清潔能源技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)，或者盡管少數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域與清潔能源相關(guān)，但卻對清潔能源技術(shù)發(fā)展具有關(guān)鍵性作用的伴生金屬［1，9-10］?，F(xiàn)有研究關(guān)注較多的清潔能源技術(shù)包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車及燃料電池等技術(shù)［11］。因而，該研究選擇將這些備受關(guān)注的清潔能源技術(shù)所需的關(guān)鍵伴生金屬作為研究對象，包括鎵、銦、鍺、鎘、硒、碲、鈷、鉍、稀土和鉑族金屬等金屬。

圖1 載體金屬-伴生金屬映射圖譜

清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬具有供給依賴性高、地理分布不均衡以及“賦能”屬性等特點(diǎn)。伴生性特征決定了伴生金屬供給嚴(yán)重依賴于載體金屬供給，這使得伴生金屬供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)分析具有較強(qiáng)的模糊性和不確定性［12］。而且，關(guān)鍵伴生金屬資源地理分布極度不均衡，例如，中國鎵、銦、鍺等金屬資源的產(chǎn)量占全球的比率分別高達(dá)85%、56%、57%［11］。同時(shí)，關(guān)鍵伴生金屬對清潔能源技術(shù)發(fā)展具有重要的“賦能”作用［2，11］，如鎵、鍺、銦等金屬的應(yīng)用有助于提升新能源汽車的續(xù)航能力和安全性能［13］。因而，全球清潔能源轉(zhuǎn)型將會加劇世界各國對關(guān)鍵伴生金屬的爭奪和競爭。

1.2 關(guān)鍵伴生金屬可供性約束影響因素

關(guān)鍵伴生金屬可供性約束影響因素可以分為供給因素和需求因素，如圖2所示。在供給側(cè)方面，類似于獨(dú)立金屬，地質(zhì)儲量、金屬價(jià)格和技術(shù)進(jìn)步等因素會影響伴生金屬供給。然而，與獨(dú)立金屬供給主要受地質(zhì)儲量因素的影響不同，伴生金屬產(chǎn)量更多受制于載體金屬供給，載體金屬產(chǎn)量不僅決定了伴生金屬的供給產(chǎn)量上限，還會引起伴生金屬供給的結(jié)構(gòu)性突變［5］。這種聯(lián)合生產(chǎn)機(jī)制是導(dǎo)致關(guān)鍵伴生金屬供給受限的主要原因［2］，也使得其他因素對關(guān)鍵伴生金屬供給的影響更為復(fù)雜。例如，金屬循環(huán)利用可以增加伴生金屬二次供給，但載體金屬循環(huán)利用會降低對原生礦產(chǎn)的依賴，進(jìn)而影響伴生金屬一次供給［14］。而且，關(guān)鍵伴生金屬供應(yīng)集中度高的特點(diǎn)使得其供給極易受地緣政治、市場勢力、開采風(fēng)險(xiǎn)等突發(fā)因素的影響［2，15］。王昶等［16］、Song等［17］的研究表明，中國作為全球鎵資源供應(yīng)大國，實(shí)施氧化鋁去產(chǎn)能政策將會增加全球鎵資源供給短缺風(fēng)險(xiǎn)。由于全球鈷資源主要集中在剛果等國家或地區(qū)，近年中國鈷資源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)不斷上升［18］。周娜等［19］研究認(rèn)為，增加國內(nèi)外市場融合度有利于提高中國鈷資源安全水平。

圖2 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束主要影響因素

在需求側(cè)方面，伴生金屬需求與整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切聯(lián)系，而且金屬資源消費(fèi)會隨著其所支撐產(chǎn)業(yè)的演進(jìn)而呈現(xiàn)出“雁行式”的消費(fèi)峰值演進(jìn)序列［20-21］。楊建鋒等［22］研究了工業(yè)革命驅(qū)動(dòng)下能源與金屬資源需求演變特征，指出工業(yè)革命可以通過引起產(chǎn)業(yè)變革進(jìn)而影響金屬資源需求。在碳中和目標(biāo)推進(jìn)下，未來清潔能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模將快速擴(kuò)張，進(jìn)而對伴生金屬需求形成沖擊。根據(jù)董雪松等［23］、He等［24］的研究，清潔能源技術(shù)進(jìn)步可以通過經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)以及替代循環(huán)效應(yīng)影響伴生金屬需求，一方面清潔能源技術(shù)進(jìn)步可能會加快清潔能源技術(shù)商業(yè)化的步伐，從而增加金屬需求；另一方面清潔能源技術(shù)快速發(fā)展也會促進(jìn)金屬替代以降低金屬使用強(qiáng)度，進(jìn)而減少金屬資源需求。

1.3 關(guān)鍵伴生金屬可供性約束形成機(jī)理

伴生金屬可供性約束問題是一個(gè)在多系統(tǒng)、多因素交互作用下的結(jié)果。由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）和經(jīng)合組織（OECD）開發(fā)的PSR（Pressure-State-Response）模型，利用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”邏輯框架系統(tǒng)分析不同因素之間的互動(dòng)關(guān)系及作用機(jī)制，該模型已被廣泛應(yīng)用于金屬資源安全機(jī)理分析、金屬產(chǎn)業(yè)政策演進(jìn)以及金屬供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等問題的研究［21，25］。為此，作者基于PSR模型揭示了伴生金屬可供性約束形成機(jī)理，其中“載體金屬-伴生金屬”聯(lián)合生產(chǎn)機(jī)制與清潔能源產(chǎn)業(yè)需求影響機(jī)制是可供性約束形成的核心系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 基于PSR模型的清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束理論機(jī)制

一方面，伴生金屬供給主要受載體金屬供給的影響，而載體金屬供給又會受其需求的影響，這種聯(lián)合生產(chǎn)機(jī)制使得伴生金屬供給具有較強(qiáng)的不確定性和復(fù)雜性。2008年金融危機(jī)以來，全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級，金屬資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也隨之調(diào)整，主要工業(yè)化國家的銅、鋁、鋅等大宗金屬需求逐漸進(jìn)入平臺期［6-7，26］，在需求增長乏力的情況下，載體金屬供給也將隨之減速。而且，在碳中和目標(biāo)壓力下，載體金屬的“耗能”屬性決定了其開采生產(chǎn)過程中面臨較大的減排任務(wù)［11，27］，淘汰落后產(chǎn)能、促進(jìn)回收利用成為必然選擇。中國作為載體金屬生產(chǎn)大國，正面臨去產(chǎn)能的壓力。未來載體金屬循環(huán)利用的蓬勃發(fā)展則可降低對原生礦供給的依賴［28］。在以上因素的綜合作用下，載體金屬原生供給將會疲軟轉(zhuǎn)而進(jìn)入“衰退期”，導(dǎo)致關(guān)鍵伴生金屬供給受限，進(jìn)而引發(fā)供應(yīng)短缺的風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，關(guān)鍵伴生金屬作為支撐清潔能源技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，未來清潔能源技術(shù)的快速發(fā)展將對關(guān)鍵伴生金屬需求形成巨大沖擊。為推動(dòng)低碳能源轉(zhuǎn)型以及“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建低碳、高效的清潔能源系統(tǒng)成為世界各國的重要發(fā)展戰(zhàn)略［11］，清潔能源產(chǎn)業(yè)將迎來“發(fā)展繁榮期”。2020年12月，習(xí)近平主席在氣候雄心峰會上宣布“到2030年，中國非化石能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億KW以上”。清潔能源技術(shù)裝備的加快部署，意味著關(guān)鍵伴生金屬的需求也會快速增加，導(dǎo)致金屬供需失衡問題加劇。綜合來看，清潔能源技術(shù)對伴生金屬需求強(qiáng)勁，而伴生金屬供給卻面臨受限的雙重困境，導(dǎo)致關(guān)鍵伴生金屬可供性約束問題變得緊迫。為此，可以采取資源增量、資源節(jié)約、資源替代、資源回收等相應(yīng)措施緩解關(guān)鍵伴生金屬對清潔能源技術(shù)發(fā)展的約束問題。

2 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束研究方法

2.1 關(guān)鍵伴生金屬供給評估方法

現(xiàn)有文獻(xiàn)對伴生金屬供給的研究主要集中在資源儲量核算、可供產(chǎn)量評估以及產(chǎn)量優(yōu)化決策等方面，相關(guān)研究方法見表1。

表1 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬供給評估方法匯總

在伴生金屬資源儲量評估方面，現(xiàn)有研究主要采用伴生金屬/載體金屬資源量固定比率模型和單個(gè)礦體核算法，數(shù)據(jù)缺失和透明度低等問題導(dǎo)致伴生金屬資源儲量研究具有較高的不確定性。關(guān)鍵伴生金屬通常賦存于載體金屬礦產(chǎn)中，部分研究假定伴生金屬資源量與載體金屬資源量存在固定比率關(guān)系，運(yùn)用固定比率模型簡單推算關(guān)鍵伴生金屬資源儲量，但該方法無法將不同礦體類型及伴生金屬品位差異考慮在內(nèi)，評估結(jié)果精度不高［29］。Mudd等［30］進(jìn)一步提出單個(gè)礦體核算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對伴生金屬資源儲量的綜合全面評估。該方法需要建立在豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，但大多數(shù)礦體資源量報(bào)告中并未公開伴生金屬數(shù)據(jù)，使得獲取每個(gè)礦體伴生金屬品位的數(shù)據(jù)變得非常困難。為此，Werner等［31-32］提出用數(shù)據(jù)代理方法解決伴生金屬品位數(shù)據(jù)缺失問題。

在伴生金屬可供產(chǎn)量評估方面，不同于載體金屬可供產(chǎn)量主要受制于地質(zhì)可供性或資源儲量的影響，關(guān)鍵伴生金屬可供產(chǎn)量更多受制于載體金屬供給變化的影響。因而，傳統(tǒng)的主要工業(yè)金屬供給產(chǎn)量預(yù)測模型，如哈伯特曲線模型，已不再適用于伴生金屬可供產(chǎn)量分析［39］。Frenzel等［34-35］將伴生金屬品位及可回收臨界品位等因素考慮在內(nèi)，從地質(zhì)經(jīng)濟(jì)學(xué)視角提出了伴生金屬可供性曲線模型，為動(dòng)態(tài)刻畫關(guān)鍵伴生金屬可供產(chǎn)量變化趨勢提供了模型框架。同時(shí)，考慮到主伴生金屬的聯(lián)合生產(chǎn)關(guān)系，在構(gòu)建伴生金屬可供性評估模型時(shí)需要將載體金屬產(chǎn)量變動(dòng)情況嵌入在內(nèi)［14］。例如，Song等［17］在運(yùn)用存量驅(qū)動(dòng)模型預(yù)測載體金屬鋁產(chǎn)量變化趨勢的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建集成性的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析了伴生金屬鎵的供給潛力趨勢。

在伴生金屬產(chǎn)量或產(chǎn)能研究方面，現(xiàn)有學(xué)者運(yùn)用博弈均衡、線性規(guī)劃等方法從微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等視角探究了伴生金屬產(chǎn)能或產(chǎn)量優(yōu)化決策問題。經(jīng)濟(jì)博弈論模型可用于分析不同市場條件下載體金屬與伴生金屬生產(chǎn)企業(yè)之間的博弈過程及利益均衡情況，該方法適用于從微觀企業(yè)層面研究載體金屬及伴生金屬生產(chǎn)企業(yè)的均衡產(chǎn)量問題。例如，Choi等［36］以銦為例，采用古諾模型探究了壟斷市場條件下載體金屬和伴生金屬的均衡產(chǎn)量與最優(yōu)產(chǎn)量。線性規(guī)劃模型可用于分析在特定目標(biāo)和約束條件下，關(guān)鍵伴生金屬產(chǎn)量或產(chǎn)能的優(yōu)化決策問題。如Tisserant等［37］以開采風(fēng)險(xiǎn)最小化為約束目標(biāo)，運(yùn)用線性規(guī)劃方法分析了全球鈷資源生產(chǎn)規(guī)劃策略。

2.2 關(guān)鍵伴生金屬需求預(yù)測方法

借鑒Watari等［40］的研究，作者將伴生金屬需求預(yù)測方法主要分為流量驅(qū)動(dòng)和存量驅(qū)動(dòng)兩類方法，見表2。流量驅(qū)動(dòng)方法是指直接根據(jù)金屬消費(fèi)量與GDP、人口、城市化率等宏觀經(jīng)濟(jì)變量的關(guān)系對金屬需求進(jìn)行預(yù)測，具體模型包括回歸分析模型、固定增長率模型、使用強(qiáng)度模型、線性消費(fèi)模型以及一般均衡模型等。該類方法適用于預(yù)測伴生金屬在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)或成熟技術(shù)領(lǐng)域的需求量。例如，Habib等［41］假定未來鏑在陶瓷、玻璃、催化轉(zhuǎn)化器等傳統(tǒng)領(lǐng)域中的需求增長率與全球經(jīng)濟(jì)增長率保持一致。

表2 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬需求預(yù)測方法匯總

存量驅(qū)動(dòng)方法對金屬需求的預(yù)測建立在假定物質(zhì)存量水平的基礎(chǔ)之上，主要包括金屬存量飽和模型和特定技術(shù)存量模型。金屬存量飽和模型先預(yù)測未來人均金屬存量的變化情況，然后測算達(dá)到特定金屬存量水平所需要的金屬流量。特定技術(shù)存量模型是指根據(jù)特定技術(shù)發(fā)展存量水平的變化情況預(yù)測金屬需求，該方法適用于預(yù)測特定產(chǎn)業(yè)尤其是快速發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域的伴生金屬需求變化情況。隨著清潔能源技術(shù)的蓬勃發(fā)展，特定技術(shù)存量模型被廣泛應(yīng)用到伴生金屬需求預(yù)測研究中。Valero等［44］、Elshkaki等［45］、Deetman等［46］運(yùn)用該方法研究了銦、鎵、鏑、鈷等金屬在太陽能、風(fēng)能、電動(dòng)汽車等清潔能源領(lǐng)域的需求量。

未來清潔能源技術(shù)發(fā)展路線和普及速度有多種可能，導(dǎo)致關(guān)鍵伴生金屬需求預(yù)測具有較高的不確定性。為此，現(xiàn)有學(xué)者在采用上述金屬需求預(yù)測模型的同時(shí)，結(jié)合情景分析法模擬不同清潔能源技術(shù)發(fā)展情景下的伴生金屬需求趨勢?？紤]較多的技術(shù)情景因素主要包括清潔能源技術(shù)市場規(guī)模和市場份額：

在市場規(guī)模方面，現(xiàn)有研究主要將未來清潔能源技術(shù)發(fā)展規(guī)模與特定能源政策目標(biāo)掛鉤［47-50］，如圖4所示。可以看出，未來清潔能源技術(shù)目標(biāo)發(fā)展規(guī)模存在較大的浮動(dòng)空間，其中，碳中和政策目標(biāo)情景相比于其他目標(biāo)情景對清潔能源技術(shù)快速擴(kuò)張的需求更為迫切。國際能源署指出，實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)需要加快部署所有可用的清潔高效能源技術(shù)［50］。而且，中國承諾的實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國家，中國能源結(jié)構(gòu)需要以前所未有的力度向低碳化深度調(diào)整。這意味著碳中和政策目標(biāo)的實(shí)施將直接影響清潔能源技術(shù)路線及發(fā)展速度，進(jìn)而影響關(guān)鍵伴生金屬需求，而如何保障伴生金屬供給直接關(guān)乎“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)［11］。

在市場份額方面，作者匯總了不同研究對2050年全球清潔能源技術(shù)市場份額的預(yù)期目標(biāo)，如圖4所示。可以明顯看出，現(xiàn)有研究在預(yù)測清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬需求時(shí)，對技術(shù)市場份額參數(shù)設(shè)定存在較大的變動(dòng)范圍。而且，受經(jīng)濟(jì)、政策和技術(shù)等因素影響，不同國家或地區(qū)的清潔能源技術(shù)發(fā)展水平會存在差異性［45，55-56］。因此，政策制定者或相關(guān)決策者在把握清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬需求趨勢時(shí)，不宜照搬現(xiàn)有研究結(jié)果或直接對不同研究結(jié)果做簡單比較，而需將前提情景條件充分考慮在內(nèi)，結(jié)合具體能源政策目標(biāo)、技術(shù)發(fā)展水平以及市場條件等因素，對清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬需求趨勢做出綜合性研判。

圖4 未來不同能源政策目標(biāo)情景下清潔能源技術(shù)市場規(guī)模與市場份額情景匯總

2.3 關(guān)鍵伴生金屬可供性約束研究方法清單

早期研究主要通過構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系或?qū)＜乙庖姺ǖ榷ㄐ苑治龇?，評估可能會面臨供給風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵伴生金屬［9-10，57-58］。該方法無法定量研判關(guān)鍵伴生金屬可供性約束程度及動(dòng)態(tài)變化情況。隨后學(xué)者們建立了多種定量方法分析關(guān)鍵伴生金屬的供需缺口，以量化關(guān)鍵伴生金屬可供性約束程度。第一種思路將未來關(guān)鍵伴生金屬需求與現(xiàn)有儲量或產(chǎn)量直接做比較，靜態(tài)判斷關(guān)鍵伴生金屬供給約束程度。第二種思路考慮關(guān)鍵伴生金屬的供需動(dòng)態(tài)性，進(jìn)而動(dòng)態(tài)研判關(guān)鍵伴生金屬可供性約束趨勢。具體研究方法包括投入產(chǎn)出分析法、動(dòng)態(tài)物質(zhì)流分析法等［14］。第三種思路則將供給、需求及價(jià)格之間的系統(tǒng)反饋關(guān)系考慮在內(nèi)，清晰量化伴生金屬供需之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，綜合分析關(guān)鍵伴生金屬可供性約束變化趨勢。具體研究方法包括系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、多主體建模等仿真預(yù)測方法［17，42］。

基于以上研究方法分析，作者從供給系統(tǒng)、需求系統(tǒng)以及可供性約束系統(tǒng)三個(gè)方面構(gòu)建了關(guān)鍵伴生金屬可供性約束研究方法清單，如圖5所示。供給系統(tǒng)顯示為關(guān)鍵伴生金屬可供性評估方法，包括短期生產(chǎn)決策、中期可供產(chǎn)量到長期資源儲量評估模型。需求系統(tǒng)顯示為關(guān)鍵伴生金屬需求預(yù)測方法，包括傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和新興應(yīng)用領(lǐng)域的需求評估方法?？晒┬约s束系統(tǒng)旨在集成運(yùn)用供給和需求模塊的研究方法，提出分析關(guān)鍵伴生金屬可供性約束趨勢的綜合性研究方法。而且，可以基于短期、中期和長期等時(shí)間尺度和全球、區(qū)域或國家等空間尺度，多角度刻畫關(guān)鍵伴生金屬可供性約束的時(shí)空分布規(guī)律。

圖5 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束研究方法清單

3 清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑研究

3.1 基于全產(chǎn)業(yè)鏈的干預(yù)路徑分布特征

隨著關(guān)鍵伴生金屬供需矛盾問題日益突出，學(xué)者們開始關(guān)注干預(yù)路徑問題［59-60］，從金屬開采、加工制造到終端產(chǎn)品回收利用等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)提出了一系列的緩解路徑。具體來說，在金屬冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過提高開采效率、增加金屬冶煉產(chǎn)出率等路徑，增加伴生金屬原生供給；在加工制造環(huán)節(jié)，通過改善制造效率、減少材料加工損失率等路徑降低伴生金屬需求，也可通過提高對零部件加工過程中產(chǎn)生的金屬碎片的回收率來增加伴生金屬的二次供給；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過輕量化設(shè)計(jì)、鼓勵(lì)金屬替代等方式實(shí)現(xiàn)伴生金屬使用減量化；在終端產(chǎn)品使用環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)消費(fèi)者延長產(chǎn)品使用壽命，使用再利用、再制造產(chǎn)品，以減少對新產(chǎn)品的需求。在廢物回收環(huán)節(jié)，通過技術(shù)創(chuàng)新、政府補(bǔ)貼等方式提高伴生金屬在終端產(chǎn)品中的回收率，以增加金屬二次供給。

作者統(tǒng)計(jì)匯總了現(xiàn)有文獻(xiàn)對關(guān)鍵伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑的研究頻率，如圖6所示?？梢钥闯觯瑢W(xué)者們對不同產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)干預(yù)路徑的關(guān)注度存在明顯差異。其中，研究頻率最高的是促進(jìn)終端產(chǎn)品回收策略，說明現(xiàn)有研究對廢物管理環(huán)節(jié)的伴生金屬回收利用問題非常關(guān)注，這也與大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的時(shí)代需求相呼應(yīng)。部分學(xué)者著眼于冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對提高金屬礦產(chǎn)提取效率和冶煉產(chǎn)出率等策略開展了研究。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)輕量化、金屬替代等策略也受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)對伴生金屬加工制造環(huán)節(jié)和終端產(chǎn)品使用環(huán)節(jié)干預(yù)路徑的關(guān)注比較少。整體來看，基于全產(chǎn)業(yè)鏈視角對伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑開展系統(tǒng)性的研究還比較缺乏。

圖6 基于全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑研究匯總

3.2 干預(yù)路徑實(shí)施的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

基于現(xiàn)有研究，文章對不同產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)伴生金屬可供性約束的干預(yù)路徑所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)做了總結(jié)分析。

在冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)，伴生金屬的冶煉提取效率較低，如目前鋅精礦中只有30%～35%的銦能被提取［29］，說明通過提高冶煉生產(chǎn)效率來增加金屬供給還有很大潛力?？紤]到并非所有的載體金屬生產(chǎn)商都具有提取伴生金屬的生產(chǎn)設(shè)備和積極性［71］，未來需要制定伴生金屬生產(chǎn)冶煉產(chǎn)能擴(kuò)張實(shí)施方案。加強(qiáng)載體金屬勘探開采有助于增加伴生金屬供給，但容易導(dǎo)致高毒性伴生金屬的產(chǎn)生［72］，需要將環(huán)境約束問題考慮在內(nèi)。

在加工制造環(huán)節(jié)，伴生金屬生產(chǎn)制造過程中會產(chǎn)生大量的碎片［71］。L?vik等［14］研究表明，提高鎵在晶片制造環(huán)節(jié)中的產(chǎn)出率可以使原生鎵需求降低10%左右。由此可見，改善伴生金屬加工制造效率有助于緩解伴生金屬可供性約束。但金屬價(jià)格、物質(zhì)含量等因素可能會限制伴生金屬在制造環(huán)節(jié)的回收。因而，未來需要考慮如何通過技術(shù)創(chuàng)新或政府補(bǔ)貼等方式促進(jìn)伴生金屬在加工制造環(huán)節(jié)的回收率。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，降低伴生金屬在產(chǎn)品中的使用強(qiáng)度，有利于從源頭上減少清潔能源技術(shù)發(fā)展對伴生金屬的需求。未來應(yīng)該更加重視替代技術(shù)方面的創(chuàng)新突破，調(diào)整金屬使用量及使用結(jié)構(gòu)，以釋放關(guān)鍵金屬資源的供給壓力［73］。然而，Nassar等［2］指出，由于化學(xué)性質(zhì)的相近性，伴生金屬的替代金屬通常也是伴生金屬，可能同樣面臨供給約束問題。

在終端產(chǎn)品使用環(huán)節(jié)，提高伴生金屬產(chǎn)品使用效率，延長產(chǎn)品使用壽命等策略有利于降低對相關(guān)終端產(chǎn)品的需求，進(jìn)而降低伴生金屬需求。Kim等［66］認(rèn)為，提高風(fēng)能系統(tǒng)的資源利用效率可以削減風(fēng)能裝載量新增需求，而且未來伴生金屬需求量也將會明顯減少。對釹鐵硼永磁體進(jìn)行再利用可以降低70%的釹需求，但產(chǎn)品再利用可能將金屬更長時(shí)間鎖定在低效率使用領(lǐng)域［74］。

在廢物回收環(huán)節(jié)，未來從終端產(chǎn)品中回收伴生金屬資源的潛力巨大［75］。如2016年中國廢棄手機(jī)中蘊(yùn)藏的鈷社會存量約占當(dāng)年鈷產(chǎn)量的43.4%［76］。而且，回收利用為降低伴生金屬地緣政治供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)揮重要作用［66］。但終端產(chǎn)品中伴生金屬含量低、回收技術(shù)復(fù)雜等因素是目前伴生金屬回收率極低的主要原因［71］，未來需要提高伴生金屬終端產(chǎn)品回收利用的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性。

4 研究結(jié)論與展望

4.1 主要研究結(jié)論

文章立足于促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型和保障金屬資源安全目標(biāo)，從理論分析、研究方法和干預(yù)路徑等方面對清潔能源技術(shù)關(guān)鍵伴生金屬可供性約束相關(guān)研究進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，主要得到以下結(jié)論。

（1）伴生金屬可供性約束是在供需多系統(tǒng)、多因素交互作用下的結(jié)果，聯(lián)合生產(chǎn)機(jī)制和產(chǎn)業(yè)需求影響機(jī)制是關(guān)鍵伴生金屬可供性約束的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模、能源技術(shù)進(jìn)步、金屬使用強(qiáng)度等因素會影響伴生金屬需求，而地質(zhì)儲量、載體金屬產(chǎn)量、金屬價(jià)格、金屬循環(huán)利用以及地緣政治風(fēng)險(xiǎn)等因素則會影響伴生金屬供給，這些因素相互交織，共同影響著伴生金屬可供性約束狀態(tài)。

（2）伴生金屬可供性評估研究包括短期生產(chǎn)決策、中期可供產(chǎn)量評估到長期資源儲量核算。其中，數(shù)據(jù)缺失或透明度低的問題是伴生金屬資源儲量核算面臨的主要挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)獨(dú)立金屬產(chǎn)量預(yù)測模型并不適用于伴生金屬可供產(chǎn)量分析。對關(guān)鍵伴生金屬需求預(yù)測應(yīng)針對不同應(yīng)用領(lǐng)域采取相適用的模型。未來清潔能源技術(shù)發(fā)展路線存在多種可能，這導(dǎo)致對伴生金屬的需求預(yù)測具有較高的不確定性。

（3）伴生金屬可供性約束趨勢分析由早期定性、靜態(tài)研究向定量、動(dòng)態(tài)化研究轉(zhuǎn)變。學(xué)者們已建立多種模型以量化伴生金屬可供性約束程度。第一種思路將未來伴生金屬需求與現(xiàn)有儲量或產(chǎn)量直接做比較。第二種思路考慮伴生金屬的供需動(dòng)態(tài)性，動(dòng)態(tài)研判可供性約束趨勢。第三種思路則將伴生金屬供給、需求及價(jià)格之間的系統(tǒng)反饋關(guān)系考慮在內(nèi)，綜合考量可供性約束變化趨勢。

（4）伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑分布在金屬冶煉生產(chǎn)、加工制造、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品使用到廢物回收等各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，但學(xué)者們對不同干預(yù)路徑的關(guān)注度存在明顯差異。對廢物回收、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)冶煉環(huán)節(jié)的關(guān)注較多，對產(chǎn)品使用和加工制造環(huán)節(jié)的研究較少，缺乏對關(guān)鍵伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑開展的系統(tǒng)性研究。而且，不同產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)干預(yù)路徑所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)不同。

4.2 未來展望

（1）深化對關(guān)鍵伴生金屬可供性約束影響機(jī)制的研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對關(guān)鍵伴生金屬供給約束和需求趨勢開展了豐富的研究，但缺乏對供需兩側(cè)的內(nèi)在因果關(guān)系和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行綜合考量。文章從理論層面基于PSR模型揭示了伴生金屬可供性約束機(jī)制，未來還需要運(yùn)用定量化方法解構(gòu)不同因素對可供性約束的沖擊影響力度及動(dòng)態(tài)變化情況，進(jìn)而為研究伴生金屬可供性約束未來演變趨勢提供理論指引。

（2）綜合運(yùn)用集成性方法對關(guān)鍵伴生金屬可供性進(jìn)行系統(tǒng)評估。現(xiàn)有研究大多將地質(zhì)儲量、可供產(chǎn)量以及產(chǎn)能決策等問題割裂開來，忽略了伴生金屬可供性的系統(tǒng)性特征。實(shí)現(xiàn)從地質(zhì)儲量向供給產(chǎn)量的轉(zhuǎn)化，對充分釋放伴生金屬供給潛力至關(guān)重要。因此，未來需結(jié)合地質(zhì)學(xué)、資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等交叉學(xué)科理論形成集成性研究方法，從“地質(zhì)儲量-可供產(chǎn)量-產(chǎn)量”轉(zhuǎn)化視角系統(tǒng)評估伴生金屬可供性，為促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型、達(dá)成碳中和目標(biāo)提供長短期供給保障方案。

（3）加強(qiáng)對中國“雙碳”目標(biāo)情景下的伴生金屬可供性約束趨勢研究?，F(xiàn)有研究主要立足于全球能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，對中國“雙碳”目標(biāo)情景下的伴生金屬可供性約束問題的研究還比較缺乏。達(dá)成中國“雙碳”目標(biāo)將對清潔能源技術(shù)發(fā)展規(guī)模和速度提出新的挑戰(zhàn)和要求。而且，載體金屬去產(chǎn)能、循環(huán)利用等因素也將對中國伴生金屬資源優(yōu)勢地位產(chǎn)生影響。因此，需要同時(shí)從供需兩側(cè)考慮，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中國“雙碳”目標(biāo)下的清潔能源技術(shù)發(fā)展情景和伴生金屬供給情景，進(jìn)而綜合研判中國伴生金屬可供性約束趨勢。

（4）基于全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)對中國伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑開展系統(tǒng)性研究。盡管現(xiàn)有學(xué)者針對伴生金屬可供性約束問題提出了一些干預(yù)路徑，但缺乏系統(tǒng)性研究，未來需要從全產(chǎn)業(yè)鏈視角出發(fā)系統(tǒng)研究伴生金屬可供性約束干預(yù)路徑。而且，中國既是金屬資源供給大國也是消費(fèi)大國，未來需要結(jié)合中國情景下的伴生金屬可供性約束趨勢，設(shè)計(jì)針對性的干預(yù)路徑，并對單個(gè)和組合干預(yù)路徑的實(shí)施效果進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而為中國“雙碳”目標(biāo)政策設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)性決策依據(jù)。