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能源轉型刺激全球潔淨能源與關鍵礦物需求成長
從IEA發布2050淨零排放路徑窺探關鍵礦物需求

【作者: 芮嘉瑋】   2022年01月20日 星期四

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2020年為全球史上第3熱年份,過去6年(2015~2020)和10年(2011~2020)平均溫度皆為有紀錄以來最高。溫室氣體造成的全球暖化與氣候變遷已成為國際間永續發展最關切的議題之一,依世界經濟論壇(World Economic Forum, 簡稱WEF)於2021年1月出版《2021年全球風險報告》(The Global Risks Report 2021)指出,氣候變遷相關議題列為風險最高的面向,牽涉到環境、經濟、地理政治、科技與社會等多元的層面[1]


為此,2021年可說是淨零排放(Net-zero emission)年,自年初的G7氣候領袖會議起,一直到2021年10月31日至11月12日在英國格拉斯哥市(Glasgow)舉行的第26屆聯合國氣候變遷大會(簡稱COP26),追求淨零排放已成為全球共同的目標與趨勢,全球已有超過130個國家宣布推動淨零排放。在COP26最終達成的《格拉斯哥氣候協議》,傳遞了煤炭時代即將結束、化石燃料終將被淘汰的訊號。


為了拚減碳,台灣八科技巨頭組氣候聯盟,總統蔡英文也在110年國慶大會上發表環境永續的議題,並宣示2050淨零排放目標,與各界一起規劃路徑圖。邁向2050淨零願景,未來策略將推動從低碳到零碳的淨零轉型架構。


淨零排放將帶動能源轉型,而潔淨能源技術正是邁向淨零的關鍵技術。在國際能源署(IEA)2050淨零路徑的策略中強調,除太陽能、風能、電動車等既有潔淨能源技術大規模應用之外,潔淨能源技術的創新及其未市場化大規模的應用,都屬淨零情境的貢獻來源[2],為提高潔淨能源技術創新,2030年投資先進潔淨技術金額將會較2020年增加2.8倍。


能源轉型需要大量關鍵礦物

能源轉型需要大量的關鍵礦物,意味著這些礦物的供應需求已浮現出一個重要增長的領域,清潔能源轉型所需的礦產開採增長非常迅速。


依據IEA的報告[3],到2050年淨零路徑中全球能源安全指標(圖一),顯示關鍵礦物的需求將從2020年的大約8百萬噸增長到2050年的4千多萬噸,預估未來的30年中,關鍵礦物的需求將成長近五倍之多。


其次,石油供應量的減少也將從2020年每天的9千多萬桶下降至2050年每天2千多萬桶,以及太陽能光伏(solar PV)和風能(Wind)在發電中的份額預估到2050年將成長近7倍。



圖一 : 到2050年淨零路徑中全球能源安全指標。(source:IEA[4])
圖一 : 到2050年淨零路徑中全球能源安全指標。(source:IEA[4]

同一份報告中顯示自2020年到2050年,煤炭需求迅速下降(尤其至2030年的10年間下降最快),原材料礦產的需求迅速增加,這些關鍵礦物包括諸如銅、鋰、鎳等對許多潔淨能源技術至關重要的原材料。這些關鍵礦物的全球需求正迅速增加也代表著總收入將大幅增長(圖二),到2040年這些礦物的全球市場規模將接近目前的煤炭市場。


銅、鈷、錳和各種稀土金屬等關鍵礦物的總市場規模,在2020年至2030年間在淨零路徑中增長了近七倍,其中主要用於製造電動汽車和風力渦輪機的稀土金屬的需求,到了2030年將增長10倍。這對礦業公司而言,為它們創造了大量的新機會。


為實現2050淨零排放的願景,電氣化(Electrification)取代化石燃料是淨零減排最重要驅動因素之一,預估到2050年,運輸用電池的需求是2020年的90倍(達到14 TWh[5]左右)。電池需求的增長意味著對關鍵礦物的需求不斷增加,例如用於電池的關鍵礦物鋰金屬的需求到2030年將增長30倍,到2050年將比2020年增長100倍以上。



圖二 : 煤炭及用於潔淨能源技術之特定關鍵礦物的需求消長。(source:IEA[6])
圖二 : 煤炭及用於潔淨能源技術之特定關鍵礦物的需求消長。(source:IEA[6]

潔淨能源技術對礦物需求產生重大影響

與基於化石燃料的發電相比,潔淨能源轉型預計將更加密集地使用礦物。世界銀行集團(World Bank Group)在2020年5月發布《礦?品促氣候行動:清潔能源轉型的礦?消耗強度》的一份報告[7]發現,為滿足對潔淨能源技術日益增長的需求,諸如石墨、鋰和鈷等礦物產量的需求,到了2050年將增加近5倍。


報告還指出,為實現將全球升溫控制在2℃以內的目標,將需要超過30億噸的礦產品和金屬產品,以利發展所需要的風能、太陽能、地熱能和儲能等潔淨能源技術,且各別技術對礦物的需求程度亦有所差異,圖三顯示到2050年各別不同的潔淨能源技術對礦物需求的份額[8],顯示潔淨能源技術部署的任何變化將對某些礦?品需求?生重大的影響。



圖三 : 到2050年不同的潔淨能源技術對礦物需求的占比。(作者改編繪自World Bank Group)
圖三 : 到2050年不同的潔淨能源技術對礦物需求的占比。(作者改編繪自World Bank Group)

維持礦廠可靠供應並促進供應鏈安全

全國工業總會理事長王文淵在慶祝第75屆工業節時(2021年11月11日),當著蔡總統的面指出,台灣應考慮改變能源結構,蔡總統也回應,一定要把握這波能源轉型機會讓經濟加速成長[9]


然而,能源轉型需要大量的關鍵礦物,尤其對許多潔淨能源技術不可或缺的關鍵礦物(例如銅、鋰、鎳、鈷和稀土元素)的需求將大幅增加,該等礦物的供應若跟不上快速增長的需求,新的能源安全問題會層出不窮,導致價格波動、過渡的額外成本等問題產生。


當今許多礦產的生產和加工作業高度集中在少數幾個國家,關鍵礦場的地域分佈不均或者被單一國家所壟斷,使得供應容易受到政治不穩定、地緣政治風險和出口限制的影響。在政局不穩定影響稀土供應方面,例如緬甸自2021年2月1日發生軍事政變後局勢開始動盪不安,由於中國約有一半的重稀土原料來自緬甸,緬甸的軍事政變引發了外界憂慮局勢動盪恐波及中國稀土供應,從而推動了稀土價格飆升。


至於出口限制方面,例如最近的印度尼西亞禁止鎳礦石出口和中國的稀土出口禁令等事件,凸顯了這些擔憂。關鍵礦產資源並不總是位於同一地點或國家,但採礦公司的技能和經驗對於確保這些礦物的供應能夠以合理的價格滿足市場上的需求是至關重要的,這種情況下採礦專業知識可能會受到高度重視。


結語

潔淨能源技術所需的關鍵礦物日益依賴,需要新的國際機制來確保礦物的及時供應和可持續的生產[10]。國際貿易和投資制度是維持礦產可靠供應的關鍵,例如對創新的採礦和礦物加工方法進行投資,是一種提升採礦及礦物加工能力不錯的方法。


此外,為促進礦產品供應鏈安全,需要政策支持和國際協調以確保嚴格的環境和社會法規的適用,例如實施回收關鍵原材料的明智政策、成立不受反壟斷法制約的稀土礦合作組織,或者透過與盟友之合作與配合來降低易受關鍵礦物供應擾亂的弱點。當然,開發出這些關鍵原材料可行的替代品也是減少依賴的選項之一。


(本文僅為作者個人之觀點,不代表其單位之立場)


[作者簡介]


芮嘉瑋博士現任職財團法人中技社 能源暨產業研究中心組長,專注於能源、產業、環境、經濟等議題。曾任職於工研院技術移轉法律中心執行長室、電子與光電研究所專利副主委以及光電產業經理。長期從事產業研究、專利智財與投資評估等工作,熟捻產業技術發展趨勢,並常在各媒體平台發表文章、應邀演講,引領技術前瞻與產業關鍵議題。


參考資料


[1] The Global Risks Report 2021《2021年全球風險報告》, World Economic Forum (WEF), Published on 19 January 2021, https://www.weforum.org/reports/the-global-risks-report-2021


[2] Net Zero by 2050, A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA Special Report, 2021, https://iea.blob.core.windows.net/assets/4719e321-6d3d-41a2-bd6b-461ad2f850a8/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf


[3] Net Zero by 2050, A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA Special Report, 2021, pp. 24, https://iea.blob.core.windows.net/assets/4719e321-6d3d-41a2-bd6b-461ad2f850a8/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf


[4] 同註3。


[5] TWH的全稱是:Tera Watt Hour(s),即太(拉)瓦時=109 kWh。如:平時我們說的1度電其實就是1KWh(1000W功率一小時),1TWh=1000GWh=106 MWh=109 kWh。


[6] 同註3,pp. 163.


[7] Kirsten Hund, Daniele La Porta, Thao P. Fabregas, Tim Laing & John Drexhage, Minerals for Climate Action:The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition, The World Bank Group, 11 May 2020, https://pubdocs.worldbank.org/en/961711588875536384/Minerals-for-Climate-Action-The-Mineral-Intensity-of-the-Clean-Energy-Transition.pdf


[8] 同註7,page 40, 46, 51, 61.


[9] https://tw.stock.yahoo.com/news/%E7%8E%8B%E6%96%87%E6%B7%B5-%E6%87%89%E8%80%83%E6%85%AE%E6%94%B9%E8%83%BD%E6%BA%90%E7%B5%90%E6%A7%8B-%E8%94%A1%E7%B8%BD%E7%B5%B1-%E5%9C%8B%E5%AE%B6%E6%94%BF%E7%AD%96%E8%A6%81%E7%A9%A9%E5%AE%9A-090228949.html


[10] Net Zero by 2050, A Roadmap for the Global Energy Sector, IEA Special Report, 2021, pp. 23-24, https://iea.blob.core.windows.net/assets/4719e321-6d3d-41a2-bd6b-461ad2f850a8/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf


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