Potential bottleneck in the energy transition: The case of cobalt in an accelerating electro-mobility world
文献信息
专业期刊：Resources Policy, Volume 75(Complete), p. 102516, Article 102516
发表时间：March 2022
作者信息：Gondia Sokhna Seck, Emmanuel Hache (法国国际与战略事务研究所，IRIS，法国）, Charlène Barnet (巴黎南泰尔大学，法国）
DOI：https://doi-org.proxy1.lib.uwo.ca/10.1016/j.resourpol.2021.102516
关键词
能源转型; 可持续发展; 交通运输业; 关键原材料; 电动车电池; 钴; 自下而上建模
文章摘要
在能源转型的背景下，交通部门的脱碳是许多公共政策的基石。作为电动或混合动力汽车中使用的锂离子电池和镍氢电池阴极的关键成分，钴预计在未来几十年将面临动态的需求。关于关键性的许多问题正在出现这种能源转型关键金属的风险。为了评估 2050 年之前钴的可用性，我们依靠线性规划世界能源传输模型 TIAM-IFPEN。考虑了两种气候情景（2°C 和 4°C），每种情景都有两种不同的移动情景（照常移动和可持续移动），并且对于每种移动情景，考虑了三种锂离子电池化学混合轨迹（高，中心钴含量和低钴含量）到 2050 年。结果显示，在最严格的情况下，到 2050 年，2013 年查明的钴资源中 83.2% 将从地下开采，以满足全球消费。到 2050 年，世界产量的三分之二来自非洲，而中国消耗了总需求的 1/3。我们找到了多种方法来满足对钴资源不断增长的需求。因此，公共政策必须侧重于三个互补的轴心：促进可持续交通的发展；优先考虑电动汽车中的低钴含量电池；集中力量实施和部署废物回收、分类和循环利用系统。
正文引言
随着长期、净零温室气体排放、适应气候变化和可持续发展道路的发展，评估对钴日益增长的需求是相关且有价值的。在此背景下，本文通过在自下而上的综合评估模型中实施整个钴供需最终用途，填补了能源系统优化模型科学文献中发现的空白。值得注意的是，本文作者开发了第一个自下而上的长期能源模型TIAM-IFPEN（TIMES综合评估模型），具有从资源到最终使用部门的内源钴供应链。通过考虑气候限制和钴资源的可用性（即作为铜和镍资源的副产品）、消费行业的发展和贸易平衡，该模型可有助于提供有关钴的独特见解。
作者在文章中介绍了与钴供应链的这种内生代表性相关的主要发现，以评估其动态关键性以及到 2050 年的技术变革。了解钴的有限供应如何阻碍低碳技术的发展整个经济的退出至关重要。因此，该模型对于研究与不断发展的能源转型相关的地质、地缘政治和生产风险非常有价值，特别是新型锂离子电池在交通运输领域的渗透。
研究方法
为了评估到 2050 年的钴可用性，本文作者对两种气候情景（2°C 和 4°C）以及两种不同的流动性情景进行了分析。对于每种移动场景，作者定义了运输领域三种不同的锂离子电池化学组合。回收也已落实到所有这些场景中。研究中首先描述了 TIAM-IFPEN 模型的方法、整体结构，以及详细分析钴临界性时考虑的具体特征和假设。其次作者对全球和区域钴供应链、钴资源可用性以及不同阴极化学物质和更可持续的道路运输流动性的影响的主要结果和相关分析。
本文作者所使用的TIAM-IFPEN 模型（TIMES 综合评估模型）是 IFP Energies Nouvelles (IFPEN) 开发的自下而上的线性规划模型，使用 MARKAL-TIMES 框架。该模型分为 16 个区域1，并包括每个区域能源系统的明确详细的技术描述。TIAM-IFPEN 模型使我们能够估计到 2050 年钴的累积需求，并分析这种金属可能的临界风险。该模型实现了钴从矿石到不同最终用途的整个价值链，以评估不同场景下的需求。
图为TIAM-IFPEN模型中钴链的简化描述
研究结果
我们的研究结果表明，钴的年消费量预计将持续增长，直到 2050 年。到了 2050 年，钴需求的增加主要是由于向电动汽车的转变。文本的研究结果还表明，钴在几个方面发挥着至关重要的作用。首先，根据作者的研究结果，在 2 °C 情景下（Scen 2D），2013 年查明的钴资源中 83.2% 将在 2013 年至 2050 年间被消耗，初级钴消费量将占 2013 年至 2050 年钴资源的 57.9% 左右。同一时期。结果强调了二次钴生产（回收）的重要性，2013 年至 2050 年间，二次钴生产约占全球累计钴资源的 15-25%。
图为
根据 2 °C 情景下的钴含量情景，各细分市场电动汽车的钴需求变化
结果还支持，一些国家或地区可能存在较强的进口依赖程度。2050年。中国、西欧、印度、日本、中东、墨西哥、俄罗斯、韩国和美利坚合众国就是这种情况。另一方面，全球约三分之二的产量将由非洲大陆实现，而中国将消耗钴总需求的三分之一以上。我们的情景和假设的定义使我们能够确定几种减轻钴资源压力的杠杆。在需求方面，应鼓励致力于可持续交通的公共政策，并应优先考虑钴密集度较低的电池。推广此类电池技术最多可节省近350吨钴。流动性的作用也被明确强调，这两项公共政策必须共同执行。电池技术的选择及其对原材料需求的影响仅对特定金属的研究有效，因为技术的变化意味着需要替代品、替代品，而替代品也可能存在关键性问题。有趣的是，废物管理层次结构认为预防（不使用物体）比替代或回收更可取。在供给侧，要着力落实和部署垃圾回收、分类和循环利用系统。这对于中国、西欧、美国、印度和日本等地区来说更为重要，这些地区在国内产量不足的情况下，将吞噬世界上生产的大部分钴。在这种背景下，回收似乎是确保钴供应的重要工具。
中国对钴价值链影响力日益增强相关的风险
中国是全球钴的主要消费国，但仅占开采产量的 1.4%，导致 2015 年钴对外依存度达到 80%。至于对能源和运输系统脱碳至关重要的其他金属（例如铜），中国一直在寻求确保其钴供应。直到20世纪90年代末，中国主要依靠国家资源来供给其工业。2000年代初期，确保国外原材料供应成为人们关注的主要问题，从而产生了被称为“走出去战略”的国际经济和商业发展战略。自 2013 年以来，新丝绸之路：一带一路倡议 (BRI) 的实施进一步强化了这一动力。2015年，能源在中国当局设想的“一带一路”框架内合作重点中的核心地位得到重申。这些合作涉及可再生能源项目的联合开发、基础设施互联互通以及包括金属在内的资源开采和加工领域的合作。根据美国企业研究所中国投资追踪报告，2005年至2018年间，中国对金属行业的投资超过1820亿美元（占总额的近9%），使其成为该国第四大投资目的地。就钴而言，中国和刚果民主共和国之间的协议（称为“资源与基础设施”协议或易货交易）很好地说明了这种方法。2019年初，刚果民主共和国生产的铜和钴约有90%出口到中国。中国公司涉足该国的采矿业以及公共工程和土木工程领域。2018年，14个最大的钴矿中的8个掌握在中国实体手中。因此，如果加上中国企业持有的国外钴产量和中国国内产量的份额，中国在钴提取市场的影响力从2%增加到14%，在钴中间产品生产的市场影响力从11%增加到33%。中国对价值链的影响并不仅仅停留在价值链的上游。2015年，中国生产了全球近54%的精炼钴，而新千年之初这一比例略高于1%。根据我们的建模结果，预计到2050年中国仍将是最大的钴消费国，占全球需求的三分之一，其矿山产量的份额预计约为2%。最后，尽管中国正在加强对钴供应链的有效控制，但它也不能免受上述刚果民主共和国生产冲击可能造成的生产中断的影响。因此，一些研究文章呼吁采取积极政策促进钴的二次生产，以减轻中国对钴进口的依赖
（文章翻译、整理：中国人民大学重阳金融研究院 实习生 赵小柔）
(人大生态金融)