我们有足够的太阳能的关键矿物质和电池供电的未来?

去年,国际能源机构(IAE)发表了一份报告,题为…

重要的矿物质在清洁能源过渡的作用

我最近深潜到260页,看看缺少关键矿物质威胁世界过渡到可再生能源的未来。

浮出水面后,我可以说我同意报告提出了三点:

1. 没有缺乏必需的矿物质。足够多的经济可行的存款来建设一个可再生能源的未来已经被发现了。
2. 有些矿物的生产将需要大大增加生产太阳能电池板,风力发电机、电池存储和电动汽车需要取代化石燃料。
3. 短缺的关键矿物质慢我们过渡到可再生能源的潜力。

也有两点我想强调,支持报告但不写明:

1. 开采锂、铜、镍、稀土元素和潜在的其他材料将大大增加,但总量开采所需的能源部门将减少由于减少了提取的煤、石油和天然气。
2. 没有短缺,甚至并发多个短缺——可以扭转向可再生能源转型。没有可信的场景,突然变得有利可图的建造新的燃煤电站或关闭电动汽车生产和回到制造内燃机汽车。短缺只能减缓替代化石燃料的基础设施并不能阻止它。

真的所有你需要知道的关于这个报告。但是如果你渴望更多的细节在屏幕或正在大喊大叫,我是个愚蠢的人,这些结论不可能是正确的因为他们不与你的世界观,请阅读下面的~ 5000字的详细分析。

260页的乐趣

报告给矿产信息使用不同类型的低排放生成和预测多少产能将被安装。我给细节报告说什么太阳能、电力网络和电池存储——静止和电动汽车。

报告给了六个建议如何矿产短缺是可以避免的。我会全部列出来,进入其中一个详细-增加回收。我将解释为什么我对未来感到乐观的矿物质和供应认为他们会足以允许快速过渡到可再生能源。

你可以阅读的260页的报告在这里。我推荐阅读整件事情——提供你一个书呆子的巨大的比例。你肯定是如果你知道这个词是什么大人国的的意思。

两个场景和SDS -步骤

国际能源署给预测两个不同的场景:

• 第一个是规定政策的场景。他们称这年代tep(他们有一个额外的T和E周围)。这个场景假设世界上只有满足最低的减排承诺巴黎协定。
  
• 给出的预测可持续发展情况。他们称这SDS因为他们消耗多余的字母与步骤。在这种情况下,国家超越当前的承诺,因为成本下降和/或增加减缓气候变化的愿望。
  

可再生能源和电池存储成本将会继续下跌,所以我肯定世界会比步骤和绝对比SDS希望它会做得更好。未来18年时间会告诉我们,但如果我们做的是步骤…这是一个悲剧。

太阳能发电

不那么乐观的预测步骤,IEA报告预测2040年240千瓦太阳能发电装机容量增加。这是一个从2020年增长230%。SDS预测,假定更快地转向可再生能源,是高300%在315千瓦左右。这个图表显示了估计的场景:

国际能源署预测大型太阳能增长率下降

即使报告更高的预测到2040年每年315千瓦太阳能光伏安装需要一个大型太阳能生产的目前的扩张速度下降。如果继续其扩张速度在过去的20年里,到2040年世界将安装在每年1500千瓦。我不认为这是可能得到那么高,但是如果扩张只是如斯,它将击败IEA的乐观预测的5倍。很明显的太阳能潜力远比国际能源机构预计。

太阳能设施2021年的183千瓦在2022年,预计将超过200千瓦。安装在2021年比2030年预测的步骤,和2021年三分之二的乐观SDS预测为2030。

你可以看到为什么我相信我们会做得更好比IEA预测。毕竟,IEA的太阳能记录预测一直是可笑的是错误的:

材料需要每瓦特的PV正在减少

硅太阳能电池被用在太阳能电池板生产当今世界的95%。不包括铝框架,该报告说,这些板,按重量:

• 5%的高纯度硅太阳能电池。(实际上在4%以下。)
• 1%的铜面板的连接。(我从未想到要检查多少铜在面板上,所以我没有在这里。)
• 不到0.1%银和其他金属。(是的…我在同一条船上与铜)。

将需要更多的材料来满足该报告的预测,但能力的材料每瓦太阳能需要稳步下降。这是由于持续的小的改进设计和生产。一倍的太阳能装机容量不需要材料的两倍。

目前,还不清楚有多少更多的太阳能制造商可以改善,但是在SDS预测报告的乐观,所需的铜每瓦特的太阳能光伏2040是2020数量的50%左右,而银是40%左右。

铜是至关重要的

因为它在其他可再生能源技术和传输的需求,铜可能最重要的太阳能光伏的矿物。这是目前用于太阳能电池板连接,电缆和逆变器¹。

下图显示预测铜、硅、太阳能产业和银消费的两个场景。更乐观的场景显然希望更有效地使用这些材料由于规模经济。

硅的替代品

IEA报告预测硅光伏仍将主导到2040年但提到三个竞争对手,并可能发展的重要性和影响光伏所需材料的数量和类型。这三个选择是…

• 碲化镉薄膜光伏(集团)
• 钙钛矿光伏
• 砷化镓(砷化镓)和相关的PV

碲化镉太阳能:硅光伏是世界产量的95%,几乎所有的休息碲化镉薄膜太阳能电池板产生的第一太阳能公司。在生产中所占的份额已经下降很长一段时间,如果它能降低成本高于硅,它可能卷土重来。尽管被称为“薄膜”,第一个太阳能电池板使用更多的材料和重量比硅的每瓦。但这可能会改变。

钙钛矿太阳能:人们一直在努力钙钛矿太阳能十多年来,但还没有形成大规模生产方式长期面板有竞争力的价格。如果研究者裂纹问题,解决方案几乎肯定会涉及添加钙钛矿层硅电池板仅略有提高效率,同时增加所需的材料。IAE报告乐观钙钛矿和假定超过25%的光伏生产在2040年将使用它。

砷化镓(砷化镓)PV:高效多结太阳能电池可以使用材料,如镓和铟。他们目前的缺点是成本高,但可以减少。我不期望他们与硅光伏之外的特殊应用。不过,IEA报告非常包容,说他们可以在2040年5%的光伏生产,考虑15%的可能。

报告并没有考虑其他类型的PV,我不期望任何其他类型的光伏到2040年竞争利基之外的应用程序。但什么是可能的。

电网需要铜和铝

澳大利亚和世界各国扩大传输网络集成可再生的一代。长途传输容量越多,就越容易把能源的可再生发电高,电能是最需求的。

IEA报告说电网使用的铜和铝的SDS预测到2040年将会翻倍,这张图表显示:

多少铜和铝网格扩张需要取决于:

• 铝替代铜多少。
• 多少电池和其他技术使网格更聪明和更灵活。
• 多少高压直流(HVDC)输电。

铜铝Subsituted:最导电金属银,其次是铜、黄金、和铝。金银是昂贵的,所以电线是由铜或铝。铜主要用于地下,而铝线串的开销,因为他们更轻²。多少每个金属的使用取决于他们的相对价格。提高可再生能源发电的成本降低电力、铝的价格应该下降,释放铜用于其他目的。

智能电网:本地电池存储可以供应电力经过一段时期的高需求,减少或消除需要新的传输容量。多少电池将减少需要传输升级将取决于便宜。能源管理系统,转变能源使用更少拥挤的时间也会集中到智能电网的类别。

直流:高压直流输电线路正在迅速成为新的长途传输标准。的世界上最长的计划将与印尼北部地区,新加坡和马来西亚-通过现有的接入点。因为直流线路可以携带大量的能量和狭窄的电缆,他们需要的铜或铝远低于传统的输电线路。

电动汽车和电池存储

报告预测大量增加生产的电动汽车在未来二十年。根据这个图表,SDS更加乐观的预测,世界将构建从2021年到2040年约7.8亿电动汽车:

到2040年每年产生约7300万电动汽车将,和50%的将电动汽车在路上。目前的汽车产量每年约7300万,到2040年所有应该电动汽车生产。尽管世界人口仍在缓慢增长规模和更多的财富迅速增长,许多人将永远不会拥有一辆汽车,因为他们生活在城市有良好的公共交通工具³,这就足以消除内燃机生产。

国际能源署预测大型电动汽车和电池增长率下降

2021年世界产生大约480万全电动电动汽车。包括插电式混合动力车将总675万年,这是世界汽车产量的8.3%。2012年电动汽车产量只有125000年,这代表了超过50%的年增长率。如果电动汽车生产继续以这种速度扩张,2030年它将超过三倍SDS对2040年的预测报告的乐观。这不是一个现实的汽车生产的数量,我们会给幼儿和贵宾犬使用许可,但它确实表明电动车生产可能远高于国际能源署建议。

电池容量增长的情况类似于电动汽车,以及国际能源署报告还假定电池生产的增长将会下降。

大幅增加总电池存储

报告预测总电池存储大量增加,到2040年,他们更乐观的场景中,超过92%进入汽车而不是静止的能量储存,如这幅图所示:

即使只是固定电池存储2030年之后被认为是安装,这将人均2.8千瓦时的固定存储当时世界上现有的——只要我们避免世界大战普京。

大电池

我们可以确定的平均大小电动汽车电池组电池存储的数量除以报告说,电动汽车将使用电动汽车的数量生产。这给平均为75千瓦时,但世界可以得到一半。这是因为大多数人在这个世界上不是澳大利亚,和许多人认为,两个小时的汽车旅行就像前往月球的阴暗面。

同时,我们可以预期,电动汽车的效率提高。而令人难以置信的昂贵,光年一个电动车可以旅行10公里每千瓦时的储存能量,超过26%最有效的特斯拉模型3。也得到了大部分的能源从屋顶上的太阳能电池和阀盖。

V2G没有提到

使用电动汽车提供电力住宅(V2H)或网格(V2G)可以显著增加可用的存储容量来满足电力需求。虽然有问题,如目前的天价双向电动车充电器价格下降的,有足够的空间。但报告没有提及V2G。

矿物质和电动马达

现代电动汽车使用永久磁铁稀土元素(REEs)像那些用于海上风力涡轮机。报告说,一个典型的电动汽车电机要求:

• 钕0.25 - -0.5公斤
• 其他REEs 0.06 - -0.35公斤
• 铜2 - 6公斤
• 铁0.9 - 2公斤
• 硼0.01 - -0.03公斤

如果你想知道什么硼是,这不是罕见的、昂贵的东西。你可能用它来杀死蚂蚁。它有许多工业和医疗用途,但除非你想要的蚂蚁,杀死蚂蚁是最重要的应用程序。

避免使用REEs,电动汽车可以使用感应电动机不需要永久磁铁。这些不常用,因为他们更重,效率较低。但随着电池的成本的下降,使用最有效的汽车应该变得不那么重要,因此可以使用感应电动机如果里斯涨价。

感应电动机通常使用三倍铜作为永磁电机,但两者都可以用铝代替。现代使用的铝Ioniq5电动汽车永磁电机和说,这是比铜。如果他们是对的,期望的转变在电动汽车铝。

电池和矿物质

目前材料用于制造锂电池包括…

• 锂(咄)
• 镍
• 钴
• 锰
• 铜
• 石墨(滑碳可以开采或人工制造的。)

并不是所有的锂电池需要这些相同的浓度。它甚至可能完全消除需要一个或多个。例如,很多努力已经为发展高性能电动汽车电池,不需要昂贵的钴。但是这些需要更多的镍。虽然镍并不少见,大约三分之一的成本钴、还是不便宜,将取决于昂贵的钴镍的需求。

报告说,当考虑电池和电动马达,电动汽车需要6倍的矿物质比传统汽车。但这可能是误导性的,因为他们不计数钢铁、玻璃和塑料。下面的图显示了矿物使用电池电动汽车(BEV)与不同的电池类型和一个内燃机(ICE)车辆:

电池的价格

在过去的十年中,锂电池的成本下降了近90%。布隆伯格将电池用于电动汽车的平均价格在2021年183美元AUD每千瓦时但警告增加材料成本可能会导致电池今年价格上涨。将来他们会回到下降,但这需要多长时间将取决于原材料的供应和需求的电池。

固态电池

科技创新会降低电池的成本,提高可靠性,同时减少所需的材料/千瓦时。国际能源署报告是固态电池持乐观态度。这些不需要易燃液体电解质,但需要更多的锂。他们提供更高的能量密度和的优势,因为他们可以在更高的温度操作安全,减少冷却系统的重量和费用。

大量生产的挑战是制定具有成本效益的方法。报告说如果可以解决这个问题在接下来的5年,他们可以开始取代传统的锂电池在电动汽车早期的下一个十年。

自己开车没有提到

一个科技创新与巨大的潜力减少道路运输所需的资源是自动驾驶汽车。如果人们开始使用robo-taxis而不是拥有自己的汽车,汽车的数量会下降。很难说如果或当自动驾驶汽车会发生,但报告甚至不猜,可能并不是提到。

获得可再生过渡矿物

快速和连续过渡到可再生能源、矿物中发现的需要足够的数量和矿山迅速发展。报告提供的信息…

• 矿物质的位置。
• 矿山开发所需时间。
• 世界上可用的矿物质数量。
• 质量的存款。

矿物质来自哪里?

不可能准确地预测矿产产量将出现在未来几十年。不过,报告一个图表展示了他们期望的生产地点铜、锂、镍、钴、2019年和2025年之间和里斯改变:

尽管全世界第六大铜生产商和第五最大镍生产商2019年,澳大利亚就会集中在与“他人”。但是你可以看到澳大利亚是迄今为止最大的生产商的锂。澳大利亚预计也将增加其份额的钴和稀土生产。

在这个时候,公司计划增加生产这些矿物质在澳大利亚,包括主要太阳能和风力镍矿在NT的交集,佤邦和SA。

我的开发时间

下面的图显示了从2010年到2019年,平均花了17年的矿床从发现到我一个操作:

这应该显示生产需要很长时间来应对增加的需求,所以短缺会持续很长一段时间,如果矿业公司不正确预测市场。但我认为这是误导,因为它不能解释很多,自己却什么也做不了一个新发现的矿床因为需求不够高或当地基础设施不够发达。

公司可以开发矿山相对迅速地当价格是正确的,4年的例子从矿床的发现功能锂矿在澳大利亚。

有足够多的矿物质

没有所需的资源可再生能源的短缺。足够多的经济价值的矿藏被发现,更有待发现的:

矿藏质量下降

地球并不是耗尽资源。事实上,除了失去小氢和氦和奇怪的太空探测器,几乎所有的东西都还在这里。只是有时真的不方便的形式。

当世界仍有大量高质量的矿物质,它们主要是在难以到达的地方。许多更方便的优质存款已经开采,以及他们的存款质量下降,智利铜提取为例:

沉积质量的下降意味着更多的尾矿,多余的材料索求连同所需的矿物质。如果不妥善处理,这些会导致灾害等Brumadinho大坝失败在巴西,数百人被我的泥海啸。

矿石质量下降也会导致更多的能量需要提取和细化矿物质,从资源开采增加温室气体排放。抵消这种效应正逐渐被越来越多的可再生能源在采矿作业。

国际能源机构的6建议

确保矿产的供应足以允许快速过渡到可再生能源,国际能源机构使6建议:

# 1。确保充足的投资多元化的新供应来源:这个建议是关于确保矿业公司花足够的钱来发展必要的矿山和前处理基础设施短缺发生。政府可以做到这一点的方法之一是提供可信的承诺,零净排放和内燃机逐步停止。

# 2。促进技术创新沿着价值链在各方面:更好的我们的资源开采技术,更容易和更便宜的它将提供所需的矿物质提取的可再生能源,同时减少排放。虽然不是在报告中提到的,碳价格是一种经济有效的方法。

# 3。扩大回收:这个很简单,我给下面的细节。

# 4。加强供应链弹性和市场透明度:没有一个开放的市场对一些矿物质像大多数供应是通过私人合同。没有价格,我们可以很容易地跟踪,公司很难确定新的生产能力可能是有利可图的。建立透明的市场增加了生产可能性将在线及时满足需求。

政府还可以检查如果供应中断从一个地区将有严重影响,采取措施减轻,如鼓励多元化生产和/或创建库存。

# 5。主流更高的环境、社会和治理标准:不要螺丝在矿山工作人员或矿山所在地的生活。此外,不要帮助政府螺钉比他们应该。矿山安全与良好的工作条件将鼓励人们自由地在那里工作。同时,政府低腐败更可靠的矿业公司,让它更安全的投资。

# 6。加强生产者和消费者之间的国际合作:信息的交换和加强环境和社会绩效标准鼓励这个建议是好的。但我得到的印象,或多或少可以归结为,“嘿,IEA应该多写报告和大家!”

回收

虽然大多数的国际能源署的建议上面都写在一个奇怪的官腔显著性和模糊性,让我没有太多要说的,有一件事我可以评论是回收。

回收可以减少新材料的数量我们需要可再生能源基础设施。虽然我们仍需要大量的新材料——不是很多东西使用锂在过去——其中一些可以来自回收的钢铁和铜等化石燃料基础设施从取消燃煤电站和燃油的车辆。

目前,回收率不令人印象深刻。但它却留下很多需要改进的地方:

我吃惊地看到,铝的回收率为上图仅略高于40%。不幸的是,我检查,这是正确的。我猜不是到处给你10美分交出一个空tinnie像在南澳大利亚。

它需要时间很多电池和太阳能电池板可以回收。下面的图显示了多少旧电池IEA报告预计将在未来变得可用。注意它显示可以回收旧电池的总容量和每年没有可用的金额:

我很乐观,我们将回收几乎所有电池在未来。原因之一是制造商令人毛骨悚然地擅长追踪的一切发生在电动汽车电池组和电池。更重要的是,它们包含有价值的材料,所以值得回收。此刻,几乎所有铅酸电池回收,因为你可以得到钱对他们来说无论如何殴打电池。

这项技术已经存在回收电池,和瑞典的公司Northvolt索赔他们可以在一个旧电池,使用材料来产生一个新的。

材料在旧太阳能电池板不值得那么多,所以他们不提供相同的自动激励作为锂电池回收。但是,流程改善,我希望回收将成为值得的。研究人员已经提取使用太阳能电池硅从面板。但即使太阳能电池板回收从未变得划算,处理旧的太阳能是一个微不足道的问题相比,煤炭电力的浪费和污染,甚至手机和笔记本电脑。

为什么我很乐观

我很乐观足够的材料可以允许快速过渡到可再生能源与小中断由于:

• 改善耐久性
• 替换
• 人类的贪婪

改善耐久性

几乎每个人都知道太阳已经很长一段路的成本,使其最便宜的电能来源在世界的许多地方。很少人知道,多少钱也提高耐久性。太阳能电池板与25年产品保修是罕见的,但现在他们容易获得,你现在可以得到的40年保修。

电池耐用性也有所改善,与Q细胞最近推出家用电池15年保修而不是10年大多数大型制造商提供。也,大100千瓦时特斯拉电动汽车电池组显示他们仍然平均原来的容量的89%后驾驶320000公里。虽然我们可能需要等待固态电池的大规模生产在锂电池耐久性看到一大跳,进一步改善可能在那之前。

汽车是否开始自己开车很快,他们将有越来越多的防撞技术,将提高他们的平均寿命和节省资源减少由于事故注销。更耐用的电池,我们可以快速充电没有退化也可以节省资源,使电动汽车用小电池更受欢迎。大型电池组将被视为不重要,如果只需要几分钟收取小。

我希望继续会有令人印象深刻的改善可再生硬件的可靠性。这将减少所需的材料过渡到可再生能源,同时加速它的速度通过减少成本。

替换

短缺将来一定会发生,但我们会用一个材料另一个减少他们的影响。有很多铝替代铜的能力在输电线路和电动机,反之亦然。太阳能电池板制造商也曾经与取代铝框架钢和塑料。随着塑料可能会成为将来便宜对石油和天然气的需求下降,今天可以代替许多材料。

正如前面提到的,可以替代钴镍电池,反之亦然。目前使用的方法同样适用于每个元素在锂电池,包括锂。巨大的中国电池制造商,CATL现在生产电池使用钠而不是锂。虽然不是技术和锂一样好,这是一个地狱的便宜很多。你穿上你的芯片的盐钠40%的体重。其余的氯。如果你的盐,请不要尝试分别将这两种物质添加到你的食物。CATL说他们将使用钠电池在电动汽车,但即使他们只用于固定存储,它将释放锂电动车。

一件事经常被忽视的是能源效率可以减少材料在各个领域如一代,传输和能量储存。电动汽车得到10公里每千瓦时需要三分之二的电动汽车电池生产得到一个更典型的每千瓦时6.6公里。这同样适用于各种电器,持续改进效率将降低所需的材料过渡远离化石燃料。

贪婪是不好,但这是激励

主要原因我认为矿物质将可用是人类的贪婪。贪婪是不好,但这是激励。男孩,有些人动机。只要那些爱钱可以让它从提取矿物,只要他们是纳税和关进监狱,如果他们受伤,抢劫,杀人,那么矿物质可能可用。该行业将解决短缺相当迅速。

如果没有足够的可用资源,我们可以建立他们的铁砧上人们的贪婪。

这可能不是最理想的方式运行,但它确实工作和现在提供新兴的可再生能源产业。当正确地利用正确的激励,贪婪可以允许快速过渡到可再生能源。所有你需要做的就是看看挪威,在几乎每一个新的汽车是电动,法国的迅速扩大风能和太阳能能力,或澳大利亚现在超过10%的电力是来自屋顶太阳能。只要是小心,以确保贪婪仍然是一个仆人,不成为大师,我们可以通过市场的力量迅速消除化石燃料的使用。

可再生能源短缺不会停止

IEA关键矿物质报告预测的增长率的大幅减少太阳能、风能、电动汽车和电池行业。虽然这是不可避免的在某种程度上,我怀疑他们会发生甚至尽快报告的场景显示更加乐观。

大胖报告可再生能源的未来,从私人或政府机构,是否有一个当之无愧的声誉一直低估了未来可再生能源的发展轨迹。我敢打赌他们没有此情不渝。

矿产资源短缺将发生在未来,因为他们过去。但在过去,我们通常会在三年内解决它们。我们在一段时间的资源价格高,但需求新可再生能源发电、电动汽车和电池仍然强劲。一旦大宗商品价格下跌和太阳能、风能和电池变得更便宜,没人会感兴趣不再使用化石燃料是绝对必要的。

我的预测是,短缺将继续造成一些痛苦,因为他们总是有,过渡到可再生能源将很快。