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后铜时代还有多远
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| 后铜时代还有多远 |
| 科学家预测本世纪中叶全球铜产量峰值或将到来 |
新模型显示，在未来数十年内，铜等重要金属的生产将达到顶峰，随后将逐渐下降。
矿工不得不开采百万吨低品级铜矿石。
图片来源：AP IMAGES
如果说电是现代经济的命脉，那铜金属就充当了血管。从发电厂到精密电子设备，铜始终处于配电系统的核心位置。一辆小型汽车装有大约20公斤铜，遍及从发动机到散热器的各个角落；混合动力汽车中的铜更翻了一番。但是，有人指出，即使铜消费数量在按指数级飞速增长——2012年达到1700万吨，这种矿物仍能长时间满足世界需求。
但这个时间也许不会太长。一个资源专家小组首次计算了人们还能从地球上榨取多少铜矿。相关模型显示，即便铜矿储量比大部分地质学家预想的更丰富，到本世纪中叶，铜产量将达到峰值。而这将推动物价飞涨、刺激循环利用的增多，以及带动铜的次级替代物进入市场。
这项研究带来了“一个非常好的理论，我们在本世纪中叶左右可能攀上一个顶峰”，美国耶鲁大学工业生态学家Thomas Graedel说。不过技术乐观主义者对此持有不同意见。“并不是说它不能发生，但我不认为它将会发生。”科罗拉多矿业大学资源经济学家John Tilton说。他提到，更新更好的铜提炼技术有助于摆脱困境，他希望通过加大循环利用力度和使用铜替代品带来一个被大大推迟的生产峰值，以便产业和消费者更加适应。
有关铜的争论也波及到其他矿物。该研究小组还将损耗模型用于计算石油和锂等其他矿产资源。这些资源也同样面临着按指数级增长的消耗。
目前还不错
在过去，技术乐观主义者对于铜的观点也许是正确的。从18世纪中期的一无所有到现在，除了世界大战和经济危机期间，铜的生产几乎沿着指数曲线一路飙升。但伴随着铜矿的开采，其丰富度和品级的下滑令人更加印象深刻。
任何矿产资源提取都是首先选择最丰富、最容易开采的矿层，因此铜矿石品级从19世纪晚期的10%～20%，直线下落到20世纪早期的2%～3%。2013年刊登在《可持续发展国际期刊》上的澳大利亚莫纳什大学资源地质学家Gavin Mudd收集的数据显示，自上世纪90年代中期以来，世界铜矿品级下降到低于1%，并在持续下降。
《科学》杂志报道称，即使可开采利用的矿石越来越贫乏——迫使矿工从千米深的露天矿中挖取岩石居多的矿石，但自上世纪初以来，铜的价格却呈不断下滑的大趋势。多重因素导致了铜价下滑。地质学家发现了一种新型铜矿床（斑岩铜矿床），目前已成为世界上大多数铜的来源。设备制造商生产了巨大的铲车和自卸卡车，用于搬运斑岩矿石。化学工程师则开发出堆浸等技术从低品级矿石中提取铜。
在去年10月召开的美国地质学会会议上，由地质学家Jane Hammarstrom领衔的美国地质调查局专家小组报告了他们对在目前技术条件下能经济开采的有待发现的斑岩铜矿的新评估结果。通过推测从地质角度而言全世界可能储藏的铜矿数量，该专家小组估计，还有22亿吨经济上可开采的铜有待开发。按照目前的生产率，这些铜还能供世界消费125年。
但是，世界铜矿的未来并不像最少“供应125年”那么乐观。首先，未来世界将有更多人口，到2050年世界人口可能增长1/3。而且更大比例的人口有望享受更高质量的生活，在今天这也意味着更高的人均铜消费量。随着资源的枯竭，迟早有一天，世界铜产量将无法满足人们的需求。到那时铜产量将达到峰值，最终开始下滑，这一模式与上世纪70年代美国的石油生产类似。
没有那么快
对于任何一种资源，峰值时代的到来取决于地质、经济和技术相互间的动态影响。澳大利亚悉尼科技大学资源模型家Steve Mohr开发出一个数学模型，综合预期需求和预计储量等因素，以评估矿藏产量。理论上，这类似于评估石油生产峰值的哈伯特曲线，但是，Mohr的模型首次被用于其他矿产资源，并且未假定资源供应不受限制。
目前，Mohr和Mudd联合澳大利亚联邦科学与工业研究组织资源专家Stephen Northey、莫纳什大学的Zhehan Weng以及悉尼科技大学的Damien Giurco将Mohr的模型应用于铜矿领域。该研究小组使用了Mudd 和Weng于2012年编撰并发表的可提取铜的数据库。
Mohr等人假设人均开采铜需求将继续以每年1.6%的历史速度上升，并且世界人口将从今天的71亿增长到2100年的100亿。研究人员设定该模型通过模拟每个国家过去的铜消费和铜矿类型进行实际运算。模型显示，不断上涨的需求量引发现有矿藏的不断增产和新矿的开采。当然，该模型也传递了一些好消息，在未来20～30年，铜产量将能满足预计消费需求。
“作为一个社会，我们常常倾向于低估地下埋藏了多少铜，以及创造性社会能在多大程度上提取它们。”Tilton说。他指出，在上世纪70年代，美国地质调查局估计在当时的技术条件下大约有16亿吨铜能被开采。而现在这一数字上升到31亿吨。Tilton提到，即使不包括分布于海底海中脊的铜，这个数字“有可能再翻一番”。
Graedel则不那么认为，他表示全世界对铜矿已几近完全勘探，大多数丰富矿场已被发现。他还指出，尽管将有很多新矿床被发现，但它们可能规模相当小。
峰值之后
无论铜产量峰值何时到来，它都将带来改变。1793年，美国的铜硬币至少含有88%的铜，到1982年，硬币中包含97.5%的锌和2.5%的铜，且大部分是镀铜，以阻止人们熔炼硬币获取铜。
在一些领域，替代材料能够取代铜，但并非所有领域都能容易地使用替代物。Graedel及其同事在2013年12月2日发表于美国《国家科学院院刊》的论文中指出，铜是4种“目前在主要应用领域没有较好替代物”的金属之一（铜、铬、锰和铅）。
相比之下，回收利用更有前途。继铁和铝之后，铜已经成为第三大回收利用金属。Graedel表示，大约50%报废的铜被回收利用。政府能够通过产品设计法令，促使更容易、更便宜地回收利用来自汽车的铜线，最终将这一数字进一步提高。另外，Graedel提到，资源匮乏促进价格上涨将进一步带动循环利用。
铜并非处于消耗（提高成本）和新技术（增加供给和降低价格）竞赛间唯一的金属资源。例如，尽管价格飞涨，黄金产量在过去十年间一直保持平稳。石油生产的命运也始终牵动人心。“峰值论者”认为目前世界石油生产已经位于或接近峰值，长期以来100美元每桶的价格证明紧缩已经开始。不过，Mohr的模型并没有如此悲观，它预测石油产量峰值将在2019年到来。
另外，模型显示，不久之后，煤炭生产也将变成强弩之末，2034年世界将迎来煤炭生产峰值。Mohr最新评估结果表明，到2030年，几乎所有的化石燃料生产将达到峰值。该研究还发现，只有锂——电动车和混合动力车车辆用蓄电池的必需元素——在本世纪有望敞开供应。
无论如何，在未来几年，人们需要持续关注石油和黄金生产，而铜产量峰值也将紧随其后。（张章）
《中国科学报》 (2014-02-17 第3版 国际)
https://blog.sciencenet.cn/blog-1208826-768284.html
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