2025-12-01 14:14:23
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马克斯·普朗克研究所团队通过电弧炉直接熔炼深海矿石提取单质铜，并利用氢等离子体作为还原剂制备出含镍、钴等元素的合金。与传统燃煤还原法相比，该工艺可减少90%的二氧化碳排放，能耗降低近五分之一。若能在环保前提下开采锰结核，能源转型所需的关键金属将能以低碳方式生产。
未来数年金属需求将大幅增长，这主要源于工业流程电气化、交通电动化和清洁供热等经济低碳转型举措。到2050年，仅电机制造和电网扩建就需要约6000万吨铜。此外根据电池技术发展路径，可能还需额外1000万吨镍和140万吨钴。这意味着本世纪中叶铜镍需求将翻倍，钴需求可能激增五倍。金属开采始终伴随环境代价：镍钴开采导致森林反复遭砍伐，特别是刚果（金）等地的钴矿开采常涉及童工问题（联合国儿童基金会数据）。陆地矿石中目标金属含量极低——每开采1吨铜会产生约200吨废料，全球铜镍钴年开采总计产生40-50亿吨无用岩渣。
深海多金属结核（即锰结核）为陆地采矿提供了替代方案。这类富含锰、铜、镍、钴的矿藏大量分布于太平洋克拉里昂-克利珀顿断裂带。马克斯·普朗克可持续材料研究所团队在《科学进展》期刊提出创新低碳工艺：通过熔炼结合氢还原法从深海矿石中提取铜镍钴。相较于加拿大TMC公司在"诺里-D项目"采用的碳基化合物还原法，该技术可持续性显著提升——若使用绿氢与可再生能源，二氧化碳减排超90%，能耗降低近20%，且工艺流程更简化。
深海采矿：零毁林与极低废料产出
"深海采矿仍会产生环境足迹，"可持续材料研究所所长迪尔克·拉贝坦言，"数年前我因此反对开发这类资源，以免重蹈陆地采矿覆辙。"但随着认知深化，这位材料科学家转变了立场——只要采用最环保的开采方式，深海采矿值得探索。其观念转变基于多重考量：深海采矿可杜绝童工现象，大幅减少森林砍伐与废料产生。据特拉华大学测算，若为10亿块电动汽车电池提供金属原料，深海采矿仅产生90亿吨岩渣，而陆地采矿将堆积630亿吨无用岩石。
采用马克斯·普朗克团队工艺可进一步缩小深海金属生产的环境足迹。"我们在电弧炉中用氢等离子体直接还原干燥矿石，"博士研究员乌拜德·曼祖尔解释道。通过熔炼矿石并微调冷却过程，研究人员已能近乎完全回收纯铜。当氢气通入熔炉时，除生成多种可用于电池的锰氧化物外，还会形成铜镍钴合金。合金成分比例可通过还原时间调控。"优先分离铜能简化后续合金处理，"曼祖尔指出。该团队早前已开发类似工艺，可实现陆地矿石的低碳镍提取。
为深海采矿全生命周期评估提供依据
深海采矿能否替代陆地采矿仍是国际谈判议题。"我们希望通过这项研究提供深海结核关键金属的可持续提取方案，并为综合评估矿石开采与加工的环境影响提供决策数据，"曼祖尔表示。拉贝则强调："要实现低碳经济转型，我们必须接受某些艰难抉择。"
消息来源：马克斯·普朗克可持续材料研究所
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