在一篇新论文中，耶鲁大学研究团队评估了元素周期表上全部62种金属的“关键性”，提供了重要见解：哪些材料在未来几十年可能变得更难获取，哪些材料会带来最高的环境成本，以及哪些材料作为重要技术的组成部分根本无法替代。
过去十年间，制造各类高科技产品所需金属不时出现短缺，这促使人们尝试量化这些材料的关键性。关键性是根据元素用途的相对重要程度及其全球可获得性来界定的。
耶鲁大学林业与环境研究学院工业生态学克利夫顿·R·穆瑟教授、论文第一作者托马斯·格雷德尔表示，传统制造业常用的许多金属，如锌、铜和铝，目前没有显示出易受供应影响的迹象。但用于生产较新技术产品的其他关键金属——例如智能手机、红外光学设备和医学成像设备中的金属——未来几十年可能更难获得。
这项研究基于此前的研究、行业信息和专家访谈，是首个经过同行评审、对地球上所有金属和类金属的关键性进行评估的研究。
格雷德尔说：“我们长期以来一直使用的金属可能不会构成太大挑战。我们能长期使用它们，是因为它们相当丰富，而且通常在地理分布上十分广泛。但有些金属直到过去10年或20年才开始用于技术领域，而它们几乎完全是其他金属生产过程中的副产品。你无法专门开采它们；它们往往只以少量存在，而且用途特殊。它们也没有合适的替代品。”
格雷德尔说，这些发现表明，迫切需要改进产品设计，让材料更容易回收再利用。
这篇论文 发表于《美国国家科学院院刊》，总结了耶鲁大学研究团队历时五年开展的评估，考察在全球需求增长、现代产品日益复杂的背景下，地球金属资源的关键性。
研究人员指出，关键性不仅取决于地质储量。其他重要因素包括生产过程中能否找到有效替代品、矿床在地缘政治上的集中程度、采矿技术水平、监管、地缘政治举措、地区不稳定局势以及经济政策。
为评估所有金属的状况，研究人员制定了一套方法，从三个方面界定关键性：供应风险、环境影响，以及易受人为供应限制影响的程度。
他们发现，新兴电子行业中许多关键金属（包括镓和硒）的供应限制源于供应风险。采矿和加工的环境影响，对铂族金属、黄金和汞构成了最大挑战。对于钢合金元素（包括铬和铌）以及用于高温合金的元素（钨和钼），最大的脆弱性则与供应限制有关。
造成极高关键性挑战的因素包括：初级生产在地缘政治上的高度集中（例如，全球稀土金属供应量的90至95%来自中国）；缺乏可用的替代品（铟用于电脑和手机显示屏，目前没有合适的替代品）；以及政治不稳定（广泛用于电子产品的钽，有相当一部分产自饱受战乱之苦的刚果民主共和国）。
研究人员还分析了多年来回收率的变化，以及不同行业利用“非原生”材料来源的能力。格雷德尔说，有些材料（如铅）回收率很高，因为它们通常以大宗形式使用。但一些在现代电子产品中变得至关重要、相对稀有的材料，要回收利用则困难得多，因为它们的用量极少，而且越来越复杂、紧凑的新技术也让这些材料难以分离。
他说：“我认为，这些研究结果应该向产品设计师传达一个信息：多花些时间思考产品停用之后会发生什么。这些材料之所以难以回收利用，很大程度上是因为产品设计。似乎是时候多想一想这些精美产品的生命周期终点了。”
本文由 耶鲁新闻合作发布。发表本文并不代表世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：凯文·丹尼希是耶鲁大学传播官员。
图片：从废弃电子产品中收集的存储芯片。图为Dowa Holdings Co旗下Eco-System Recycling Co.。路透社/中尾由里子。
