随着从化石燃料转向可再生能源,发电将给全球关键电池矿产的供应带来负担。
全球电池容量必须比现在增长40倍,而电动汽车将占未来这一容量的80%。集成电路的需求也将随之增加。
汽车与其他用途之间将围绕这两类资源展开竞争。火车、无轨电车及其他持续供电的车辆应在交通规划中发挥核心作用,以缓解对这些关键矿产的需求。
全球汽车制造商已宣布计划于2030年代中期由石油汽车转向纯电动汽车,但电动汽车所需的矿产投入是传统汽车的六倍,同时还需要更多的集成电路。目前,全球范围的集成电路短缺正迫使汽车制造商减少石油汽车的产量。那么,数十亿辆电动汽车所需的材料能否获得可持续供应?我们必须审视电动汽车供应链的环境和社会成本,并研究如何减少每乘客公里所需的关键矿产用量。
对风能和太阳能的依赖日益加深,凸显了这些能源的间歇性:晴天时发电过多,而夜晚、雨天和冬季发电又过少。化石燃料可提供储存的能量,按需燃烧使用,但可再生能源的未来将需要电池储能,并将使稀缺的供应更加紧张。储电能力很可能不足以满足需求,这意味着消费者可能不得不在为电动汽车充电与看电视之间做出选择。
我们推动电气化的大众交通方式,如火车和无轨电车,以使储存电力的供应更好地契合交通运输需求。
一辆电动汽车所用的锂可能高达一部智能手机的一万倍,这导致全球汽车制造商与电子设备制造商之间展开供应竞争。在国际能源署2021年可持续发展情景的关键矿产情景中,到2040年,80%的电池储能将用于轻型电动汽车,这将要求锂和镍的产量增长40倍,铜、石墨和钴的产量则需较2020年水平增长20倍以上。
普通车辆有96%的时间处于停放状态,这意味着电池和芯片所需的稀缺材料大多将处于闲置状态。电池会自然随时间退化,并经历一种缓慢的电量流失,即所谓的“幻影耗电”,这可能需要用另一块电池进行跨接启动。在电动汽车密集的社区,傍晚人们纷纷连接汽车充电时,电网可能出现过载,而电网本身可能需要电池储能来为电动汽车电池充电。
环境与社会影响
电动汽车的电机、充电系统乃至电池热管理都将需要更多集成电路,而这些电路的制造碳足迹巨大,并且需要消耗大量水资源。台湾生产全球三分之二的半导体,却正面临干旱:《华尔街日报》四月报道称:“官员和学者警告,由于气候变化,缺水问题在未来几年可能成为更加持续存在的问题”,“农民担心,长期短缺可能使他们的土地变得贫瘠。”《华尔街日报》四月写道。
半导体制造商正在北美西南部兴建新设施,但全球变暖已使中度干旱演变为特大干旱,影响该地区。同样,65%的智利阿塔卡马盐沼全部供水用于锂提取,造成极端缺水,并影响当地农民种植作物和维持牲畜的能力。
矿产需求增加可能导致重大温室气体排放、生物多样性丧失、污染和侵犯人权。刚果民主共和国生产全球60%的钴(电池配方中的关键成分),而其需求之高,储量将被耗尽(预计到2030年),导致采矿随时间推移而日益密集。在刚果民主共和国,国际特赦组织已将钴矿开采与侵犯人权行为联系起来,尤其是涉及童工违规问题。
电池占电动汽车成本的30%至40%,价格飙升或供应中断可能使电动汽车对消费者的吸引力下降,促使他们重新选择“安全之选”——石油汽车。锂离子电池的价格在2014年至2018年间下降了一半,但此后仅下降了10%。创新和规模经济带来的节约很快会被供需关系抵消;采矿业无法享受“网络效应”。位于社会和政治环境复杂地区的矿山可能引发资源民族主义浪潮,扰乱供应,例如刚果民主共和国2018年的税收上调,针对钴和铜。与电动汽车充电相关的问题已导致每5名电动汽车车主中就有1人在加利福尼亚州改回使用石油汽车。
多修火车,少挖矿
如果不优先改善公共交通,车辆关键材料的争夺将成为一种“对交通运输行业长期可持续性的威胁”。大部分公共交通应采用持续供电而非储存电力。电动火车、无轨电车和eHighways采用轨道或架空线的系统,应成为新型交通基础设施的骨干。
幸运的是,这无需技术突破——它“并非车辆问题,而是城市设计问题”。可持续的未来主要在于重新构想交通方式,而非重新发明交通。虽然铁路是货运和客运中能效最高的交通方式之一,但它在公共辩论中常常被忽视。
现在正是展开这场辩论的时候。




