中國學者在國際權威期刊發文：深海采礦，被忽視的關鍵礦產來源 | 深度閱讀

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觀海局

近日，國際權威期刊Nature旗下《海洋可持續發展》（NPJ Ocean Sustainability），發表中國學者的《深海采礦：保障關鍵能源礦產供應的潛在解決方案》（Deep-sea mining: a potential solution to secure critical energy minerals availability）一文，第一作者為中南大學商學院Chang Wang，其他作者為：Siyuan Zhou, Xiaojie Shu & Huiling Song。

觀海局看完覺得，該文對商業化深海采礦當前面臨的挑戰梳理得較為全面，可留存作為資料。

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深海采礦：保障關鍵能源礦產供應

的潛在解決方案

關鍵能源礦產資源持續短缺，深海采礦提供了一種潛在的補充途徑，但也引發了環境、技術和治理方面的擔憂。本文基于跨學科文獻和政策綜述，分析了深海采礦的資源潛力及其商業化挑戰。我們提出了五項優先事項：構建可持續共識、推進綠色技術、建立商業化保障機制、加強全球監測以及提升國際海底管理局促進全球合作治理的能力。

介 紹

隨著首批為期15年的國際海底勘探合同即將到期，深海采礦再次引起國際社會的廣泛關注。2024年7月，國際海底管理局（ISA）第二十九屆理事會第二次會議決定加快“區域”礦產資源開發規章草案的談判。同年7月，中國五礦集團牽頭成立了一個創新聯盟，專注于未來深海和深層地下礦產資源的勘探開發。11月，國際深海采礦公司TMC宣布，其子公司瑙魯海洋資源公司計劃于2025年6月前向國際海底管理局提交開發申請。2024年4月（應為2025年4月），美國總統簽署行政命令，加快在國家管轄范圍之外進行深海礦產的商業開采。 2025年8月，TMC發布了全球首個深海多金屬結核儲量預可行性研究報告，并計劃于2027年第四季度開始商業深海采礦。這些事件共同標志著戰略性深海礦產資源開發時代即將到來。

國際深海海底區域蘊藏著豐富的礦產資源，包括多金屬結核、富鈷結殼和熱液硫化物，其中含有大量關鍵能源礦物，例如銅、鋰、鎳、鈷和稀土元素。這些資源對于促進全球能源轉型和支持可持續發展至關重要。隨著全球陸地資源日益減少，能源轉型步伐加快，目前主要依賴陸地資源的關鍵能源礦物供應體系正面臨嚴峻挑戰。深海采礦可能成為一種日益不可或缺的選擇。一方面，氣候變化減緩和全球能源轉型顯著增加了關鍵能源礦物的供應壓力，因為新型低碳能源設備需要大量的礦物。另一方面，陸地礦產資源的供應能力受到地質儲量、地理分布、產業鏈集中度和地緣政治競爭的制約，難以在短期內滿足快速增長的市場需求。近期研究表明，關鍵礦產的供應限制可能會顯著降低清潔能源在實現《巴黎協定》目標方面的貢獻。因此，開發國際深海海底豐富的礦產資源似乎是解決能源—礦產關系困境的一種方案。深海采礦的經濟評估表明，特定深海區域的某些關鍵能源礦產已具備商業開發的潛力。因此，深海海底有望成為全球關鍵能源礦產的新興重要來源。

然而，由于面臨諸多技術挑戰、環境問題、法律不確定性、經濟考量以及社會接受度問題，深海采礦一直被低估或忽視。這些因素共同阻礙了其作為關鍵能源礦物來源的發展。本文基于對現有科學文獻、國際政策框架和近期國家政策趨勢的跨學科回顧，系統分析了國際海底區域深海采礦的資源潛力及其商業化挑戰。此外，本文還提出了可持續深海采礦的潛在解決方案，以期更好地為即將到來的深海采礦時代做好準備，并確保關鍵能源礦物的供應。

深海采礦：被忽視的關鍵能源

礦物供應來源

關鍵能源礦物的長期結構性短缺。全球關鍵能源礦產供應短缺并非短期或突發性問題，而是一項長期結構性挑戰。這種短缺源于供需因素的累積效應，包括戰略性新興產業的快速發展以及關鍵能源礦產的固有特性，例如其不可替代性和共生性。此外，地緣政治格局的變化、大國競爭以及陸地載體金屬產能的調整也加劇了這一短缺，對關鍵礦產供應鏈造成了沖擊。

不斷增長的需求。近年來，全球向低碳能源轉型趨勢預計將顯著增加對關鍵能源礦物的需求。國際能源署（IEA）和世界銀行估計，向低碳能源系統轉型大約需要30億噸此類礦物。鋰、鈷、鎳、錳、鎵、銦和稀土元素的需求預計將呈指數級增長。到2040年，新能源汽車對鎳、鈷和鋰的需求可能分別增長41倍、21倍和43倍。風力發電方面，釹和鐠的需求預計將增長兩倍；光伏發電方面，銦和鎵的需求可能分別增長四倍和八倍。2023年12月，世界經濟論壇發布的白皮書《保障能源轉型所需的礦產資源》警告稱，到2030年，關鍵礦產供應可能不足以滿足需求。

不可持續的供應。關鍵能源礦產的區域集中性和顯著的空間分布不平衡加劇了全球供應的結構性風險。研究表明，到2023年，全球超過70%的鈷產量和近80%的新增產量將來自剛果民主共和國（剛果（金）），這將帶來巨大的供應風險。關鍵能源礦產需求的快速增長、分布的不均衡以及日益復雜的全球地緣政治格局，對現有陸地采礦系統的可持續供應能力提出了前所未有的挑戰。

一種重要的新型關鍵能源礦物來源。深海海底蘊藏著豐富的關鍵能源礦物，具有巨大的經濟價值和商業化潛力，使其成為全球關鍵能源礦物的一個很有前途的新來源。

深海蘊藏著豐富的資源。國際海底區域蘊藏著豐富的礦產資源，例如多金屬結核、富鈷結殼、多金屬硫化物和深海稀土。這些資源含有大量的鈷、鎳、銅、錳和稀土元素，使其成為重要的能源礦物的重要新供應來源（表1）。例如，僅太平洋地區就擁有89億噸錳儲量、3.9億噸鎳儲量和7800萬噸鈷儲量，分別是陸地相應儲量的5.7倍、4.1倍和10.3倍。TMC近期發布的一份報告顯示，僅NORI-D礦的多金屬結核探明儲量就達5100萬噸，而整個礦山的多金屬結核探明儲量超過3億噸。

經濟價值和商業化潛力。戰略性深海礦產開發可為東道國和鄰近發展中國家帶來顯著的社會效益，包括促進經濟增長和增加就業機會。國際公認的模型，例如MIT模型、AG模型、CSU模型和BMWi模型，對國際海底區域的多金屬結核進行了經濟評估。這些模型采用折現現金流（DCF）方法。收入部分主要包括從四種深海礦物中提取的貴金屬：鈷、錳、銅和鎳。成本結構涵蓋資本支出和運營支出，包括預可行性研究和可行性研究、采礦作業、運輸和冶煉系統以及場地修復。在計入東道國25%的所得稅后，根據MIT、AG和CSU模型計算，深海采礦的內部收益率（IRR）分別為17.1%、18.1%和27.0%，顯著高于陸地采礦的12%。TMC報告稱，Nori-D礦的稅后凈現值（NPV）為55億美元，稅后內部收益率（IRR）為27%；而對剩余的NORI和TOML礦區的初步評估顯示，其凈現值（NPV）為181億美元，預計稅后內部收益率（IRR）為36%。鑒于陸地礦產資源日益短缺，深海礦產儲量豐富且具有良好的商業前景，因此開發深海礦產是緩解礦產資源供應壓力的有效途徑。

深海采礦即將進入商業化階段。隨著最初15年國際海底勘探合同的到期，深海采礦正從勘探階段過渡到商業開發的新階段。全球主要國家和企業已在制度框架和技術進步方面做了大量準備，為這一關鍵轉變做好準備。

機構準備。國際海底管理局（ISA）和世界各國已采取積極的體制措施來促進這一過渡（表2）。自2019年以來，ISA理事會一直在審議由法律和技術委員會移交的《區域礦產資源開發條例》草案。理事會每年召開2-3次會議審議該條例。2024年7月，在ISA第29屆理事會第二次會議上，決定推進《開發條例》的談判，以最終確定一份全面的文本。2025年4月24日，美國發布了一項名為《釋放美國近海關鍵礦產和資源》的行政命令，要求聯邦機構加快深海采礦許可證的審批，以推進商業深海采礦進程。該命令還呼吁對與深海資源戰略開發相關的關鍵問題進行研究，包括利益分享、技術研發、貿易以及對環境和人類健康的影響。

技術準備。全球范圍內已開展了大量深海礦產開發利用技術的研究和試驗。勘探技術普遍已達到商業應用水平。部分采礦、平臺和通用技術也已進入工業應用階段，而其他大部分技術仍處于研究、開發和示范階段（圖1）。主要國家已針對個別深海采礦設備和系統開展了海上試驗，使這些技術接近工業應用水平。值得關注的里程碑事件包括：日本2017年開展的深海多金屬硫化物采礦全系統試驗；金沙集團（GSR）2021年在克拉里昂-克利珀頓斷裂帶（CCZ）采集多金屬結核；中國2021年在南海開展的綜合深海采礦系統試驗；加拿大礦業公司TMC2022年在4300米深處回收3000噸多金屬結核。韓國和印度也對深海采礦船進行了廣泛的海上試驗和技術改進。早期的聯合體，如KCON，以及后來的先驅者和目前的勘探合同持有者，都對選礦和冶金技術進行了廣泛的研究。這促成了多金屬結核的中試規模加工試驗，以及富鈷結殼和多金屬硫化物冶金工藝的實驗室規模實驗。

深海礦產商業開發未來面臨的挑戰

技術可靠性方面的挑戰。深海采礦涵蓋海底關鍵礦產資源的勘探、勘查和開采階段。這是一個規模龐大、復雜且技術難度極高的系統性項目。在深海礦產開發利用的整個生命周期中，目前只有勘探技術相對成熟并達到了商業化水平。一些采礦、平臺和環境技術仍處于研發和示范階段，而一些選礦、冶金和管理支持技術仍處于理論研究階段（圖1）。目前，尚無完全成熟且具有商業可行性的采礦系統足以支撐深海關鍵能源礦產的商業開發利用。

復雜海洋條件下的作業挑戰。深海采礦系統和設備依賴于多信息集成和多臺設備的協同運行。采礦設備的耐久性、材料的韌性、電子元件的穩定性以及整個系統的可靠性都受到高壓、低溫、弱光和強腐蝕力的嚴峻考驗，此外，溫躍層移動、暗流和海底地質變化等環境因素也會加劇這種考驗。例如，將礦物從海底長距離輸送的需求尚未解決，泵的耐腐蝕性、耐磨性和抗沖擊性等關鍵問題仍未得到解決，泵管和其他關鍵部件的可靠性仍然不足。

缺乏長期運行驗證。目前深海采礦系統的海上試驗受時間限制，無法模擬長期、跨季節或多年生產場景。數據不足阻礙了對設備維護周期、耗材更換需求以及系統在其整個生命周期內的性能衰減進行準確預測。因此，深海采礦系統長期運行的穩定性和經濟可行性仍未得到科學驗證。

大規模生產能力驗證不足。實現足夠的產能對于供應關鍵能源礦物至關重要。目前的海上試驗通常規模較小、周期較短，忽略了大規模作業面臨的諸多挑戰，例如協調多輛采礦車輛、平衡并聯提升系統中的負載，以及管理采礦船上的大容量存儲和連續裝卸作業。這導致無法準確評估規模化系統中的效率瓶頸、故障風險和運營成本。

環境承載力面臨的挑戰。深海采礦需要在資源開采和環境保護之間取得平衡，體現了資源和環境的雙重性。國際社會在開發深海資源和保護海洋環境之間的矛盾上仍然存在嚴重分歧，加劇了對資源獲取的需求與呼吁暫停采礦活動之間的沖突。

人們對深海生態系統的了解仍然有限。當前監測技術的現狀，加上深海生態系統極端惡劣的環境條件，極大地限制了對生態系統功能、基線環境特征、恢復力、底棲生物連通性以及生態群落恢復可行性等關鍵因素的全面研究。此外，為深海采礦作業提供信息的主要海洋數據庫也存在明顯的不完整性。對深海棲息地和生物多樣性的了解有限，阻礙了對采礦相關環境影響的準確預測和評估，從而加劇了生態風險和不確定性。例如，深海暗氧是深海生物生存的關鍵。有研究表明，深海多金屬結核可以促進暗氧的產生，但深海采礦對暗氧產生的影響仍然未知。

深海采礦對環境造成重大影響。深海采礦可能對環境造成重大影響，并可能導致生物多樣性喪失、食物鏈中斷和生態系統退化等不可逆轉的損害。采礦活動不僅破壞作業地點的局部生態系統，還會產生包括尾礦排放、沉積物沉積和再懸浮在內的次生環境影響，從而污染周圍的深海環境。物理擾動，例如沉積物羽流、水下噪聲和光污染，會擴大影響范圍，進一步污染海洋食物網，并改變沉積物、水文和生物群落結構。最近的研究表明，深海采礦的影響至少會持續十年，盡管部分生物會重新定殖，但在直接受擾動的區域，生物群落仍將保持改變狀態。

深海生態修復面臨的挑戰。深海生態系統的修復技術仍不成熟，缺乏可行的解決方案或實踐經驗。深海環境的脆弱性和復雜性，加上其對物理擾動的極端敏感性，給生態修復帶來了重大挑戰。修復的高技術難度和高運營成本阻礙了實用措施的推廣，增加了對脆弱生態系統造成進一步損害的風險。

可持續治理面臨的挑戰。深海采礦發生在多個國家管轄范圍之外的國際海底區域。它受到國際法規和適用國內法律的雙重監管，這反映了其獨特的法律地位，也增加了其監管的復雜性。

ISA治理能力的局限性。國際海底管理局（ISA）在有效監管深海采礦方面面臨著諸多制約因素。它缺乏健全的機制來監測和管理采礦活動的實際運作，也缺乏相應的治理機構。此外，ISA在財政和人力資源方面高度依賴成員國。這種依賴往往導致成員國和申請者依賴自我報告和合規承諾，而缺乏足夠的執法機制來處理違規行為，這可能導致監管不力。ISA秘書長的態度也將對深海采礦進程產生影響。2025年上任的新秘書長萊蒂西亞·卡瓦略重申了她對深海采礦的中立立場，并將推動制定“強有力的、以科學為基礎的”深海采礦規則，但由于成員國之間目前對深海采礦的爭議，這可能會導致深海采礦的啟動被推遲。

監管框架不完善。國際深海采礦監管體系仍不完善，相關開采法規尚未頒布。盡管瑙魯于2021年6月啟動了“兩年規則”，但國際海底管理局（ISA）尚未正式頒布開采法規。缺乏詳細的法律條文導致深海采礦的監管和治理缺乏堅實的基礎，加劇了監管的不確定性，并增加了治理風險。

相互沖突的國家利益。各國利益的分歧導致了深海采礦領域存在重大分歧。隨著全球競爭和戰略對抗的加劇，各國在采礦活動的時機和環境法規方面目標各異。中國和俄羅斯等支持者主張有序開發深海礦產資源。法國、德國和瑞士等歐洲國家則呼吁暫停深海采礦，直到國際海底管理局制定環境保護法規和監督機制，理由是深海采礦可能對海洋生態系統造成損害。非洲集團等觀察員無法直接參與，但希望從中獲得經濟利益。與此同時，美國等霸權國家力圖掌控深海資源，以確保其長期的戰略和資源優勢。

社會文化糾紛。近年來，包括原住民社區和民間社會在內的非國家行為體在反對深海采礦方面發揮了日益重要的作用。寶馬集團和世界自然基金會聯合三星、谷歌和沃爾沃集團共同發起了一項倡議，旨在避免因開放深海海底進行礦產開采而對經濟和海洋健康造成的重大風險。2024年7月初，美國夏威夷州州長喬什·格林在檀香山簽署了一項法案（SB2575），禁止在該州太平洋海域進行海底采礦作業，以保護夏威夷豐富的海洋生物和金槍魚漁業。太平洋教會理事會認為，在太平洋進行深海采礦將對海洋產業、文化習俗和生計構成嚴重威脅。

對現有礦產供應系統的潛在影響。深海采礦進入全球礦產市場可能會擾亂現有的供應鏈。它有可能削弱傳統采礦業的市場份額和穩定性，尤其是陸地采礦業。這種擾亂可能導致正在進行的項目被放棄、礦場未得到修復以及礦山恢復面臨挑戰，從而引發對當地經濟、社會穩定和生態環境的一系列不利影響。

替代方案的挑戰。深海采礦并非緩解全球關鍵能源礦物短缺的唯一途徑；還有其他一些替代方案，包括加強陸上采礦、發展循環經濟和材料替代。這些替代方案或許可以減輕在全球范圍內開展深海采礦的緊迫性。

加強陸上采礦。加強陸地礦產勘探工作，擴大陸地關鍵能源礦產的生產，將有助于降低對深海礦產的需求。目前，陸地高品位淺層礦產資源正逐年減少。為了滿足未來對關鍵能源礦產的需求，必須開采低品位、結構復雜且埋藏較深的礦藏。然而，這會導致更高的能源消耗、更高的采礦和生態修復成本，以及顯著降低的經濟回報。此外，資源民族主義和技術脫鉤等風險的增加，也加劇了陸地礦產供應的不確定性。

循環經濟。近年來，清潔能源技術的廣泛應用推動了清潔能源基礎設施和終端應用的大規模部署。因此，關鍵能源礦物的社會存量和廢棄量迅速增加，凸顯了其回收利用的巨大潛力。隨著環境保護力度的加大，可再生資源中的關鍵能源礦物比深海礦物具有更高的經濟效益和更環保的優勢，這將削弱深海礦物的競爭優勢。然而，由于這些關鍵能源礦物通常在報廢產品中含量較低，且報廢產品分布廣泛，因此其回收利用面臨著相當大的技術挑戰。

材料替代。一些學者強調，需要推進替代材料和技術的創新，并優化金屬的使用和分配，以減輕關鍵能源礦物的供應壓力。零部件和產品替代策略也有助于減少對這些礦物的依賴。這可以從源頭上緩解市場對關鍵能源礦物的需求，從而減少對深海礦物開采的需求。然而，雖然材料替代可以減少對特定關鍵能源礦物的需求，但本質上只是將供應問題從一種金屬轉移到另一種金屬。例如，雖然技術替代可以幫助降低電動汽車開發對鈷的依賴，但也會導致供應負擔的轉移，從而增加對鎳的需求。

可持續的深海采礦行動

共識。在地緣政治格局分散的背景下，就深海采礦達成共識應首先從區域合作和針對具體問題的協調入手，以此作為邁向更廣泛全球協調的墊腳石。務實的途徑在于促進志同道合的國家、沿海國家或共享生態系統中的利益攸關方達成共識。借鑒軟法實踐模式的靈活、科學的機制有助于各國在核心原則上達成一致，而無需達成全面的法律協議。同時，對分階段、有條件開發做出共同承諾至關重要：只有在滿足明確的環境、技術和制度門檻后，才能開展采礦活動。一份明確目標、空間優先事項和技術成熟度水平的聯合路線圖可以指導進展，同時允許制定適應性目標、差異化參與和不斷變化的責任。

創新。鑒于深海采礦的關鍵突破，例如零排放采礦系統或基于人工智能的生態系統監測，仍處于起步階段，必須大力鼓勵技術創新活動。具體而言，應重點推進綠色環保技術，以確保采礦過程中零排放、零泄漏（包括工作介質泄漏、廢物排放、廢棄設備以及噪聲污染）。同時，應開發綠色選礦和冶金技術，并配套建設大規模海洋清潔能源供應系統，以最大限度地減少采礦作業中的能源消耗和排放。應采用高強度、耐腐蝕、耐磨損的材料，打造適用于極端深海環境的高可靠性采礦設備。應采用冗余設計和故障預警系統，以提高設備的可靠性和穩定性。應鼓勵開展深海采礦實驗項目，作為驗證采礦設備可靠性和安全性的試驗平臺。此外，還應鼓勵將智能技術應用于深海采礦，從而在大數據、互聯互通和智能集成等前沿領域保持領先地位。致力于推進跨領域多設備集成和信息化決策支持方面的技術創新，涵蓋從水面到水下、采礦-監測-運輸以及海上到陸上作業等各個環節。這些技術進步將實現對海底的實時智能監測、評估和決策，從而提高深海采礦作業的效率和安全性。

商業化。明確深海采礦的利益分享機制，包括確定受益人及其各自的利益層級，以經濟利益為首要考量，非經濟利益為補充。認真權衡各方利益，確保公平合理分配。深海采礦活動的收費結構應兼顧國際海底管理局締約方的整體利益和承包商的具體利益。在設定收費標準和支付條件時，必須充分保障承包商的利益份額。設立深海采礦收入基金，支持深海科學研究、環境保護和可持續發展項目，從而促進深海資源的可持續利用。此外，應盡快啟動領海勘探性采礦和深海采礦試驗活動。通過逐步擴大這些試驗活動的規模和范圍，可以促進深海礦產商業開發相關技術標準和監管體系的逐步完善。

監測。建立全球數據收集與共享機制對于量化深海礦產儲量和供應潛力至關重要。繪制地圖并編制清單，展示深海礦產的位置和現狀，有助于礦業國家和企業更科學地規劃開采活動，確保深海礦產的可持續利用。應監測深海采礦對陸地礦產供應市場的影響，包括價格波動、市場競爭、循環經濟和地緣政治沖突。鑒于深海采礦存在的潛在風險和挑戰，陸地礦產供應商應制定應對策略和計劃，包括調整生產計劃、優化資源配置、加強風險管理等措施，以確保在風險發生時能夠快速響應并減少損失。建立涵蓋深海采礦活動全生命周期的環境監測體系至關重要。該體系還應編制清單和數據庫，記錄深海采礦對生態和環境的影響。必須制定嚴格的科學監測標準，并定期更新，以適應深海采礦技術的進步和環境變化。

治理。隨著深海采礦的推進，治理必須從分散的監管轉向以科學為基礎的連貫全球框架。國際海底管理局（ISA）應通過制定具有約束力的環境和技術標準、明確承包商和國家的法律責任、強制開展基線研究、實時監測以及制定可執行的恢復和補償計劃來加強其機構能力。借鑒北極理事會和南極條約體系等模式，可以考慮建立一個全球科學協調平臺，以共享生態數據和評估風險。根據國際聯合科學評估，劃定限制或禁止采礦的環境禁區。在受影響國家（例如太平洋島國、資源依賴型經濟體和沿海發展中國家）之間發起區域對話，以促進利益共享和能力建設。只有通過體制改革和包容性合作的雙管齊下，治理才能跟上深海采礦的規模和風險。

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