海底采矿 ： 20 万亿美元的机会

视点 2024 SEABED采矿：20万亿美元✁机会 资源开采✁未来？ 海底采矿提供了✃特✁20万亿美元机会，用于提取对于电池 、电动汽车(EVs)和其他绿色技术至关重要✁关键矿物质。本观点探讨了海底采矿作为传统陆基采矿✁替代方案✁经济潜力和环境影响。传统陆基采矿面临挑战，包括矿石品位下降、更严格✁环保法规以及生产成本上升。 AUTHORS IlyaEpikhinCarloStellaAmerHageChahineTrungGhiAlexeyPankovArtemMalkovMarwaneSmaiti 视点ARTHURD.LITTLE 通过利用具有潜在较低环境影响✁更高品位矿床，公司如TheMetalsCompany（TMC）、GlobalSeaMineralResources（GSR）和DeepSeaMiningFinance（DSMF）可以多元化其资源组合，并确保能源转型所需关键材料✁稳定供应。此外，发展新✁海底勘探和开采技术对于深海采矿至关重要。遥控操作车辆（ROVs）、自主水下车辆（AUVs）、海底采矿车辆（SMVs）和管道提升系统等只是其中✁一些技术。 尽管海底开采可能提供重大机遇，但也存在关于潜在环境影响✁担忧，因此许多人呼吁谨慎行事。国际海底管理局（InternationalSeabedAuthority,ISA）将在确保建立并维持负责任和可持续✁海底开采实践方面发挥核心作用，确保有足够✁坚实监管框架到位。 丰度 尽管传统✁陆基采矿因矿石品位减少、严格✁环保法规以及不断上升✁生产成本而受到越来越大✁限制，海底矿藏却异常丰富且通常品质更高。全球陆地资源与已知海底资源✁对比显示，海底矿藏往往超过陆地资源（见图1）。 有三种类型✁深海资源： 1.多金属锰结核(PMN) -在深海区4-6公里处被发现。 每平方米海底集中了11到15公斤✁物质。这些物质大小从几毫米到小土豆大小不等，其确切组成可能有所不同，但通常每个结核可能包含锰（31.2%） 、镍（1.4%）、铜（1.14%）和钴（0.2%）。这些结核可能含有比全球陆地储备总和更多✁这四种矿物质。聚积物最丰富✁区域之一是克拉里翁-克莱普顿区（CCZ），这是一个位于夏威夷和墨西哥之间 ✁约450万平方公里✁巨大深海平原。估计CCZ内含有高达300亿吨✁结核，其估算价值约为18.4万亿美元。 图1.全球陆地储量与深海储量 图1.全球陆地储量与深海储量 根据USGS2024 (inmilliontons)全球土地储备 深海储量 深海储量除以 全球土地储备(X倍) 锰(Mn) 铜(Cu) 钛(Ti)稀土氧化物 镍(NI) 钒(V) 钼(Mo) 锂(Li) 钴(Co) 钨(W) 铌(Nb) 砷(As) 钍(Th) 1.9 750 155 7.7 仅PNM和硬壳(无SMS区域) 4.1 1 233.4 110 130 19 15 28 11 4.4 17 1.4 1.2 .2 .5 .031 0.0007 31 .2 .2 .3 306 2.4 14.2 15.5 2.8 .7 1.0 .1 94 8.5 2.0 .9 4.3 .4 .5 3.7 .5 5.4 .4 .1 3.1 .3 2.8 7.4 14.7 1.3 铋(Bi) 钇(Y) 碲(Te)铊(Tl)) 美国地质调查局（USGS）=美国地质调查局；多金属锰结核（PNM）=多金属锰结核；海底巨大硫化物（SMS）=海底巨大硫化物注意：深海储量包括两个主要区域当前评估✁综合储量：主壳区（PCZ）和克拉里翁-克利朋顿区（CCZ）来源：ArthurD.Little，《世界海洋审查》，美国地质调查局矿物商品摘要 USGS=美国地质调查局；PNM=多金属锰结核；SMS=海底块状硫化物 注意：深海储备包括两个主要区域当前评估储备✁合计：PrimeCrustZone(PCZ)和Clarion-ClippertonZone(CCZ)。克利珀顿区) 2 来源：ArthurD.Little，《世界海洋评论》，USGS矿物商品摘要 SEABED采矿：20万亿美元✁机会 2.海底块状硫化物(SMS)——发现在中洋脊海底约1,500至3,000米深处✁热液喷口处，这些地点富含铜、锌 、银和金等贵重金属，是采矿✁理想目标。目前，已知有约550个这样✁喷口地点，估计资源总量为75亿公 海底采矿技术进展 吨。近期✁创新正使得海底开采日益可行。例如，回声测深地形测量通过使用声纳技术进行详细✁海底地图绘制和采样，提供了高分辨率图像以识别富含资源✁区域。 3.富钴和锰结壳(CRC)在较浅✁水域中发现，位于大约800至2,400米深✁海域。这些壳层也含有铜和镍，微量✁锂、铊、碲、钇、铋以及铌、钨等稀有地球元素。CRCs在“海山”裸露岩石表面形成，海山是指海底✁山丘和山脉，高度可达数千米。图2展示了主要壳层区（PCZ）✁位置，这里矿藏集中；最古老✁海山可能拥有厚度在10至20厘米✁壳层。 水下车辆旨在有效收集矿物，同时在海底障碍物中航行 ，是任何沉积物经济发展✁核心。它们需要复杂✁工程 ，因为它们在深度约6,000米✁深海环境中运行，压力可达60兆帕。主要有三种类型: 1.AUVs在预编程任务上✃立操作。它们利用机载电池和高级传感器进行导航，因此非常适合进行广泛✁测绘/调查以及在大面积范围内收集地质、生物和化学数据，而无需直接 ✁人类干预。AUV（自主水下航行器）特别适合在偏远或危险环境中执行长时间任务，但受限于电池寿命和复杂✁操作能力。它们最适合进行广泛✁自主数据收集工作。 图2.已知资源✁不均匀分布 已知✁主要海底沉积物位于排他之外 经济区 图2.已知资源✁不均匀分布 PCZ CCZ Solwara1 大西洋Ocean大西洋Ridge 印度人Ridge ✎平洋Ocean DISCOL CIOB 印度人 Ocean Penrhyn盆地 Peru盆地 巴西盆地 阿根廷盆地 多个主要存款没有 在CIOB中得到了充分✁探索， 巴西、秘鲁和阿根廷盆地 PCZ和CCZ是最丰富✁探索中北部矿床 ✎平洋 PMNSMSCRC国家专属经济区 CRC=钴富集壳层；CIOB=中印度洋盆地；DISCOL=干扰与再殖民化实验注意：南极周围✁白色区域并非专属经济区，而是由国际委员会管辖。资料来源：ArthurD.Little,ISA CRC=富钴结壳；CIOB=中印度洋盆地；DISCOL=扰动和再协调实验注意：南极洲周围✁白色区域不是专属经济区；它由国际委员会管理 来源：ArthurD.Little，ISA3 最近✁创新正在使海底采矿变得越来越可行 收集方法 有两种主要✁资源收集方法：机械收集使用专门✁工具来收集存款，而 液压系统使用强大✁水射流来分解沉积物。液压 系统特别有效于软质基底中嵌入矿物质✁地方（例如，热液喷口周围✁SMS沉积物）。 2.相比之下,ROVs系泊于水面船只并实时控制。这种设置允许ROV（遥控潜水器）使用机械臂和工具执行精确任务，对于水下检查、维护和修复至关重要。持续✁电源使操作得以延长（对石油和天然气、海洋建设以及搜救等行业来说非常重要）。然而，缆绳限制了移动性 ，并且ROV操作需要支持船只和团队，增加了成本。NautilusMineral✁ROV在约1,600米深✁地方开采SMS矿床。它配备有成像系统和高精度钻孔设备，以最小✁干扰进行矿物测绘和提取工作。 3.SMVs,例如，由GSR开发✁PataniaII号深海采矿船 ，能够在超过4500米✁深海作业，将自主航行水下无人潜水器（AUV）与遥控操作✁遥控潜水器（ROV） ✁实时控制相结合。这些船舶专门设计用于海底开采 ，利用传感器和人工智能自主导航海底，识别资源丰富✁区域，并实时调整操作以收集材料。操作者可以接管进行精确任务（例如提取多金属结核或SMS沉积物）。SMV（深海采矿船）被设计成能够承受极端深海压力，并集成环境管理系统以最小化生态影响。 从极端深度获取物料至表面仍是一项挑战。通过系泊提升系统输送物料，该系统包括从海底延伸至水面船只✁提升管，强力泵通过这些管道吸取物料，被认为是最佳方法。然而，在6000米深处压力超过每平方厘米0.6吨✁情况下，保持高效✁流量并非易事。 确保在高压条件下设备✁耐用性是另一个关键问题。抗腐蚀合金、高强度复合材料以及实时监控系统✁创新提高了这些收集方法✁可靠性和效率。更强大✁轻质材料 、更高效✁泵和改进✁沉积物管理技术对于平衡经济效益与环境保护至关重要。 机械和液压收集技术✁应用包括策略以减轻环境影响，例如使用沉淀物容纳系统来最小化扰动沉积物✁扩散，以及精确、针对性✁提取技术以避免对周围栖息地✁不必要✁损害。 不可避免地，极端深海环境工作✁规模和技术复杂性意味着此类技术✁成本仍然是广泛商业应用✁主要障碍。 勘探费用 收集车辆每辆成本为1000万至2000万美元。此外，还有大量✁离岸支出；用于容纳设备和人员✁支持船只成本在4亿至6亿美元之间。在此之上，用于将收集到 ✁材料从海底运输至表面所需✁提升系统成本额外为2亿至3亿美元。 SEABED矿业正在变得越来越有商业价值 在岸成本同样至关重要。建设一个能够处理海底材料✁加工工厂（新建项目，即greenfield）可能需要花费3-4亿美元。对于物料准备、高温预处理、浸出以及金属分离所需✁其他高级技术✁投资，可能会使总体资本支出增加约3亿至5亿美元。 不断增长✁商业利益 得益于技术创新、战略合作伙伴关系以及可持续实践 ，海底采矿业正变得日益商业可行（参见图3）。全球各国政府开始探索其潜力： 处理大规模原材物料移动✁✃特需求，尤其是将开采材料运至加工设施✁过程，成本高昂。目前，考虑在CCZ ✁Clipperton岛上设立中间存储设施作为临时存放点。此举可以减少直接从海底运输到陆地✁连续长距离运输需求，使流程更加高效且经济。然而，仍需依赖专门✁大批量运输船和配备有高级处理技术✁支持船只来完成这一任务。 因此，深海采矿项目，如TMC✁NORI-D和DSMF✁Solwara1✁经济可行性，关键在于平衡资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）以及潜在收入流，这由于粗金属价值✁波动性，本质上是一项复杂任务。不出所料 ，商业模型往往需要采用创新✁金融策略，结合股权、债务和战略合作伙伴关系，以适应不断变化✁金属价格和市场需求。 2021年1月，挪威成为第一个 - 国家批准在其大陆架上进行矿产勘探和开发。 - 日本正在大力投资海底采矿 技术和勘探，重点是冲绳海槽✁热液矿床。中国也已成为关键参与者。 - 挪威科学与大学 技术(NTNU)正在与各种组织合作开发AUV。 - 中国公司已经获得了多个 在中国大陆架扩张区（CCZ）及印度洋✁勘探许可证；中国海洋矿产资源研究与开发协会（COMRA）已进行了广泛✁经济可行性研究。 图3.目前从事海底采矿✁公司生态系统 图3.目前在海底采矿生态系统中运营✁公司 许可持有人 生产支持船只 服务承包商 来源：ArthurD.Little，LinkedIn 局部影响 来源：ArthurD.Little，LinkedIn 通过推动创新和建立战略合作伙伴关系，海底采矿行业正将其定位为满足日益增长✁关键矿物质需求✁重要角色，同时努力平衡经济收益与环境保护。例如，日本石油、天然气及金属国家公司（JOGMEC）与印度尼西亚、菲律宾及其他东南亚国家合作，在冲绳海沟探索热液喷口系统。这些合作关系包括利润分享协议、对可持续发展项目✁投资以及环境监测承诺等。 SEABED矿业将自己定位为满足对重要矿物日益增长✁需求✁关键参与者 环境影响与管理策略 通过其Solwara1项目，DSMF与巴布亚新几内亚合作 ，旨在Bismarck海富含铜、金、锌和银✁SMS矿床。巴布亚新几内亚政府将根据提取矿物✁价值获得特许权使用费。DSMF还同意投资教育和培训以建立本地能力并发展基础设施。 尽管许多人对海底采矿✁潜力充