【科技.未來】轉型綠能需大量礦石 深海挖礦較陸上環保是出路?

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在全球暖化的威脅下,再生能源發展一日千里,然而,製作電動車電池和太陽能板等設備需要大量金屬,加上來自手機和電腦等電子產品的需求有增無減,令到陸地上的礦坑日漸枯竭,如何滿足未來的金屬需求成為一大難題。部分國家及初創公司把目光放在深海,認為那裏蘊含的金屬資源比陸地更多,又可避免挖礦業主長年剝削礦工和童工問題,但深海挖礦殊不容易,商業挖掘最快要在2020年確立監管制度後才能展開,科學家亦警告深海挖礦或對海洋生態造成深遠破壞。在保護海洋生態和轉型綠能之間,我們要如何取捨?

當陸地上的礦工每天從日漸枯竭的礦坑中挖出僅餘金屬,一艘停泊在日本沖繩島附近海域的船隻,運輸帶上不斷吐出含有鋅、金、銅、鉛等金屬的黑色碎石。這些金屬來自約1,600米深海,船上的工作人員遙控水底機器挖掘礦石,再吸上水面運走。

這是日本經濟產業省與該國的石油天然氣和金屬礦物資源機構(JOGMEC)於2017年8月中至9月尾進行的先導測試。據英文《日本時報》(The Japan Times)報道,經產省估計,試驗挖得的鋅相當於日本一整年的用量。

(香港01製圖)

「新的石油」 品質較陸上好

從深海挖掘金屬不但有望令日本擺脫長期依賴進口金屬的局面,或許更可以滿足全球對金屬愈來愈大的「胃口」。多個行業對金屬需求龐大,其中之一是手機、電腦、智能手錶等消費電子產品,例如電腦電路通常要用到金;電池原料需要鎳、錳、鋅、鈷等,而銅則廣泛用於各種接線。國際銅業協會澳洲分部行政總裁John Fennell於2017年估算,銅的全球每年需求將從2016年2,600萬噸升至2030年4,000萬噸。

這些海底金屬亦對再生能源應用十分重要,製造太陽能板、風力發電機、電動車電池等需要大量金屬。初創公司DeepGreen行政總裁Gerard Barron表示,一個5兆瓦(megawatt)的風力發電機就需要15噸錳、5噸鎳和5噸銅建造,儲存能量的電池也需要鎳、錳、鈷等來製造。

海底金屬亦對再生能源應用十分重要。(視覺中國)

美國地質調查局(USGS)的資料顯示,深海所含的鎳、鈷和稀有金屬,多於陸地所有礦坑總和,有望成為未來的金屬來源。USGS地質學家James Hein預期,到2030年,全球金屬供應將有5%來自深海,並在2050年升至15%。Hein說:「我們需要金屬,否則綠能科技、手機、電動車等基本上都要停止發展。我們要確保深海挖礦盡可能環保。」

英國地質調查局礦存與商品組長Paul Lusty則認為,海底金屬比起陸地金屬更符合碳效率(carbon efficiency)。例如陸上銅礦品質在過去十年就跌了25%,換言之,每公斤礦石所含的銅更少,需要更多能源來開採,增加碳排放。Lusty說:「相比陸上礦床,海底礦床有時含金屬量更多,所以,只需要較少的礦石便能得到同等分量的金屬,減少挖掘、碾磨,也意味着減少能源消耗。」難怪DeepGreen形容海底的金屬為「未來金屬」(metals for our future):「它們是一個可持續星球所需的金屬……是新的石油。」

除了日本,加拿大、美國等跨國企業也對海底礦石虎視眈眈。(Nautilus Minerals圖片)

多國覬覦 紛紛計劃開採

海底金屬的來源主要有三種。第一種是散落在逾100萬平方公里海底平原、一顆顆黑色呈薯仔狀的多金屬結核(polymetallic nodules),這些結核要數以百萬年才能沉積1厘米厚,大小從一粒豆至與足球相若。它們被一層約15厘米厚的海底泥覆蓋,主要含有鎳、鈷、銅、錳等金屬,可以浚挖(dredging)方式送上海面由船隻運走,是最容易挖掘的海底金屬。夏威夷南部與墨西哥西部之間的克拉里昂—克利伯頓斷裂帶(Clarion-Clipperton Fracture Zone)便藏有大量多金屬結核。

第二種是海底塊狀硫化(seafloor massive sulfide,簡稱SMS)礦床,它們從一個個像煙囱般的海底熱泉(hydrothermal vents)而來。當海水透過空隙流入海床底,經地熱加熱後,會連同海床岩石中的金屬及沉澱的硫一同噴出,形成熱泉,金屬被海水冷卻後會逐漸沉積成塊狀,並隨板塊移動而逐漸不再活躍,留下大量銅、鋅、鉛、金、銀等。熱泉通常位於1,000米至4,000米深海底,分佈在大陸板塊之間,例如大西洋中脊、印度洋脊和西南太平洋。

第三種是沉積於800至2,500米深海底山表面的富鈷結殼(cobalt-rich crusts),是三者之中最難挖掘的。富鈷結殼主要含有鈷、鎳、銅、鈦、鉑等金屬,以及類金屬碲(tellurium)。

從深海打撈的礦石。(Nautilus Minerals圖片)

不過,光是要找到金屬礦物所在已經不容易,要找出SMS礦床更難上加難,因為它們只有約一個足球場大小,並被一層層海洋沉積物所遮蓋。「現時的遙控感應勘探工具可測量不同熱金屬排放。但隨着熱泉老化,金屬會被沉積物影響或覆蓋,最終埋於海底而無明顯痕迹。」 Lusty解釋。

即使找到礦物所在,還要判斷它們有多大,才可估計出蘊含多少資源。日本地球科學總合研究所(JGI)新技術推進室室長淺川榮一解釋,較可靠的方法是向海底發射聲波,部分聲波碰到金屬礦物的堅硬表面後會反射:「利用水聽器可感測到微弱而仔細的反射波,分析後便可得出水底圖像。」英國國家海洋學中心(National Oceanography Centre)地質學家Bramley Murton的團隊則選擇向海底發射電磁波,偵測電阻系數和電位變化,從而得出金屬位置。JOGMEC在2017年的測試也是用電磁波找出水底礦物。

Nautilus Minerals所製作的深海挖礦機。(Nautilus Minerals圖片)

多國政府和企業看中深海金屬的價值,紛紛部署海底勘探及未來開採計劃。日本經濟產業省繼2017年進行測試後,去年8月發表的《能源策略計劃》寫明將繼續研究挖掘海底礦物。加拿大海底挖礦公司Nautilus Minerals早於2010年就構想,到巴布亞新畿內亞對開、俾斯麥海(Bismarck Sea)Solwara 1區域的海底熱泉挖掘金屬,並於2012年建造了三部大型鑽挖機器。Nautilus預期,每磅銅的成本可低至8美仙,比位於智利的全球最大銅礦埃斯康迪達(Escondida)的每磅1美元為低,惟公司現正陷入財困,若找到資金,可望於2020年展開挖掘。

美國軍方承包商洛歇馬丁(Lockheed Martin)子公司UK Seabed Resources亦從聯合國轄下國際海底管理局(International Seabed Authority,ISA)取得准許,在克利伯頓斷裂帶兩處共13.3萬平方公里範圍內勘探多金屬結核。其他競爭者還有獲全球最大貨櫃航運公司馬士基(Maersk)和全球最大商品交易商嘉能可(Glencore)支持的DeepGreen、比利時海洋工程巨企DEME子公司Global Sea Mineral Resources、沙特阿拉伯的Manafai,以及中國中央企業中國五礦集團等。

上文節錄自第150期《香港01》周報(2019年2月18日)《轉型綠能VS海洋保育 深海挖礦陷兩難》。

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