?(此文章轉(zhuǎn)載自公眾號《地學(xué)時空》）
隨著能源轉(zhuǎn)型和資源短缺壓力加劇，非常規(guī)與未開發(fā)資源（如可燃冰、地熱伴生礦產(chǎn)、城市礦山）成為研究熱點，但其開發(fā)路徑充滿爭議。本文從技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟三方面總結(jié)核心爭議，并提出協(xié)同解決方案。
一、天然氣水合物（可燃冰）：能源潛力與生態(tài)風險的博弈
1.? 支持開采的核心論據(jù)
- 儲量優(yōu)勢全球可燃冰中甲烷儲量約3×101? m3，相當于全球天然氣剩余儲量的50倍（Boswell et al., 2020）。
- 低碳屬性甲烷燃燒的二氧化碳排放強度為56 kg/GJ，顯著低于煤炭（95 kg/GJ）和石油（73 kg/GJ）（EIA, 2022）。
- 技術(shù)突破
- 降壓法中國南海神狐海域試采實現(xiàn)連續(xù)30天日產(chǎn)3.5萬m3，累計產(chǎn)氣量破百萬立方米（CNOOC, 2023）。
- CO?置換法日本與加拿大聯(lián)合實驗表明，注入CO?可置換甲烷并實現(xiàn)碳封存，綜合能效提升15%（Konno et al., 2018）。
2.? 反對聲浪：環(huán)境風險不可忽視
- 甲烷泄漏的放大效應(yīng)
- 1噸甲烷的百年尺度溫室效應(yīng)是CO?的28倍，若開采中泄漏率超過3%，氣候效益將完全抵消（Ruppel & Kessler, 2017）。
- 2021年挪威北極海域試采中，海底監(jiān)測到甲烷羽流擴散至海面，導(dǎo)致局部海域溶解氧下降20%（Waage et al., 2022）。
- 地質(zhì)失穩(wěn)威脅
- 可燃冰分解導(dǎo)致沉積層孔隙壓力驟降，可能誘發(fā)海底滑坡。模擬顯示，南海某區(qū)塊開采后海底坡度變化率超過5°/年（Li et al., 2021）。
- 日本南海海槽試采后監(jiān)測到里氏0級地震活動，與地層應(yīng)力釋放直接相關(guān)（JOGMEC, 2022）。
3.? 爭議焦點
支持者認為可燃冰是“碳中和過渡期的關(guān)鍵拼圖”，反對者則警告其可能成為“引爆氣候危機的導(dǎo)火索”。核心矛盾在于：現(xiàn)有技術(shù)能否將甲烷泄漏率控制在0.5%以下，以及地質(zhì)風險評估模型的可靠性。
二、地熱伴生礦產(chǎn)：綠色能源的衍生困局
1.? 開發(fā)機遇
- 資源潛力
- 美國加州Salton Sea地熱田鹵水含鋰濃度高達400 ppm，預(yù)計年產(chǎn)鋰可達12萬噸，占全球需求的40%（DOE, 2023）。
- 德國萊茵地塹地熱井中銣含量達50 ppm，遠超傳統(tǒng)礦石品位（Bauer et al., 2020）。
- 低碳工藝
- 選擇性吸附澳大利亞公司Vulcan Energy開發(fā)的鋰吸附劑（LiPro?）可在80℃下實現(xiàn)鋰回收率95%，能耗僅為鹽湖提鋰的30%（Vulcan Energy, 2023）。
- 電化學(xué)萃取瑞士PSI研究所開發(fā)銣離子篩，通過電位調(diào)控實現(xiàn)銣/鉀分離效率99.8%（Binnemans et al., 2021）。
2.? 經(jīng)濟與環(huán)境挑戰(zhàn)
- 成本與收益的拉鋸戰(zhàn)
- 地熱提鋰綜合成本約5000-8000美元/噸，需鋰價長期高于20萬元/噸才具競爭力（Benchmark Minerals, 2022）。
- 鹵水中的高氯離子（>10,000 ppm）和硫化氫（>200 ppm）導(dǎo)致設(shè)備腐蝕速率加快10倍，316L不銹鋼管道壽命僅2-3年（Calpine, 2021）。
- 隱性污染風險
- 回注鹵水可能攜帶重金屬（如砷、汞）滲入地下水。2020年德國Landau地熱項目因砷濃度超標0.5 mg/L被勒令停產(chǎn)（LGB, 2021）。
- 地熱流體中放射性元素（如鐳-226）富集，美國Imperial Valley地熱田尾水輻射強度達1.5 μSv/h，超安全閾值3倍（Kohl et al., 2020）。
3.? 爭議本質(zhì)
地熱伴生礦產(chǎn)究竟是“能源與資源的雙贏方案”，還是“披著綠色外衣的技術(shù)陷阱”？關(guān)鍵在于：能否突破腐蝕與分離技術(shù)瓶頸，以及建立全生命周期環(huán)境監(jiān)管體系。
三、城市礦山：循環(huán)經(jīng)濟的理想與現(xiàn)實
1.? 資源回收的突破性進展
- 金屬富集度
- 廢棄電路板含金量達200-500 g/噸，是金礦品位的50倍；鋰離子電池中鈷濃度15%，遠超原生鈷礦（UNEP, 2023）。
- 日本DOWA公司開發(fā)的“超高溫等離子體”技術(shù)可回收手機中的釹、鏑等稀土，純度達99.99%（DOWA, 2022）。
- 綠色技術(shù)革新
- 生物浸出用氧化亞鐵硫桿菌處理電子廢棄物，銅浸出率98%，且無二氧化硫排放（Ilyas et al., 2020）。
- 超臨界流體分選比利時Umicore公司利用超臨界CO?剝離電池電極材料，鈷回收率99%，溶劑消耗量降為零（Umicore, 2021）。
2.? 技術(shù)與制度的雙重阻礙
- 分離提純難題
- 電子廢棄物含60余種金屬，火法冶金產(chǎn)生二噁英（如加納Agbogbloshie的露天焚燒導(dǎo)致二噁英濃度超歐盟標準100倍）（Akortia et al., 2021）。
- 機械破碎導(dǎo)致貴金屬顆粒納米化，傳統(tǒng)浮選法對粒徑<10 μm的金顆粒回收率不足20%（Cui & Zhang, 2021）。
- 經(jīng)濟動力不足
- 正規(guī)企業(yè)處理1噸電子廢棄物成本約500美元，而非法拆解僅需50美元，導(dǎo)致全球80%電子垃圾流入灰色市場（INTERPOL, 2022）。
- 歐盟WEEE指令要求成員國回收率不低于65%，但實際平均僅45%，主因是消費者參與率低（Eurostat, 2023）。
3.? 核心爭議
城市礦山被寄望為“破解資源詛咒的鑰匙”，但現(xiàn)實是：技術(shù)成熟度不足與全球供應(yīng)鏈脫節(jié)，導(dǎo)致其仍停留在“實驗室成功”階段。
四、協(xié)同解決方案與未來路徑
1.? 可燃冰開發(fā)：風險對沖技術(shù)
- 研發(fā)海底甲烷捕獲罩（如挪威SINTEF設(shè)計的“冰繭”系統(tǒng)，泄漏氣體捕獲率90%）。
- 建立國際可燃冰開發(fā)數(shù)據(jù)庫，共享地質(zhì)穩(wěn)定性監(jiān)測數(shù)據(jù)（ISO/TC67, 2023）。
2.??地熱礦產(chǎn)：材料與工藝革命
- 開發(fā)鈦-鉭合金管道，耐氯離子腐蝕壽命延長至10年（Sandvik, 2022）。
- 推廣“零排放”鹵水處理工藝，如膜蒸餾耦合電滲析（MIT, 2023）。
3.??城市礦山：全鏈條重塑
- 立法強制電子產(chǎn)品“可拆解設(shè)計”（如歐盟《生態(tài)設(shè)計指令》要求手機電池可徒手拆卸）。
- 區(qū)塊鏈溯源技術(shù)追蹤金屬流向，杜絕灰色交易（IBM, 2023）。
4.??政策協(xié)同機制
- 將非常規(guī)資源納入碳關(guān)稅框架（如歐盟CBAM對進口鋰電池征收隱含碳成本）。
- 設(shè)立全球資源回收基金（G20提案，初始規(guī)模50億美元）。
結(jié)論
非常規(guī)與未開發(fā)資源的爭議本質(zhì)是人類在資源極限與技術(shù)倫理間的艱難平衡。可燃冰、地熱礦產(chǎn)與城市礦山的發(fā)展需突破三大瓶頸：
- 技術(shù)瓶頸從實驗室到工業(yè)化的“死亡之谷”；
- 經(jīng)濟瓶頸全生命周期成本與外部性內(nèi)化；
- 制度瓶頸跨國界治理與利益分配機制。
唯有通過技術(shù)創(chuàng)新、政策協(xié)同與公眾參與的三螺旋模型，方能實現(xiàn)資源開發(fā)與可持續(xù)性的共贏。
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參考文獻
1.Boswell, R. et al. (2020).?Methane Hydrate Resource Assessment: Current Status and Future Directions. USGS Scientific Report.
2.Ruppel, C.D. & Kessler, J.D. (2017).?The interaction of climate change and methane hydrates. Reviews of Geophysics.
3.DOE (2023).?Lithium from Geothermal Brines: A Strategic Pathway for U.S. Energy Security. U.S. Department of Energy.
4.Binnemans, K. et al. (2021).?Recovery of critical metals from geothermal fluids. Journal of Cleaner Production.
5.UNEP (2023).?Global E-waste Monitor 2023. United Nations Environment Programme.
6.Ilyas, S. et al. (2020).?Bioleaching of metals from electronic waste using microorganisms. Hydrometallurgy.
7.Eurostat (2023).?Statistics on Waste Electrical and Electronic Equipment. European Commission.
8.IBM (2023).?Blockchain for Sustainable Resource Management. IBM White Paper.