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著名物理学家霍金曾表示,“在未来一百年内,人类为生存必须离开地球,去太空寻求新的家园。”这句预言揭示出人类探索太空采矿的本质原因。
2021 年,中国“嫦娥 5 号”带回 1731 克月壤的消息令人兴奋,这让近乎科幻的场景成为现实。同时,太空资源的开采利用也成为科学各界热议的话题。
其实,早在 10 年前就有人关注到太空采矿,2009 年,一家名为“PR(Planetary Resources)”的小行星采矿公司成立。2015 年之后,随着行业的进一步发展,欧美等发达国家先后对小行星采矿进行立法,甚至有的国家将“小行星采矿”提升至本国的战略层面。
图丨不同的小行星采矿方案(来源:起源太空)
十几年过去了,全球的小行星采矿公司已经取得了阶段性的进展。从太空采矿这个大赛道的演进历程来看,各国政府、私人机构、科研院所在这方面的投入越来越大。
为何社会各界对太空采矿具有如此高的热情呢?
由于人类开采强度及需求量日益增加,全球能源及稀缺矿产资源将面临枯竭。
譬如,据 2021 年《世界能源统计年鉴》数据显示,石油、天然气和煤矿占全球一次能源消费的约 83%,其中石油、天然气储量仅能维持全球消费 50 年左右的。同时,据联合国人口基金会预测,到 2050 年世界人口将达到 97 亿左右。
而地球之外的资源极其丰富,可利用的资源也比地球存量资源要多得多。就太阳系而言,月球、火星、小行星等天体上都具有丰富的矿产资源及稀有金属,类木行星和彗星上有丰富的氢能资源,行星空间拥有真空资源、辐射资源及超洁净资源。
中国矿业大学教授、皇家墨尔本理工大学荣誉教授张克非在题为《太空采矿发展现状、机遇和挑战》(An investigation of space mining-current status,opportunities and challegges)的论文中提到:“为了破解地球矿产资源枯竭的难题,开发与利用丰富的太空资源势在必行,由此太空采矿应运而生”,相关论文发表在Journal China University of Mining&Technology上[1]。
图|相关论文(来源:Journal China University of Mining&Technology)
该论文指出,太空资源的开发与利用既是大国博弈、科技竞争的关键,也是未来人类文明可持续发展的大势所趋。太空资源探测、太空采矿智能机器人平台的设计与制造、太空资源勘探与采选、采矿空间安全与资源原位利用已成为太空采矿迫切研究的四大命题。
图|太空采矿研究路线(Journal China University of Mining&Technology)
张克非教授表示:“由于小行星上有很多铂金属元素,太空勘测器的着陆和发射相对容易,所以,开采近地小行星的矿产资源是首选、也是未来发展的趋势。”
面对如此严峻的能源、矿产资源紧缺的挑战,各国政府、私人企业和科研院所进行了长期的探索,2015 年 11 月 25 日,时任美国总统奥巴马签署了《美国商业太空发射竞争法》,其中,太空资源勘探与利用部分赋予了私人企业太空采矿的合法性,间接推动了采矿领域的良性发展。
在此之后,卢森堡成为欧洲第一个宣布开采近地小行星上矿石资源的国家。2019 年,日本小行星“龙宫”探测器“隼鸟-2”于当年 2 月 22 日完成了首次小行星采样。同年,起源太空公司作为中国首家致力于太空资源开发和利用的商业公司,开始从“找矿-探矿-占矿-采矿-返回”五个路径来探索太空采矿。
2018 年,美国科罗拉多矿业大学(Colorado School of Mines)开设了全球太空资源领域的首个跨学科研究生专业―太空采矿,旨在培养下一代太空科学家和工程师,可持续研究月球、火星和小行星等资源的利用。
与此同时,中国矿业大学也成立了国内首个太空采矿国际研究中心,并设立太空采矿项目,积极地探索太空采矿。
在各国政府、私有企业和科研院所等力量支持下,开采月球等行星矿产资源或将变得可行。就该研究提及的月球而言,月球具有丰富的矿产资源,月面下稀有金属的储藏量比地球还多。同时,月球上含有大量的地球上最常见的17种元素。
以铁为例,仅月面表层 5 厘米厚的月壤中就含有上亿吨铁元素,月球蕴藏着丰富的能源与矿产资源,具有非常高的开采价值。据估计,月球上的
无污染的能源资源
1959 年至今,美俄两国已发射了约 70 多个月球探测器和登月载人飞船,此外,中国也实现了嫦娥四号月面着陆器和巡视器,在月球探测方面积累了许多资料。目前,人类对月球已拥有相当程度的了解。因此,在月球上开采矿产资源已变得可行。
此外,随着科学与技术的发展,特别是空间技术和现代采矿技术的发展以及人类深空探测能力的不断增强,开发和利用小行星,尤其是近地小行星上丰富资源将不再是幻想。
张克非表示:“近年来,我国航天工程取得的重大成就有目共睹,这标志着我国航空航天技术进入世界先进水平行列。事实上,由于发射能力和基础研究的不足,我们距离真正的太空资源开发与利用还有很远的路要走。我们对于火星、月球及近地小行星的勘测活动及相关技术尚处于起步探索阶段。”
图|中国航空航天发展历程(Journal China University of Mining&Technology)
中国矿业大学作为中国唯一一所以矿业命名的高校,有使命、也有义务作为太空资源开发与利用的“排头兵”。但是,整个太空采矿领域还刚刚起步,在快速发展的中国市场中将涌现出诸多新机遇。
远在大洋彼岸的张克非时刻关注着中国的太空采矿发展动态,结合自身的职业发展需求,他于 2020 年回国加盟中国矿业大学,并组建了自己的团队,希望为矿业 4.0 或者未来采矿提供一些前沿性的研究。
图|张克非(来源:张克非)
张克非认为,接下来将重点研究太空采矿迫切需要在太空资源探测、太空采矿智能机器人平台设计与制造、太空资源勘探与采选和太空采矿空间安全与资源原位利用四个方向。加盟中国矿业大学后,张克非将聚焦以下三个方面研究:
第一,
据悉,该成果之一(GNSS 掩星技术)已于 2012 年被澳大利亚气象局采用,主要应用于中长期天气预报,对南半球的气象预报具有明显的改善。
第二,
张克非研究的矿山地下人员跟踪项目,是当初被澳大利亚体育总局提供赞助的项目,起源于澳大利亚体育总局提供赞助的小型化体育竞技项目,作为奥林匹克竞技的一个“神秘武器”,可以实现无缝定位或者人和物的全员定位,在这方面,张克非团队已获得多项国际专利。
第三,
从 1959 年底至今,人类已经进行了大约七千余次的卫星发射,由于发射活动、各种空间实验、卫星相碰事件、以及废弃的卫星在空间中互相碰撞而产生大量的太空垃圾,这给太空卫星的正常运行带来了很大的威胁。
图|太空碎片可能带来的影响(来源:资料图)
张克非表示:“很多垃圾的运行速度比子弹飞速高很多倍,即使米粒大小的垃圾,打到卫星上都有可能带来毁灭性的影响。所以,对于空间环境的管理已成为空间研究的热点问题之一,空间碎片或太空垃圾的探测管理、避障和碰撞分析变得极其重要。”
发展太空采矿技术,既是前沿性的科技探索,又是大国实力的展示。张克非希望,可以为矿业 4.0 的发展尽一点微薄之力。
值得关注的是,中国已经有一些太空采矿企业在该赛道布局,如起源太空。该公司成立至今发展迅速,2021 年自主研发的“仰望一号”太空望远镜和“起源太空 NEO-01”太空采矿机器人成功发射。
图 | NEO-01 太空采矿机器人(来源:资料图)
起源太空创始人苏萌表示:“这两个航天器的成功发射,对我们来说具有‘里程碑’式的意义”。
“NEO-01”的主要任务是将携带的模拟小行星目标抛出并捕获,该实验将验证“开采小行星”的第一步技术;“仰望一号”太空望远镜持续在轨工作,它在可见光-紫外双波段的观测,填补了国内天文领域在这一方面的空白。
“仰望一号”于 2021 年 8 月 25 日正式获得国际天文学联合会认证的天文台站编号,成为亚洲第一个获得国际认证的小天体观测空间天文望远镜。
谈及如何看待起源太空所做的业务时,张克非说道:“起源太空所做的事情非常具有前瞻性,由于太空采矿研发刚刚起步,中国企业有有望在国际上做到领先水平。”
为了探讨破解地球矿产资源枯竭的难题,及探索空间资源域科研理论研究与工程技术发展进展,“第一届国际太空资源论坛”将于 2022 年 1 月 8 日在线举办。届时,张克非教授将作为受邀嘉宾出席。
-End-
参考:
1.Zhangkefei et al.,Journal China University of Mining&Technology6,1026-1034(2020)
http://zgkd.cbpt.cnki.net/WKD/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=0c454977-a321-4ad0-b888-d94f0078b9a0
中国工业最稀缺的化学元素是什么?
稀缺应该是满足两个条件,一是储量足够稀少,二是战略价值足够重要,也就是缺。调查了一下中国矿产资源的相关资料,发现比较起来看,如果从绝对储量的角度来考虑,确实应该是氦气最稀缺,因为其在 空气中储量就很低。但如果从相对储量,对外依存度的角度考虑,我国铬等元素矿物对外依存度长期在90%以上,也可以称之为十分稀缺。初次之外,也有些矿产虽然不稀,但是很缺。也有一些不缺但产量也比较低的。因此给出一个中国最稀缺元素榜单似乎更合理一些。
基于这个考虑,总结了
,主要依据是国家战略性矿产目录和资源储量不足目录等。以及其他国家的关键/危机矿产目录。如有雷同,纯属巧合。另外,有部分数据比较老,是几年前文献中的数据,如果有新数据,欢迎补充。
感谢
@王某叉
的补充,排行榜要扩充了。补充了镍等元素的相关介绍。
地球上氦气含量极其稀少,空气中氦含量仅为百万分之五。通过液化天然气尾气(BOG)提取氦气的方法,其中所含氦气品位更低。
。相关统计表明,我国每年氦气消费量为2200万立方米左右,几乎全部依赖进口。[2]
铬铁矿是我国紧缺的矿产资源,是生产不锈钢的主要原料,也是支撑战略性新兴产业发展的重要材料,随着近几年国内不锈钢产量的增长, 铬的消费量也不断增加。但我国铬铁矿品位低,开发成本很高,国内供应能力很差,供需缺口急剧增大,因而使得我们
,供应存在极大风险。[3]
锆资源目前主要应用于陶瓷材料,耐火材料领域,但其在航空航天,铸造行业等也逐渐扮演越来越重要的角色。锆作为我国战略性新兴矿产资源之一,
。2017年,全球前三大供应商提供了65.33万吨锆精矿,占全球产量的50%,我国产量却不足1万吨,需求量达到62.3万吨,几年来进口量均超过100万吨。[4]
钴在新能源汽车,航空航天等诸多领域具有重要应用。中国,日本,欧盟,美国等都将其列入关键矿产目录。虽然我们是世界上最大的精炼钴生产国和消费国,2018年分别达到了全球64%和51%。但是我国钴资源极度匮乏,储量仅占全球的1%左右,
。[5]
镍是一种非常重要的有色金属原料,机械强度和化学稳定性好,同时是不锈钢的重要组成,因而广泛应用于飞机,雷达,导弹等军工制造业,在化学领域也常用作加氢催化剂。世界范围内镍矿储量丰富,可供中长期开发使用,2017年全球矿山镍产量为199万吨,但我国镍产量相对贫乏,仅占世界总量的4%。长期以来,我国镍主要用于冶金行业,但是随着汽车工业,建筑业的发展,不锈钢消费逐年高速增加,同时新能源汽车,电池的发展对硫酸镍的消费也起到促进作用,使得我国用镍量大增,对外依存度逐年增加,从图中就可以看出,2000年,我国对镍的需求还处于宽松状态,而到了2016年,对外依存度已经达到83%,处于紧张状态,国内仅能满足不到20%的消费需求。[6]
铂族金属被广泛应用于汽车,化工,石油,电气,燃料电池等领域,用途广消费量大。但中国储量相对较低。根据智研咨询发布的《2020-2026年中国铂族金属行业竞争格局分析及投资潜力研究报告》数据显示:全球铂族资源主要集中在南非、俄罗斯、津巴布韦等国家,其中南非铂族资源储量占比高达 89.9%。中国矿产资源报告 2017 数据显示南非铂族金属储量为 6.3 万吨,俄罗斯储量为 3900 吨,津巴布韦储量 1200 吨,中国储量仅为 365 吨,全球占比
。[7]
硼是一种用途很广泛的化工原料,主要用于生产硼砂,硼酸和各种硼的化合物。玻璃行业,陶瓷,洗涤剂以及农用化肥等领域约占全球硼消费的近90%。
随着经济的快速发展,我国对各种硼产品特别是硼砂和硼酸的需求迅速增加。由于我国硼资源状况的制约,国内硼产品产量增长较慢,越来越依赖于进口。
。2011~2015年,我国所有硼产品实物进口来源中土耳其占70.2%,美国占18.5% 特别是天然硼砂及其精矿和硼酸盐产品,从土耳其的进口占绝大部分,有过分依赖有限的国家供应等问题。[8]
要从碳元素的角度来讲,肯定是不稀缺的,但是要从能源角度考虑,碳是石油,天然气,煤炭的主要组成元素。而石油,煤炭,天然气属于国家重要战略资源,其中石油和天然气我们对外依存度一直居高不下。世界范围内因为石油能源引起的战争也不在少数。因为这种对于国家经济以及能源安全的重要性,所以把它排在了比较靠前的位置。
石油。近年来我国油气对外依存度屡创新高,2017年石油消费量达5.9亿吨,增速为2011年以来最高水平;但国内产量则降至1.92亿吨,连续第二年低于2亿吨;全年石油净进口量达到3.96亿吨,年增长10.8%,石油对外依存度升至67.4%。[9]
天然气,虽然国内产量大,但需求也很巨大,因此对外依存度连年升高,2018年已经超过40%。[10]
相对于石油,天然气资源来讲,我国煤炭储量在世界范围内排名第三,也因此,和一些发达国家不同,即使在畅行节能环保的今天,中国国内一次能源消费比例中煤炭比例也始终在50%以上。与此同时,煤制油,煤制烯烃等项目也在重点攻关,部分成果已经产业化。
钾肥的产量和供给直接关乎着国家的农业生产和粮食安全。我们是一个农业大国,化肥比如钾肥需求量巨大。但我国超过80%的钾盐通过浮法进行生产,过渡单一开采导致钾矿品位逐渐降低,严重影响了其产量和品质。工业生产量不能满足农业需求,因此我国钾肥对外依存度超过了50%,这也对国家粮食安全构成威胁。[11]钾盐也被称为中国七大最紧缺大宗矿产之一。[12]
全球铼资源较少,探明储量仅2400吨,主要分布在西半球,20%分布在俄罗斯和哈萨克斯坦,其他地区总计5%。虽然我国仍为世界十大铼矿资源国之一,但按照储量和消耗速度计算,铼的静态保障年限不超过15年。而铼元素在航空航天,石油化工领域应用广泛,因此目前对外依存度已经达到50%。[13]
我国铼资源储量目前并没有较为明确的统计数据,较为常见的是,我国铼的保有储量仅为237t。而世界探明储量则集中在西半球,约2500吨。但似乎需求不是很多。因为它的应用主要集中在航空发动机制备及石油加氢催化剂制备中。[14]未来当我们的发动机技术取得突破之后,对其需求可能会有较大幅度提升,那个时候就会变得稀缺。
随着航天工业核工业电子通讯等行业的迅速发展,我国铍资源消费量迅速增长,2012~2014年中 国铍金属表观消费量保持在 90t 左右,我国的产量只有 50t 左右,剩余全部依赖进口,对外依存度 超过50%。[15]
钛元素的战略价值自不用说,它强度高,密度低,同时抗腐蚀,已经广泛应用于航空航天,生物医疗,高端装备制造等领域,被称为太空金属。虽然我国钛资源储量非常丰富,但和部分金属一样,品位低,选矿技术难度大,高品质钛精矿过分依赖国外,对外依存度超过50%,每年都需要从澳大利亚等国家进口大量高品质的钛精矿。[16]
还有一些矿产资源,同样非常重要,具有战略价值。但我国储量相对而言比较丰富,因此不太稀缺。列举如下。
全球
资源丰富,储量约200万吨,我国占1/3,产量方面我国全球产量2/3。[17]
2019年,全球探明
储量8600吨,美国储量第一,3870吨,中国第二,3500吨。我国锗产量占全球产量71%。[18]
属于分散稀有金属元素,也是全球稀缺金属资源全球镓金属储量仅23万t,其中我国是全球最大的镓资源产出国,占全球探明资源量80%。[19]
矿资源主要分布在中国,秘鲁,加拿大,美国和俄罗斯,上述国家产量达到全球产量的80%以上。我国目前保有铟地质储量1.3万吨,达到世界总量的65%。[20]
我国是
资源大国,储量和产量均具世界首位。
是我国重要的战略性矿产资源,资源优势明显。萤石主要成分为氟化钙。我国萤石储量连续多年全球第二,产出和消费量均具全球首位。2018年,我国萤石进口量首次超过出口量。[21]
世界范围内
资源也比较丰富,其主要成分为硫酸钡,中国储量排名达到了第四位,有丰富的重晶石资源。[22]
全球
资源丰富,18年中国储量7300万吨,位居全球第二。2019年,中国成为全球第一大晶质石墨储量国,生产国,消费国和出口国。[23]
被广泛应用于钢铁 有色冶金 化工 电子 电池 农业等领域,全球90%以上的锰被用于钢铁工业。我国已经发现的锰矿床有400多处,总储量达到4800万t(锰金属量),居世界第5位。[24]
^http://news.cnpowder.com.cn/50720.html
^应从国家层面高度重视氦气资源调查及利用 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=6100032920&info=qN4cineT+dY9dhHgv5L8FAr8LwnM0CasjeBwBbdbYLIh4UYbHl8tZw==
^中国铬资源全球布局分析 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7002454620&info=j41URiZeeAnn8ko4vUUBPPuvooNTg/QOOsiJ0O4EooraS22wTO/eow==
^中国 锆 铪 资 源 状 况 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=28642994&info=JdkULd+ObsnHaFv5aYjIaKYSC/n0e/oEP7zqZErhMaE=
^钴资源供需格局及全球布局研究 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7002454621&info=j41URiZeeAmjiYLD/o4M3bkkL1sZjxHhK1PbuCe7H0DLCehuBvLYiQ==
^https://kns-cnki-net-443.webvpn.las.ac.cn/KXReader/Detail?TIMESTAMP=637332999079001250&DBCODE=CJFQ&TABLEName=CJFDLAST2019&FileName=ZRZY201907012&RESULT=1&SIGN=menFM%2Fc5ZPT2h%2BMCNjEQLJOXoWs%3D
^http://www.chyxx.com/industry/202003/838942.html
^中国硼资源进口依赖性分析 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=WD727175676890504849549049485053&info=6181CfkaRt+ceKu34ZiFu0M1DsuS2xyaOzo4dNHEAQkzo78AsXBRz+I74E38tO1GQFt77xPqK/A=
^石油资源日趋匮乏品质下降 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/Detail?id=6100147181&from=Qikan_Search_Index
^中国天然气资源供应风险与对策 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7100199938&info=/VOL71O/zH7A5EJ4gcKI0Yia6R/ie6pBx0128lLn3AN58q9FpSSc+A==
^国内外钾资源及钾肥生产现状 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=675738390&info=Nvn83NlW2/YeP/H08jue3mEmadLVW3hRUo/6e+dFHLMjA2LNgXz9Hw==
^中国钾资源远景与矿业发展战略 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=666556223&info=dAoiXrcQz3Hq5FL31IJB3sxQBDGSgzj83bKifskZVdP0YzVmO5O6hA==
^全球铼矿资源分布特征与开发利用形势及启示 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7001938926&info=fgpJPEzoxs+7FLPM3GAXdZlLCkx1sDBRnw7jgUJBU8kB0V+4IG/tKQ==
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^全球铍资源供需形势及建议 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=90717565504849574852484951&info=Zmp0wsvrQLrSCKJmUu6Y6SrK/JXx8Lic3RiZT/bbpYqlsJorVyIQ9RS7fUpzI3+BRveU24QUs1o=
^全球钛资源现状概述及我国钛消费趋势 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7102082330&info=hHk8P3GGkCiznqtjQUVnjhoXWHiwyWbebiHgSI7xm95E689LsdxRoQ==
^全球钪资源供需分析及对策建议 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=90717565504849574852484949&info=Zmp0wsvrQLrSCKJmUu6Y6SrK/JXx8LicPW8GkANYl3oI83XKFV12QFzwcAJfuN0lGOfjws/idwM=
^全球锗资源分布、供需及消费趋势研究 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7003141867&info=BHfoDcs1UNfxpaNNe
xktw4Rmkl2C6u9CaBADBj1FHnTSD+viSiw==
^全球镓矿资源分布、供需及消费趋势研究 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7003141866&info=BHfoDcs1UNfEetmIbTAMoYhdNL3zW0mlM8VGiumlV5FR0/nYEEXSlA==
^中国铟资源产业发展分析及储备研究 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7000686262&info=HJ+OZu90lykawF0nxwIt50S9+rbBRRl9RKoIYll9Jwni+i0PRr7tWg==
^萤石资源现状及战略性价值分析 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=7101124466&info=MYmXLBxiLhoQcD7UezL5aw0bd8yjn6fY4k8XdL1UQlcc+JxPArQUVQ==
^我国重晶石资源开发利用现状及建议 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=673615988&info=zy26iYQ1Mj07ID81FME49HWXLhicyE1PdSUYvi6kqLui1g4CJzt2SA==
^全球石墨资源分布与供需格局变化分析 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=00002H8CL15O7JP0MP508JPX6LR&info=jmPGjViCgLNgeWFOvKrPcyj6YHO/o1TPq8ebszuBcov8do4Cy5keU5BRYdoF500dzMOWphsjXTg=
^锰资源利用技术研究进展 https://qikan-cqvip-com.webvpn.las.ac.cn/Qikan/Article/ReadIndex?id=675180843&info=x+XEhslq8hT+RItstU9tcWO7fxFp4yzGBGnE9xOvGBDVb2MBZsJPEg==
君,已阅读到文档的结尾了呢~~
分享于2015-10-22 22:13
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