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杜塞尔多夫马克斯·普朗克研究团队通过电弧炉熔炼深海矿石直接获得单质铜，再经氢等离子体还原得到含镍钴等元素的合金。与传统燃煤还原工艺相比，该过程可减少90%的二氧化碳排放并节省近五分之一能耗。这意味着能源转型所需金属能够实现低碳生产。

唯有通过工业流程、交通运输及供热系统的电气化，才能实现经济结构的绿色转型。到2050年，电动汽车电机和电网扩建约需6000万吨铜，根据电池技术发展还需1亿吨镍与1400万吨钴。届时铜镍需求将翻倍，钴需求更将激增五倍。传统金属开采始终伴随环境代价：镍钴矿开采持续毁坏大片森林，而钴矿开采尤其存在严重人权问题——联合国儿童基金会数据显示童工现象屡见不鲜。陆上矿石的金属含量日益贫化，每提取1吨铜会产生200吨废料，全球铜镍钴年产量背后是40-50亿吨废石矿渣。
深海多金属结核（富含锰、铜、镍、钴）可作为陆上采矿的替代方案，太平洋克拉里昂-克利珀顿区蕴藏量巨大。近期发表于《科学进展》的研究中，马克斯·普朗克可持续材料研究所团队提出创新工艺：通过熔炼与氢还原从深海矿石中高效提取铜镍钴。相较于加拿大TMC公司在诺里-D项目采用的燃煤还原法，该氢还原技术若采用绿氢与绿电，不仅减排90%二氧化碳，更能降低20%能耗并简化流程。

深海采矿：零毁林与低废料优势

“深海采矿仍会留下生态痕迹，”MPI-SusMat所长迪尔克·拉伯坦言，“数年前我仍反对开发该资源，以免重蹈陆上采矿覆辙。”但这位材料学家现已转变立场，前提是实施最高环保标准。其观念转变源于深海采矿三大优势：杜绝童工、避免大规模毁林、显著减少废料。据特拉华大学测算，生产10亿套电动车电池所需金属，若来自深海矿石仅产生90亿吨岩屑，而陆上采矿则需处理630亿吨废石。
MPI团队工艺进一步缩小深海金属生产的生态足迹。“我们在电弧炉中用氢等离子体直接还原干燥矿石，”博士研究员乌拜德·曼祖尔解释道。通过熔炼与控温结晶，研究人员已能提取近纯净铜，随后注入氢气可获得含铜镍钴的合金及具电池应用潜力的锰氧化物。合金成分随还原时间动态变化，“预先分离铜元素极大简化了后续合金精炼流程”。该团队早前已开发出类似的陆矿绿色提镍技术。

完善深海采矿全生命周期评估

深海采矿能否替代传统矿业仍是国际谈判焦点。乌拜德·曼祖尔表示：“本研究旨在为评估不同矿源金属生产的生态环境影响提供数据支撑。”迪尔克·拉伯则强调：“要实现低碳经济转型，我们必须咽下这颗苦果。”
来源：MPI-SusMat

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