金属矿业能源转型的制胜之道
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金属矿业能源转型的制胜之道
摘要
本文译自McKinsey：The raw-materials challenge: How the metals and mining sector will be at the core of enabling the energy transition，以宥读者。
向净零经济转型将是金属密集型的。随着全球向更清洁技术进程迈进，金属和采矿部门将受到考验：它将需要提供能源转型所需的大量原材料。由于金属和采矿是一个长周期、资本高度密集的行业，随着需求超过供应，价格波动给生产所需的大量前期资本投资带来不确定性，价格飙升和瓶颈将不可避免。不同商品的供给、需求和定价将相互影响，导致反馈循环，随之而来的是技术变革、需求破坏和材料替代。预计金属和矿业公司的增长速度将比以往任何时候都更快、更清洁。与此同时，最终用户部门将需要在技术开发和增长计划中考虑到潜在的资源限制。
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引言
随着世界加速走向净零，对原材料的需求将会飙升。能源转型给金属和矿业公司带来了前所未有的独特挑战，它们将需要创新地重建其增长议程。
向净零经济转型将是金属密集型的。随着全球向更清洁技术进程迈进，金属和采矿部门将受到考验：它将需要提供能源转型所需的大量原材料。由于金属和采矿是一个长周期、资本高度密集的行业，随着需求超过供应，价格波动给生产所需的大量前期资本投资带来不确定性，价格飙升和瓶颈将不可避免。不同商品的供给、需求和定价将相互影响，导致反馈循环，随之而来的是技术变革、需求破坏和材料替代。预计金属和矿业公司的增长速度将比以往任何时候都更快、更清洁。与此同时，最终用户部门将需要在技术开发和增长计划中考虑到潜在的资源限制。
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COP26加速脱碳进程
到2021年11月联合国气候变化会议(COP26)结束时，这一势头显然已经发生了转变。在格拉斯哥做出的气候承诺巩固了减少全球碳排放的净零目标(旨在防止地球变暖超过1.5摄氏度)作为商业的核心原则。与此同时，另一个现实变得显而易见:零净承诺的形成速度超过了供应链、市场机制、融资模式以及其他解决方案和结构的形成速度，而这些都是畅通世界脱碳之路所必需的。尽管围绕此次会议是否取得了足够成果的争论仍在继续，但很明显，未来十年将是经济去碳化的决定性时期。虽然全球经济中的每个部门都面临着共同的压力，例如利益相关者和投资者要求他们自己的业务去碳化，但金属和矿业公司面临着行业的特殊挑战:提供推动未来大规模技术转型所需的关键投入。
随着我们从化石燃料转向风能和太阳能发电、基于电池和燃料电池的电动汽车(ev)以及氢气生产，原材料将成为脱碳和经济电气化工作的中心。正如全球经济可以通过几种可能的轨迹实现将气候变暖限制在1.5°C的目标一样，也有相应的技术混合，涉及不同的原材料组合，带来各自的影响。无论我们遵循哪种脱碳途径，都会发生根本性的需求变化——这些变化将改变我们所知的金属和矿业，创造新的价值来源，同时缩小其他来源。
额外供应的需求不仅来自相对大量的原材料，例如，电气化的铜和电池电动汽车的镍，除了目前的应用，还来自相对小众的商品，如锂、钴电池、太阳能电池板的碲以及风力发电和电动汽车的永磁体的钕（表1）。一些大宗商品——尤其是钢铁——也将在需要额外基础设施的技术上发挥有利作用。
所需的过渡速度意味着某些原材料的可用性需要在相对较短的时间内扩大规模，在某些情况下，在当前市场规模的十倍或更多，以防止短缺和保持新技术成本竞争力。（可以参考稀土金属的情况）
稀土金属：
稀土金属的现有全球储量(不同金属的总和)被认为是1.2亿公吨稀土氧化物(REO)当量，相当于2020年全球估计产量240，000公吨的500年当量。
然而，当仔细观察时，一些因素凸显出来。
首先，这些元素的含量相对较低；因此，确定资产并将其投入生产可能会带来更高的投资需求和交付周期。
第二，对转变至关重要的特定元素(例如钕)在这些沉积物中的含量差异很大。这使得特定金属的可用性和经济性比表面分析所能揭示的更加微妙。
第三，已知储量在地理上高度集中:据估计，40%的REO储量在中国。因此，需要进行额外的地质勘探，以确定特定地理区域的其他经济上可行的矿床。
最后，除了原材料的可获得性之外，特定元素的加工和分离也至关重要。
迄今为止，大多数加工和分离能力以及技术能力也集中在中国。因此，能源转型将需要加工能力的区域再分配和供应链的重组。
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经济增长、技术发展和材料强度是需求增长的驱动力
道路运输和发电是在减少温室气体(GHG)排放的技术准备方面相对先进的部门的例子。但是建立一个低碳经济和在这些部门内降低排放强度将是材料密集型的（表2）。例如，太阳能和风能可以分别生产1太瓦时的电力需要消耗，比从燃气发电厂产生相同数量的太瓦时的金属多300%和200%（在铜当量的基础上，CuEq转换采用了2015-21年每种金属的平均价格。转换是用来强调对小规模金属的需求，如钯，否则与钢相比显得无关紧要），同时仍然大幅降低了该行业的排放强度——即使考虑到与材料生产相关的排放。（有关目前基本原材料的供应如何有限的更多信息，请参考“矿山供应和太阳能电池板生产”栏目。）同样，生产电池或燃料电池电动汽车将比制造内燃机(ICE)车辆更物质密集。
在建设新的发电能力或生产新车时，除材料强度以外的因素也会影响每种技术的碳足迹。首先，该技术在整个生命周期中使用所产生的排放（比如在发电过程中燃烧化石燃料，或在运行电动汽车电池时使用电力）。第二，每种技术的排放强度将在一定程度上取决于材料的选择（例如，在车辆中，钢和铝）。第三，即使使用相同的材料，供应商的选择也会产生显著的不同，因为同一商品的碳足迹可能因其来源而有很大的不同。最后，每个部门都将有它自己的特点。在发电方面，可再生能源容量的容量系数低于基于化石燃料的容量。因此，需要更多的发电能力，因此，需要更多的金属来产生相同数量的电力。在道路运输方面，不同动力系统的平均里程也可能发挥作用（例如，如果电池电动汽车和燃料电池电动汽车在其寿命中比内燃机驱动更长的距离）。
矿山的供应和太阳能电池板的生产:
碲是一种相对小众的金属，用于某些类型的太阳能电池板，全球矿山产量约为500吨。碲矿并不存在，因为它只作为其他金属冶炼和炼制中的副产品少量生产（其中90%以上的碲是由电解铜精炼收集的阳极泥产生的）。因此，尽管由太阳能产能驱动的需求增长可能非常巨大，但供应增长预计将受到铜等金属增长率的限制。尽管由于能源转型，铜的需求预计也将出现显著增长，但在净零转型的情况下，其矿山供应不太可能以太阳能电池板生产所需的速度增长。
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供应品的反应速度有多快？
展望未来，在材料需要稳定增长的水平以满足不断变化的需求，但市场无法适应不同的技术混合和材料强度的情况下，假设的原材料短缺因为预计需求的增长速度将明显快于供应。例如，在表3中提出的情况下，与今天的需求增长相比，锂矿供应需要增长约7倍。与此同时，矿山供应较小的金属（如碲）将需要表现出更快的增长——因此，这些是所需的替代和技术创新的主要候选者。与过去观察相比，铜和镍等其他金属也需要加速供应增长。虽然这类金属的所需增长似乎不那么雄心勃勃，但应考虑到围绕它们的明显规模较大的行业、所需的大量资本、越来越具有挑战性的地质条件（如较小的矿床和较低的品位）、较长的交货期和日益增长的加工复杂性。仅对于铜和镍，我们估计，到2030年，要满足表3所示的需求增长，将需要2500亿至3500亿美元的累积资本支出，以实现增长，并取代现有产能的消耗。尽管有相对较大的项目计划来扩大其中一些商品的供应，并努力减少与其中一些商品相关的资本和运营成本（如直接提取锂），但手头的任务并不简单。事实上，在表3中提供的情景中，我们可以看到铜和镍的需求分别超过供应500万至800万吨和70万至100万吨。因此，激励新的供应增长将是必要的。
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价格激励
因此，虽然地壳中的一些原材料不一定存在物质资源短缺，并承认再生材料将在未来的脱碳过程中发挥越来越重要的作用，但材料可用性的轨迹不会是线性的。我们预计材料短缺，价格飙升，鉴于供应无法迅速做出反应，需要技术创新和某些金属的替代（可能以牺牲终端应用的性能和成本为代价）。虽然某些金属的原材料需求将呈指数级增长，但大规模新绿地资产的交货期很长（7至10年），在看到实际需求和价格激励之前，将需要大量的资本投资。与此同时，由于资源储量地质条件更加复杂（通常规模很大但品味更低），因此矿产商在作出大规模资本支出决定之前将需要更多的激励（例如，持续的铜价超过每吨8000-1万美元，镍价超过每吨1.8万美元）（见侧边栏“镍和电池产量”）。如果系统性的宽松（如战略库存和产能过剩），该行业将无法吸收短期（少于5至7年）的指数级增长。例如，正如我们所看到的，随着过去电池中钴密度的降低，供应方的技术发展与需求方的大规模替代和技术发展将会结合起来。非关键应用中的替代将会发生，新的提取和加工技术将会出现。一个行业迅速增加供应的能力，以及其他因素，例如持续的技术发展和性能、可用的材料替代品和对最终用途应用的碳足迹影响，等等，都可能影响单个商品的替代程度。因此，我们认为碲等大宗商品因其产量小且具有副产品性质，可能需要替代，而锂尽管预计将快速增长，但考虑到相对较大的项目管道和新生产技术的持续发展，可能不需要那么多。
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如何实现市场平衡
如上所述，尽管存在潜在的短缺，但供应将永远等于需求。随着行业和国家去碳化，每个商品市场都将面临特定的供需平衡。结果图不会反映任何具体的预测商品需求，包括图表3中概述的情景，但我们将看到的是供应、需求和价格之间的持续反馈循环。我们认为，随着需求的加速，能源转型带来的需求上升的商品将遵循三种轨迹之一(图表4):
1. 供应响应价格。
随着需求加速和价格反应，该行业能够相对较快地引入新的供应(例如锂)。在这种情况下，技术转型遵循“预期”增长，即使存在短期波动，商品也不会成为结构性瓶颈代表。
2. 需求加速，价格反应强烈，材料替代开始。
该行业无法以足够快的速度引入新的供应，技术创新导致该应用中的材料替代(例如，价格上涨后的钴)。在这种情况下，所采用技术的性能可能会受到影响，从而影响整体需求，例如，磷酸铁锂(LFP)电池的能量密度低于NMC电池。
3. 需求加速，价格反应强烈，技术替代开始出现。
在这种情况下，最终用户部门被迫改变其技术组合，而不是应用中的材料替代。在这种情况下，可能会出现不同的瓶颈。例如，非碲基太阳能电池板的性能可能会降低，这可能会导致转向更多的风力发电，增加钕的压力。
我们已经观察到了电池领域的第二条轨迹，其中反馈回路中有三个非常不同的阶段。最初，钴含量相对较高的电池很常见。随着采用速度开始加快，钴价格在2018年达到每公吨10万美元，阴极含镍更多的电池开始获得份额。这种替代最终被视为行业的双赢结果，导致更低的电池成本和更高的能量密度。
随后，随着高镍含量电池开始变得越来越普遍，该行业开始意识到未来任务的规模:一级镍需求的大幅增长，而该行业一直面临着资本支出超支、延迟以及在一些情况下无法达到设计产能的问题。由于消费者试图确保供应，镍价也开始上涨。
如今，电池生产商和原始设备制造商谈论可选性，对电池技术采取分层的方法。LFP电池已开始再次获得份额，而高锰含量电池预计也将得到开发。锰是一种引人注目的替代品，因为其全球产量约为2000万吨，比镍产量高4至5倍，比钴产量高140倍。同时，13亿公吨的锰储量是镍储量的16倍，钴储量的140倍。
随着电池技术的进步、应用的加速以及可能出现的新瓶颈，这一循环可能会继续向前发展。随着其他行业进行能源转型，单个大宗商品行业的快速增长能力将面临考验。在发电方面，类似的循环可能会出现，例如，碲和银可能成为太阳能电池板生产的瓶颈；含钕和镨，用于风力发电的稀土永磁体；甚至有可能获得额外的铀来增加核发电能力。
户的影响
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对生产者和终端用户的影响
能源转型将迫使经济中的每一个行业都做出调整，每个行业都有自己特定的挑战。
作为经济的原材料供应商，采矿业需要以前所未有的速度增长，以实现必要的技术变革。尽管该行业传统上被认为是一个周期长、资本高度密集的行业，但预计该行业将会以更快的速度发展。由于金属无疑将在将地球保持在1.5摄氏度的变暖情景中发挥至关重要的作用，金属商品的生产商将需要采取以下措施:
——(重新)建立一个增长议程。在商品价值池转移和投资组合再平衡的背景下，矿业部门多年来投资不足——这一问题在新冠肺炎疫情之下的2020年更加凸显。随着预期的需求增长，矿商将需要重建他们的增长投资组合。这可以采取多种形式，从勘探到选择性M&A和创造回收利用的机会。自2015年以来，该行业的财务健康状况已显著改善，债务股本比率下降，现金产出显著增加，但鉴于该行业的周期性，资产负债表健康仍将是大多数董事会和高管团队的关键优先事项。
——为生产效率和运营脱碳而创新。技术创新将是一个重要的杠杆，既能实现去瓶颈和增长(例如，采矿和加工中的深度分析)，又能促进减少运营中的碳足迹(例如，车队电气化、水管理)。
——将自己嵌入供应链。由于许多脱碳技术的具体要求和终端用户部门严格的减排目标，许多金属将变得不那么商品化。正如最终用户部门的采购会发生变化一样，金属的营销和销售也会发生变化。了解客户的产品规格和要求并与消费者合作将是关键，在供需平衡收紧的背景下获得稳定的质量和绿色溢价也是关键。除了将数量投放到市场上，这一杠杆还将有助于管理原材料生产商的下游范围3排放。
与此同时，原材料消费者需要将潜在的资源限制因素纳入技术开发和增长计划中。以下是可供考虑的解决方案:
——调整技术推广计划。为了应对原材料价格波动和供应限制，公司需要识别和区分技术推广的软硬限制，然后设计难以获得或价格昂贵的原材料。
——发出明确的需求信号，保障原材料供应。清楚地表明增长、技术组合和材料需求将是使原材料供应商批准大规模资本投资的重要机制。这将以多种形式发生(并且已经在以多种形式发生):从与生产商的承购协议和与原材料供应商的合作，到原材料生产的股权所有权。无论采用何种策略，供应链上的公司，如正极活性材料生产商、电动汽车原始设备制造商和电池生产商，都需要确保原材料的安全，以实现积极的增长计划，同时降低自身供应链的碳排放。
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