(此文章转载自公众号《地学时空》）

随着能源转型和资源短缺压力加剧，非常规与未开发资源（如可燃冰、地热伴生矿产、城市矿山）成为研究热点，但其开发路径充满争议。本文从技术、环境、经济三方面总结核心争议，并提出协同解决方案。

一、天然气水合物（可燃冰）：能源潜力与生态风险的博弈

1.  支持开采的核心论据

• 储量优势全球可燃冰中甲烷储量约3×10¹⁵ m³，相当于全球天然气剩余储量的50倍（Boswell et al., 2020）。
• 低碳属性甲烷燃烧的二氧化碳排放强度为56 kg/GJ，显著低于煤炭（95 kg/GJ）和石油（73 kg/GJ）（EIA, 2022）。
• 技术突破

• 降压法中国南海神狐海域试采实现连续30天日产3.5万m³，累计产气量破百万立方米（CNOOC, 2023）。
• CO₂置换法日本与加拿大联合实验表明，注入CO₂可置换甲烷并实现碳封存，综合能效提升15%（Konno et al., 2018）。

2.  反对声浪：环境风险不可忽视

• 甲烷泄漏的放大效应

• 1吨甲烷的百年尺度温室效应是CO₂的28倍，若开采中泄漏率超过3%，气候效益将完全抵消（Ruppel & Kessler, 2017）。
• 2021年挪威北极海域试采中，海底监测到甲烷羽流扩散至海面，导致局部海域溶解氧下降20%（Waage et al., 2022）。

• 地质失稳威胁

• 可燃冰分解导致沉积层孔隙压力骤降，可能诱发海底滑坡。模拟显示，南海某区块开采后海底坡度变化率超过5°/年（Li et al., 2021）。
• 日本南海海槽试采后监测到里氏0级地震活动，与地层应力释放直接相关（JOGMEC, 2022）。

3.  争议焦点

支持者认为可燃冰是“碳中和过渡期的关键拼图”，反对者则警告其可能成为“引爆气候危机的导火索”。核心矛盾在于：现有技术能否将甲烷泄漏率控制在0.5%以下，以及地质风险评估模型的可靠性。

二、地热伴生矿产：绿色能源的衍生困局

1.  开发机遇

• 资源潜力

• 美国加州Salton Sea地热田卤水含锂浓度高达400 ppm，预计年产锂可达12万吨，占全球需求的40%（DOE, 2023）。
• 德国莱茵地堑地热井中铷含量达50 ppm，远超传统矿石品位（Bauer et al., 2020）。

• 低碳工艺

• 选择性吸附澳大利亚公司Vulcan Energy开发的锂吸附剂（LiPro™）可在80℃下实现锂回收率95%，能耗仅为盐湖提锂的30%（Vulcan Energy, 2023）。
• 电化学萃取瑞士PSI研究所开发铷离子筛，通过电位调控实现铷/钾分离效率99.8%（Binnemans et al., 2021）。

2.  经济与环境挑战

• 成本与收益的拉锯战

• 地热提锂综合成本约5000-8000美元/吨，需锂价长期高于20万元/吨才具竞争力（Benchmark Minerals, 2022）。
• 卤水中的高氯离子（>10,000 ppm）和硫化氢（>200 ppm）导致设备腐蚀速率加快10倍，316L不锈钢管道寿命仅2-3年（Calpine, 2021）。

• 隐性污染风险

• 回注卤水可能携带重金属（如砷、汞）渗入地下水。2020年德国Landau地热项目因砷浓度超标0.5 mg/L被勒令停产（LGB, 2021）。
• 地热流体中放射性元素（如镭-226）富集，美国Imperial Valley地热田尾水辐射强度达1.5 μSv/h，超安全阈值3倍（Kohl et al., 2020）。

3.  争议本质

地热伴生矿产究竟是“能源与资源的双赢方案”，还是“披着绿色外衣的技术陷阱”？关键在于：能否突破腐蚀与分离技术瓶颈，以及建立全生命周期环境监管体系。

三、城市矿山：循环经济的理想与现实

1.  资源回收的突破性进展

• 金属富集度

• 废弃电路板含金量达200-500 g/吨，是金矿品位的50倍；锂离子电池中钴浓度15%，远超原生钴矿（UNEP, 2023）。
• 日本DOWA公司开发的“超高温等离子体”技术可回收手机中的钕、镝等稀土，纯度达99.99%（DOWA, 2022）。

• 绿色技术革新

• 生物浸出用氧化亚铁硫杆菌处理电子废弃物，铜浸出率98%，且无二氧化硫排放（Ilyas et al., 2020）。
• 超临界流体分选比利时Umicore公司利用超临界CO₂剥离电池电极材料，钴回收率99%，溶剂消耗量降为零（Umicore, 2021）。

2.  技术与制度的双重阻碍

• 分离提纯难题

• 电子废弃物含60余种金属，火法冶金产生二噁英（如加纳Agbogbloshie的露天焚烧导致二噁英浓度超欧盟标准100倍）（Akortia et al., 2021）。
• 机械破碎导致贵金属颗粒纳米化，传统浮选法对粒径<10 μm的金颗粒回收率不足20%（Cui & Zhang, 2021）。

• 经济动力不足

• 正规企业处理1吨电子废弃物成本约500美元，而非法拆解仅需50美元，导致全球80%电子垃圾流入灰色市场（INTERPOL, 2022）。
• 欧盟WEEE指令要求成员国回收率不低于65%，但实际平均仅45%，主因是消费者参与率低（Eurostat, 2023）。

3.  核心争议

城市矿山被寄望为“破解资源诅咒的钥匙”，但现实是：技术成熟度不足与全球供应链脱节，导致其仍停留在“实验室成功”阶段。

四、协同解决方案与未来路径

1.  可燃冰开发：风险对冲技术

• 研发海底甲烷捕获罩（如挪威SINTEF设计的“冰茧”系统，泄漏气体捕获率90%）。
• 建立国际可燃冰开发数据库，共享地质稳定性监测数据（ISO/TC67, 2023）。

2.  地热矿产：材料与工艺革命

• 开发钛-钽合金管道，耐氯离子腐蚀寿命延长至10年（Sandvik, 2022）。
• 推广“零排放”卤水处理工艺，如膜蒸馏耦合电渗析（MIT, 2023）。

3.  城市矿山：全链条重塑

• 立法强制电子产品“可拆解设计”（如欧盟《生态设计指令》要求手机电池可徒手拆卸）。
• 区块链溯源技术追踪金属流向，杜绝灰色交易（IBM, 2023）。

4.  政策协同机制

• 将非常规资源纳入碳关税框架（如欧盟CBAM对进口锂电池征收隐含碳成本）。
• 设立全球资源回收基金（G20提案，初始规模50亿美元）。

结论

非常规与未开发资源的争议本质是人类在资源极限与技术伦理间的艰难平衡。可燃冰、地热矿产与城市矿山的发展需突破三大瓶颈：

• 技术瓶颈从实验室到工业化的“死亡之谷”；
• 经济瓶颈全生命周期成本与外部性内化；
• 制度瓶颈跨国界治理与利益分配机制。
  唯有通过技术创新、政策协同与公众参与的三螺旋模型，方能实现资源开发与可持续性的共赢。

 
参考文献

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.