矿物是现代社会运作不可或缺的一部分。它们存在于合金，磁体，电池，催化剂，磷光体和抛光化合物中，它们又被集成到无数产品中，例如飞机，通信系统，电动汽车，激光器，海军舰船以及各种类型的消费电子产品和照明设备。1但是，其中一些矿物的供应有限，其提取技术会导致高昂的环境和财务成本。考虑到它们在大量技术应用中的必要性，人们担心供应能否满足未来的经济需求。根据供应风险，对供应限制的脆弱性以及对环境的影响来评估材料的关键程度。2稀土元素（REE）是用于各种产品中的17种元素的集合，其中许多元素对于可再生能源和储能至关重要。1大多数稀土元素没有现成的替代品。1除非采取行动，否则美国每年可能会面临高达32亿美元的关键材料短缺。3
关键材料类别
能源关键要素
能源关键要素（ECE）是高级能源生产，传输和存储必不可少的要素。此类别包括锂，钴，硒，硅，碲，铟和稀土元素（REE）。5由于地壳稀少，在美国可经济开采的矿床稀少或缺乏可用性，该元素可能被归类为能源关键。美国经济中使用的大多数ECE中有90％以上依赖于其他国家。5一些欧洲经委会自行形成矿床，其他一些仅作为副产品或副产品从其他矿石的开采中获得。5物料关键性矩阵，中期（-）4
硅，碲和铟是太阳能光伏（PV）面板的必要组成部分。6铂族元素（PGEs）是燃料电池的必要组成部分，并有潜力用于其他高级车辆用途。5铂和钯的生产集中在南非（分别占69％和32％）和俄罗斯（分别占13％和40％）。7锂由于在手机，笔记本电脑和电动汽车中使用的电池中的使用而日益重要。5智利，玻利维亚和阿根廷占全球易于开采的锂储量的50％以上。5澳大利亚，智利，中国和阿根廷在年占全球锂产量的近96％。7年世界锂产量7
正在努力从质量较低的资源中提取元素。锂与钒和铀等物质一起以少量存在于海水中。研究人员最近开发了一种从海水中提取这些物质的方法。8美国能源部（DOE）根据材料的供应风险和对清洁能源的重要性来定义材料的关键性。截至年，能源部发现短期（年至年）和中期（-年）至关重要的五个元素：、,、euro，钕和钇。这些元素用于风力涡轮机和电动汽车的磁铁中，或用作节能照明中的磷光体。4美国能源部评估的其他关键元素包括镍，锰，钴，锂，镓，铟和碲。尽管这些对于可再生能源技术很重要，但它们目前尚未受到或预计不会受到供应中断的影响。4美国能源部当前用于解决材料关键问题的策略包括多样化的供应，开发替代品以及改善关键材料的回收利用。4尽管不是欧洲经委会，但铜是电线和电器中的关键元素，并且可能成为未来可再生能源部署的限制因素。所有可用铜资源中有26％正在使用中或已被废弃且无法回收。9个最大的铜生产国包括智利（27.1％），秘鲁（12.1％），中国（9.4％）和美国（6.5％）。7铜是高度可回收的。专家估计，超过99％的废弃铜有可能被回收和再利用。10稀土元素
稀土元素（REEs）是一组重要的重要矿物质。尽管这些矿物在地壳中含量适中，但它们分散地分布，因此难以大量提取。11有17种稀土元素，包括镧系元素（元素周期表上的原子序数57至71），scan和钇。轻稀土元素（LREE）由元素57到64组成，重稀土元素（HREE）由元素65-71.1组成稀土元素具有多种用途，包括手机中的组件，节能照明，磁铁，混合动力汽车电池以及用于汽车和石油精炼的催化剂。11稀土元素ter，钕和是风力涡轮机变速箱中使用的磁铁的关键成分。6有可用的REE替代品，但效果较差。7年，中国控制了REE产量的70％以上，而美国几乎完全依赖REE进口。中国政府已作出努力，制止非法的稀土生产。7近年来，美国的稀土生产增加了，从年的吨增加到年的15,吨。美国的REE储量估计为万吨。相比之下，中国在年和年均生产了超过,吨稀土元素，估计储量为4,万吨。澳大利亚在稀土矿开采方面取得了长足进步，但仍低于中国产能的20％。7对欧洲经委会的需求，再加上许多国家的采矿标准不断提高，已导致生产转向低成本和环境法规宽松的国家，从而增加了对欧洲经委会开采的影响。尽管如此，值得注意的是，发展中国家自然含有更多的欧洲经委会矿石矿床。5稀土元素预测短缺3
生命周期影响
采矿是破坏性的过程，破坏环境并广泛分散废物。提取过程中使用的化合物可以进入矿井附近的空气，地表水和地下水。12含有关键元素的矿石的研磨和粉碎通常会释放粉尘，这些粉尘可能对裸露的工人和附近居民产生致癌性和不利的呼吸作用。12一些稀土矿床中含有th和铀，这会带来严重的辐射危害。尽管th和铀可以用来产生核能，但在这种情况下，它们极少有商业可回收性，因此留在了尾矿中，对环境和人类健康构成了威胁。5与开采原始材料相比，回收关键材料对人类健康和环境的影响要低得多。但是，不正确的回收利用和回收程序可能导致接触致癌物质和有毒物质，这在发展中国家经常存在，以限制工人接触的回收法规不严或不存在。12中国的稀土开采损害13
解决方案和可持续替代方案
回收电子设备。目前，只有不到1％的REE被回收。每年，有成千上万的电子产品（例如手机，电视和计算机）被丢弃。从这些产品中回收的金属可以有效地再利用或回收。4购买翻新的产品，而不是新产品。向具有广泛回收法律的公司租用产品，这些法律要求回收材料。5支持诸如创新制造计划这样的政府计划，该计划为与减少环境影响，降低成本和改善可再生技术制造过程有关的项目提供资金。批准的项目包括为基于氮化镓的LED灯提供资金。14参考文献：
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