国际铜业协会代表、国际 电气工程贸易展CWIEME Berlin的顾问委员会成员。在此，他们探讨了人类与这种古老金属的关系所面临的挑战。

人类与铜的渊源可追溯至约1万年前。新石器时代的人们最早将天然铜用于制作工具、武器和装饰品，而约5000年前，铜的冶炼拉开了青铜时代的序幕。罗马人主要从塞浦路斯获取铜，并将其称为 aes cyprium， ，意为“塞浦路斯之金属”。此后该词演变为 cuprum，即英语单词“copper”的词源。

在罗马时代，铜主要用于铸造帝国货币，以及制造用于特定用途的黄铜制品，例如装饰品以及部分管道和建筑构件。然而，如今超过三分之二（70%）的现代铜产量都用于电力领域。铜在电力系统的每个环节都发挥着作用：发电、输电和用电。

为什么是铜？

在迈向“净零”的征程中，电力是我们的主要工具，而电力系统的骨干正是铜。

铜是已知导电性仅次于银的第二大金属，其导电性甚至优于黄金，但这两种贵金属因稀缺且价格高昂，难以满足全球能源网络所需的数百万吨用量。铜的物理特性，如延展性和耐腐蚀性，使其成为电缆、连接器和线圈等无数组件的理想材料。最后，它还是 第25位 的元素，且回收利用时几乎不会造成质量上的显著损失。

铜的独特性能使其在电气化领域占据了不可替代的地位，而电气化作为支撑人类迈向“净零”目标的能源传输系统，正日益重要。

更强劲，更迅捷

随着全球电力基础设施的发展和生活水平的提高，我们自然需要更多的兆瓦级电力来满足需求。但绿色能源转型的一个副作用是，与化石燃料替代方案相比，每兆瓦电力的终端使用将消耗更多的铜。

主要原因是，可再生能源发电比传统的化石燃料热电发电更为分散，因此对材料的消耗更大。例如，每台1至5兆瓦的风力涡轮机都配有独立的发电机，而一座燃煤热电厂通常仅配备一台400兆瓦的发电机。发电方式的分散化也意味着，用于将电力从发电地输送到用电地的电网必须进行扩建。

此外，利用可持续能源发电往往受天气条件制约。煤炭几乎可以全天候燃烧，而风力发电需要持续的风力，太阳能发电则仅在白天有效。 为了弥补自然条件导致的发电量低谷期，我们需要额外的发电能力和储能设施来满足需求，这意味着可再生能源系统将消耗更多的铜。这也是我们需要更强大电网的另一个原因：发电和消费地点之间的互联程度越高，就越容易从当下有电的地方获取电力。

发电是一方面，但“净零”还意味着能源链另一端的脱碳：即终端用户。例如，道路交通领域实现无碳终端能源使用，意味着电动汽车数量将增加，但每辆电动汽车所需的铜量是内燃机汽车的2至3倍。

到2040年，清洁电力将成为铜的最大消费领域，但铜也广泛应用于一些非电力系统，这些系统有助于实现净零排放的转型。例如，作为一种优良的热导体，铜常被用于供暖和制冷系统，如热泵中的系统，这些系统在减少供暖用化石燃料方面发挥着重要作用。

最后，提高能源效率本身就需要大量使用铜。根据焦耳定律，电线中以热能形式散失的能量与电阻成正比，而电阻与导线直径成反比——因此，铜缆越粗，以热能形式浪费的能量就越少，系统的效率也就越高。这包括变压器和电动机的绕组。简而言之，在每种应用中使用的铜越多，节省的能源就越多。

够了吗？

国际能源署发布了 两个情景 。 “既定政策情景”（STEPS）基于各国政府已作出的承诺，而更为激进的“可持续发展情景”（SDS）则基于在2050年前实现“净零排放”的目标。这两个情景均预测，到本世纪中叶，年铜需求量将从目前的约2600万吨增至4000万吨——STEPS情景预计在2050年实现，SDS情景则预计在2040年实现。

考虑到这些惊人的数字，人们自然会质疑地球上的铜资源是否足以满足我们的需求。简而言之，答案是肯定的。现有资源足以支撑能源转型并满足社会需求。关键在于，我们能否以足够快的速度开采这些铜，从而与“STEPS”或“SDS”计划保持同步。

目前，原生铜年产量为2200万吨。加上400万吨再生铜，总产量足以满足当前2600万吨的需求。一个多世纪以来，铜需求年均增长约3.3%，大约每30年翻一番。过去，铜需求的驱动力是人口增长、电气化进程和电力消耗。 如今，则主要源于绿色能源转型和全球生活水平的提高。目前，我们拥有约41年的铜储量——即已投产矿山中的地下铜资源——以及多达250年的预测储量（目前尚未开采的资源）。

令人惊讶的是，几十年来，铜的储量（以开采年限计算）一直大致保持不变。就像石油一样，资源越稀缺，人们就越会加倍努力去寻找新的储量。

通过开发铝等替代材料，或许可以减少我们对铜的依赖。铝的重量约为铜的三分之一，因此可能更适合用于架空输电线路等场合。另一方面，在空间和重量受限的应用场景中，为了实现与铜相同的功能，铝所需的体积及其周边结构会相应增加，这使得它并不适用。

另一个研究领域是石墨烯，它的重量虽然只有铜的三分之一，但导电性却比 两倍以上 ，且由碳制成，而碳的储量是铜的十倍。虽然前景可期，但石墨烯在电气工业中的应用目前仍主要处于研究阶段，预计还需要数十年时间，石墨烯才能成为铜的主流替代品。

如果增长仍能保持历史水平，且铜产量也随之增加——正如过去100多年来一直那样——那就没什么好担心的。与此同时，铜的生产方式正在发生变化。

低影响生产

我们必须最大限度地提高铜的回收率，以确保再生铜持续流通。 电工铜的特性（如纯度）使其非常适合回收利用，且回收对环境的影响远小于开采。然而，目前对消费前和消费后废铜（1000万吨）的回收量仅能满足当前需求的三分之一，以及2040年标准需求量（SDS）的五分之一。此外，消费后废铜只有在设备寿命结束之后才能获得，例如变压器的使用寿命约为30年。

绿铜

至少目前而言，开采现有资源以获取原生铜至关重要。事实上，没有采矿，就不可能实现“净零”目标。虽然零影响的采矿是不可能的，但采矿必须负责任——这需要在经济、环境、政治和社会挑战之间取得谨慎的平衡。

在某些情况下，这种平衡很难把握，2023年底全球最大露天铜矿之一关闭便是明证。针对从环境担忧到腐败嫌疑等一系列全国性抗议活动，巴拿马最高法院裁定加拿大矿业公司First Quantum Minerals在Cobre Panama的合同违宪，并迫使其 停产 。位于多诺索的该矿区雇佣了7,000名员工，约占巴拿马国内生产总值的5%，占全球铜产量的1%。

在诸如 CWIEME Berlin等活动上开展的国际合作以及思想与专业知识的交流，有助于促进行业协作，共同发挥作用，以最大限度地发挥铜的使用效益，并减少铜生产对环境的影响。

例如，全球碳排放量的0.2%源自铜的生产周期，包括从开采到冶炼及加工的各个环节。尽管这一数字远低于铜所帮助减少的排放量，但国际铜业协会的成员已承诺，力争在2050年前实现范围1和范围2排放的净零目标。或者考虑 “铜标”，这是一项全行业标准，旨在推动铜及其他关键金属的负责任生产、采购和回收。该认证基于32项指标，旨在涵盖社会和环境议题，从社会参与和防止童工，到负责任的水资源使用和资源管理。

数千年来，人类一直利用铜来改善生活；只要采取正确的方法，我们还能继续利用它数千年——或许铜的黄金时代尚未到来。