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美國開始開採鎵金屬
美國戰略暨國際研究中心公佈一份關於「消除鎵供應鏈風險」的研究,由於98%的精煉鎵來自中國,若未能解決鎵的供應鏈漏洞,將可能進一步衝擊美國及其盟國國家安全及經濟。
鎵和在元素週期表的鄰居「鋁」一樣不是獨立存在於地殼中,而是與其他一系列的元素融合在一起存在。大多數鎵礦石來自鋁土礦(鋁的原生礦石)與部分鋅礦床的開採。然而,相較於地殼中最豐富的金屬之一「鋁」,鎵金屬極為稀缺,在地殼中鎵的估計值僅約為 16.9 ppm(地殼中銅的估計值約為 50 ppm,鋁約為 82,000 ppm)。
鎵化合物針對LED照明到太陽能電池提供了一系列的創新技術,更進階落地用於消費及國防的高效半導體應用。三位日本科學家於2014年更藉由氮化鎵的廣泛應用榮獲諾貝爾物理學獎。因氮化鎵傑出的電化學性受到當今重點綠色技術革命—快速充電設備的青睞。
我們都瞭解充電設備在第四次工業革命中的重要性—每部智慧型手機、筆記型電腦、無人機,甚至電動汽車都需要高效能的充電系統。故除了氮化鎵半導體特質廣為人知之外,氮化鎵充電系統的低發熱性現在也越來越受到關注。納微半導體公司(Navitas Semiconductor)正在領導開發氮化鎵充電系統,該系統可以使電動汽車在家花費的充電時間減少三分之一,此發明可能會在未來顯著影響消費者對電動汽車的接受程度。
目前鎵主要是作為鋁土礦的「伴金屬(companion metal)」進行開採,接下來我們需要多元化鋁供應的管道,並同時發展下游精練的能力,這也是中國現今佔據主導地位的領域。西非國家幾內亞擁有全球最大的鋁土礦,去年我剛好有機會能夠參訪幾內亞一項與鋁有關的研究專案計畫,在參訪期間令我訝異的是中國在該國供應鏈投資佔據主導地位。因幾內亞目前由軍政府控制,其政治前景存在高度不確定性,美國未來較有可能與澳大利亞、巴西等其他主要鋁土礦生產國成為長期的合作夥伴。
好消息是,雖然目前我們僅從鋁土礦開採中提取了約10%可用的鎵副產品,參考過去其他科技金屬(如,稀土鑭系元素)的經驗,需求可能會在創新產品問世(如,智慧型手機)的推動下短時間內迅速上升。因此,礦產政策分析師必須開始為鎵的供應制定令人信服的方案,其中需考慮到從澳大利亞和加拿大等可靠來源獲取鋁土礦的高能源成本,以及從回收材料中利用鎵的機會。過往研究數據估計,2010年日本通過回收廢料生產了大約90噸的鎵,美國能源部亦表示2010年全球鎵的回收能力佔全球鎵的產能約42%。
除了鋁土礦之外,德克薩斯州的圓頂稀土礦床還蘊藏儲量豐富、預計足夠供給2,000年的伴生鎵礦床,儘管是基於當前的消費進行估計(未來消費勢必會隨著新的需求產生而增長),但在可預見的未來仍然有充足的供應量。最終,通過電子設備的模塊化設計回收鎵也將緩解市場壓力。