鎂是自然界中含量最高、分布最廣的元素之一,既有重要工業(yè)價值,又可實現能源循環(huán)利用,被譽為21世紀最具開發(fā)應用潛力的綠色工程材料。地球上能單獨作為金屬材料來應用且資源最豐富(豐度大于1%) 的元素只有鋁、鐵、鎂三種,其中,鋁和鎂在人類歷史上是同時代被發(fā)現的,但目前全球鋁和鋼鐵的年產量已分別高達8000萬噸、18.8億噸,鎂卻只有100萬噸左右。由此可見,鎂的重要工業(yè)價值和巨大市場價值還遠未釋放出來。
鎂經濟是以鎂元素為循環(huán)介質的綠色循環(huán)經濟及與其上下游密切關聯的現代化產業(yè)集群。鎂經濟綠色循環(huán)產業(yè)體系的源頭,從材料角度講是取之不盡的海水/鹽湖鹵水,從能源角度講是用之不竭的可再生能 源。利用鎂既是能源載體又是工業(yè)材料的雙重屬性,實現新能源和新材料 兩大產業(yè)的交叉融合、優(yōu)勢互補,為性能優(yōu)異的鎂質先進材料和鎂能源的 大規(guī)模推廣應用掃除最主要的高成本障礙。鎂經濟既實現了清潔能源 安全高效的存儲和利用,又為發(fā)展高端制造提供了性能優(yōu)異的重要原材料,它對眾多傳統(tǒng)產業(yè)升級的帶動和對未來新興產業(yè)的培育,以及其中蘊 含的前沿科技交叉融合、多點突破,為21世紀的人類經濟社會發(fā)展開辟了一個前景廣闊的新領域、新賽道。
2023年9月,筆者首次提出鎂經濟綠色循環(huán)體系的概念、戰(zhàn)略框架和實施方案,并公開發(fā)表了《我國獨具優(yōu)勢的鎂經濟》《從戰(zhàn)略高度發(fā)展鎂經濟,加快形成新質生產力》《鎂經濟前景廣闊,我國應抓住引領機遇》等文章。之后,鎂經濟這一新概念、新體系迅速得到政府部門、企業(yè)界和學術界的廣泛關注,這讓筆者備受鼓舞的同時,更深感專門著述、深入闡述鎂經濟之重要和迫切。在此背景下,開始了本書的策劃和寫作。 鎂經濟雖然是一個新概念、新體系,但在現實社會中已有廣泛而深厚的產業(yè)基礎,鎂經濟綠色循環(huán)體系本質上正是短板產業(yè)補鏈、優(yōu)勢產業(yè)延鏈、傳統(tǒng)產業(yè)升鏈、新興產業(yè)建鏈的新質生產力的體現。為系統(tǒng)深入闡述鎂經濟的新穎性、重要性和可行性,本書一共分為六章。
第一章是關于鎂的概述。目前,全社會對鎂的認知度還比較低,很多人對鎂的印象還停留在初中化學課本里講授的鎂易燃易爆,以為鎂是不安全的金屬,但實際情況并非如此。本章側重于對鎂的發(fā)現、資源分布及目前鎂質材料的主要應用作簡要介紹。事實上,除了鎂粉、鎂箔兩種特殊形態(tài)外(包括鐵、鋁、銅在內的絕大多數金屬在粉末狀態(tài)下都是易燃易爆的),金屬鎂及鎂合金制品從生產、使用到儲運的全過程都是安全的。目前,鎂質材料的應用幾乎已遍及國民經濟從工業(yè)到農業(yè)的各個領域,既有眾多傳統(tǒng)產業(yè),也有很多新興產業(yè)和前沿產業(yè)。正因為鎂質材料在國防軍工、高端制造、生物醫(yī)藥、新能源等戰(zhàn)略產業(yè)和新興產業(yè)發(fā)展中占據著不可或缺的重要地位,美國、日本、歐盟、澳大利亞均已將鎂資源納入戰(zhàn)略性關鍵礦產資源清單。
第二章是鎂經濟得以構建的重要基礎。當前,鎂經濟綠色循環(huán)體系的構建從技術上、經濟上之所以可行,是因為燃料電池關鍵技術已經取得重要突破。這些突破應用于鎂燃料電池,既解決了鎂燃料電池產業(yè)化應用的最大卡點,又可以充分利用鎂的雙重屬性,實現新能源和新材料兩大產業(yè)的交叉融合、優(yōu)勢互補。所以,鎂燃料電池在鎂經濟體系中起著重要的樞紐作用,它同時關聯著清潔能源的綠色循環(huán)和鎂質先進材料的綠色循環(huán)。由于人們對金屬燃料電池還比較陌生,所以本章先從燃料電池的科普(比如原理、特點、分類及當前關鍵技術進展等)開始,然后重點介紹鎂燃料電池的工作原理、技術優(yōu)勢(包括與其他各種電池的對比),之后闡述了鎂能源綠色循環(huán)鏈和鎂質材料綠色循環(huán)鏈的工作機理與過程。
第三章是鎂經濟的核心產業(yè)及主要優(yōu)勢。由于鎂經濟綠色循環(huán)體系的產業(yè)鏈較長,且上下游關聯的產業(yè)領域眾多,因此本書將與鎂質先進材料(金屬鎂/ 鎂合金、超純超細氧化鎂/ 氫氧化鎂)和鎂能源的生產直接相關的產業(yè)稱為核心產業(yè),將鎂質先進材料和鎂能源的下游應用產業(yè)稱為外延產業(yè)。本章簡要介紹了五大核心產業(yè)(可再生能源、鹽化工、金屬鎂、鎂燃料電池和氧化鎂/ 氫氧化鎂)在全球和中國的發(fā)展現狀及良好前景,然后重點剖析了鎂經濟將新能源和新材料兩大產業(yè)交叉融合后帶來的四大突出優(yōu)勢:一是為風電和太陽能的儲能開創(chuàng)了新出路,二是使金屬鎂的生產工藝既清潔又經濟,三是使超純超細氧化鎂實現工業(yè)化生產,四是使鎂燃料電池的商業(yè)應用成為可能。
第四章是鎂經濟將深刻改變世界。材料、能源和信息被譽為現代文明的三大支柱。本章重點聚焦鎂經濟體系的外延產業(yè),即鎂質先進材料和鎂能源的推廣應用將在材料領域和能源領域對人類社會產生深遠影響。鎂合金和超純超細氧化鎂均是可帶動一個龐大材料群實現技術突破的基礎原材料,與汽車交通、航空航天、武器裝備、電子電氣、生物醫(yī)藥、冶金陶瓷、石油化工、可再生能源開發(fā)等眾多領域的高端制造和產業(yè)升級密切相關,因本書篇幅有限,難以面面俱到,所以僅就鎂合金和超純超細氧化鎂在幾個典型產業(yè)的應用,對發(fā)展現狀及未來前景作一介紹,其重要價值及帶來的深刻改變從中可窺一斑。鎂能源的應用則重點選取實現產業(yè)化最有可行性的四個突破口,逐一進行分析和闡述。
第五章是中國具有引領鎂經濟的顯著優(yōu)勢。前述鎂經濟的核心產業(yè)、主要優(yōu)勢及深遠影響,均立足于全球視角。在這一前景廣闊的新領域、新賽道上,中國有顯著的引領優(yōu)勢:一是鎂資源儲量和產量居全球第一,是中國最具國際話語權的金屬礦產品種,發(fā)展鎂經濟將大大緩解中國鐵、鋁、鋰、鉑等重要礦產資源的進口依賴,提升資源安全保障水平;二是鎂燃料電池產業(yè)有不可多得的技術先發(fā)優(yōu)勢,與鋰離子電池、氫燃料電池的核心技術幾乎被發(fā)達國家壟斷相比,鎂燃料電池的核心技術全部為中國自主開發(fā),且處于世界先進水平;三是有完整的上下游產業(yè)鏈(且大部分關聯產業(yè)的規(guī)模居世界第一)和發(fā)展高端制造的龐大市場需求,特別是超純超細氧化鎂,只有中國具備大規(guī)模生產并與高溫產業(yè)形成配套、組合升級的有利條件。
第六章是從戰(zhàn)略高度推動發(fā)展鎂經濟。鎂經濟為中國在復雜嚴峻的國際競爭中開辟新領域、新賽道和贏得發(fā)展主動權提供了難得的戰(zhàn)略機遇,但要真正將其巨大發(fā)展?jié)摿ψ兂涩F實的新質生產力、創(chuàng)造出巨大經濟效益,需要新能源、新材料兩大產業(yè)實現跨行業(yè)的交叉融合甚至重構,并和眾多高端制造業(yè)實現上下游協同推進。因此,要推動鎂經濟的發(fā)展,不能單靠市場的力量,需要在資源、技術、產業(yè)鏈三大優(yōu)勢基礎上,充分發(fā)揮制度的作用通過國家力量來啟動這個綠色循環(huán)體系、高效鏈接各個行業(yè),讓政府有形之手和市場無形之手協同作用。為此,本章基于中國國情,從戰(zhàn)略高度提出了六個政策建議,既有頂層設計,也有應該著手的重要舉措。
材料和能源分別是現代文明的物質基礎和動力基礎,人類社會發(fā)展史既是不斷創(chuàng)造材料、利用材料的歷史,也是不斷尋找更清潔高效、可持續(xù)的能源來源的歷史。發(fā)展鎂經濟綠色循環(huán)體系,為我們在材料領域和能源領域打破現有認知、再次創(chuàng)新變革,讓地球上豐富的鎂資源造福于人類命運共同體,開辟了一片新的天地。借用我國著名社會學家費孝通先生各美其美,美人之美,美美與共,天下大同的箴言,將文化之美換成金屬之鎂各美其鎂,美人之鎂,美鎂與共,天下大同,便生動刻畫出了鎂經濟對于人類未來和平與發(fā)展的重要意義。謹以此書拋磚引玉,希望有更多產業(yè)界和學術界的同仁關注、研究并推動鎂經濟,讓鎂好事業(yè)造福國家、造福人類。
王亦楠,國務院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所研究員,1996年于清華大學電機系取得工學碩士學位,2001年于北京大學科學與社會研究中心取得科技哲學博士學位。長期從事能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究,就核安全、水安全和可再生能源發(fā)展多次給中央呈送政策建議,對我國能源環(huán)境政策的調整完善產生了積極影響。
近十年來公開發(fā)表的代表作品主要有:《十問內陸核電》《長江流域建核電還須審慎決策》《防范重大核事故風險首先要破除核安全神話》《福島核污水難題的教訓和警示》《長江保護立法不應與水電建設相對立》《解決水資源短缺的制約是生態(tài)文明建設和維護國家安全的當務之急》《提升水資源調控能力是抗御洪旱災害的根本途徑》《落實碳達峰碳中和須糾正對小水電的偏見》等。
2023年9月首次提出鎂經濟綠色循環(huán)體系的概念、戰(zhàn)略框架和實施方案,之后公開發(fā)表了《我國獨具優(yōu)勢的鎂經濟》《鎂經濟前景廣闊,我國應抓住引領機遇》《從戰(zhàn)略高度發(fā)展鎂經濟 加快形成新質生產力》等文章,獲得廣泛關注。
梁靚,2018年于南京大學化學化工學院獲得博士學位,北京鎂德百世科技有限公司創(chuàng)始人,從事金屬燃料電池和電催化劑材料的研發(fā)、應用及商業(yè)推廣等方面的工作。主持完成燃料電池法超高純氧化鎂-電力聯產項目,并建成全球首套30千瓦級鎂燃料電池-超純超細氧化鎂生產驗證線,該科技成果經鑒定為國際先進水平。在Chemical Communications、Journal of Chromatography A 等國際期刊發(fā)表SCI論文6篇,授權發(fā)明專利20余項(包括多項美國、歐盟、日本、新加坡專利),曾獲2011年中國分析測試協會科學技術獎一等獎。
目 錄
第一章 關于鎂的概述
一、鎂的發(fā)現和資源分布
二、鎂質材料的主要用途
第二章 鎂經濟得以構建的重要基礎
一、燃料電池關鍵技術已取得突破
二、鎂燃料電池的獨特優(yōu)勢和作用
第三章 鎂經濟的核心產業(yè)及主要優(yōu)勢
一、鎂經濟的綠色循環(huán)
二、鎂經濟的核心產業(yè)
三、鎂經濟的主要優(yōu)勢
第四章 鎂經濟將深刻改變世界
一、鎂合金的重要應用及前景
二、超純超細氧化鎂的重要應用及前景
三、鎂燃料電池的重要應用及前景
第五章 中國具有引領鎂經濟的顯著優(yōu)勢
一、資源優(yōu)勢
二、技術優(yōu)勢
三、產業(yè)優(yōu)勢
第六章 從戰(zhàn)略高度推動發(fā)展鎂經濟