摘要：在两次工业革命的进程中，土地资源成为人类经济迅速增长的燃料库。时代的巨轮滚滚向前，当前高科技和新能源行业的蓬勃发展依赖于大量的稀有金属，而土地资源却日渐枯竭。因此，寻求新的供给端成为了各国政府和商业巨头的目标，他们将目光投向了广袤的蓝色海洋——一个蕴含着丰富矿
本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
编译 | 王纯瑶（北京外国语大学）
本文约2300字，阅读约5分钟
在两次工业革命的进程中，土地资源成为人类经济迅速增长的燃料库。时代的巨轮滚滚向前，当前高科技和新能源行业的蓬勃发展依赖于大量的稀有金属，而土地资源却日渐枯竭。因此，寻求新的供给端成为了各国政府和商业巨头的目标，他们将目光投向了广袤的蓝色海洋——一个蕴含着丰富矿产资源的宝藏库。
“海洋与湿地”（Ocean Wetlands）小编注意到一篇2025年的最新文献，由中国海洋大学工程学院的张旗（音译）、陈旭光（音译）等人在《地球能源科学》（Earth Energy Science）期刊上发表的一篇研究论文，题目为“深海海底采矿的技术和设备：最新技术和前景展望”（Technology and equipment of deep-sea mining: State of the art and perspectives）。这篇研究探讨了深海采矿（DSM）的最新技术，并且分析了深海海底采矿的挑战以及发展方向。为助力全球海洋治理、并供读者们了解最新研究动态信息，编译分享信息如下，供感兴趣的读者们参阅。译文仅供参考。
深海三大主要矿产资源分布示意图（数据来源：刘等，2023；米勒等，2018；夏尔马，2024）。图中展示了深海多金属结核、富钴结壳以及海底热液硫化物三种主要矿产资源的分布区域。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al.
一、深海海底采矿的重要性
作者指出，相较于陆地采矿，DSM在经济和环境方面具有一定的优势。例如，不需要使用或污染淡水水源，以及从深海中获取的金属品质和数量往往优于陆地矿石，多金属结瘤（PMN）、多金属硫化物（PMS）和富钴锰铁壳（CFC）尤其具备巨大的商业价值。
可以说，DSM关系着未来能源命脉。因此，自2000年以来，许多国家都显示了对深海矿产资源的兴趣，比利时、中国、法国等国曾与ISA多次签署区域矿产资源的联系协议。
美国地质调查局指出，如果深海开采能实现商业化，截止2065年，人类对关键金属需求的35-45%将来自深海开采。然而，由于深海环境的极端复杂性，目前DSM仍处于试验阶段，尚未实现大规模商业开采。
深海挖矿流程示意图（未按实际比例绘制）（改编自米勒等，2018）。这张图片展示了从深海开采三种不同矿产资源（多金属结核、富钴结壳和海底热液硫化物）的主要流程。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al. (2024)
二、深海海底采矿的三种必备设备
作者指出，如果DSM要成为一项商业活动，就得要求它保持持续、稳定的生产能力。同时，环保也是不可忽略的问题。DSM会对海洋生态环境造成诸多影响，如改变底栖环境、干扰海底生物，甚至影响浮游生物的光合作用，这对深海采矿的技术、设备提出了极高的要求。实践中，采矿车、管道提升系统和表面支持系统是DSM的三种必备设备。
多金属结核深海采矿系统发展历程（改编自Sha等，2023；Shen等，2022）。展示了多金属结核深海采矿系统的发展历程，从早期的概念设计到现代的实际应用。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al. (2024)
（一）采矿车
采矿车是DSM的核心装备之一，它会行走在海床的表面并且进行收集作业。采矿车的收集方法可以分为机械收集和液压收集。机械收集利用旋转链齿、梳状铲，像是用梳子把海底的矿物 “梳” 起来，虽然能耗较低，但容易损坏海底固结层，导致沉积物悬浮；液压收集包括抽吸式、附壁射流和双排射流等方式，将矿物“吸”入车内，结构简单、对沉积物层影响小、地形适应性强，但美中不足的是能耗较高。目前，液压收集方法更受各国青睐，中国目前便在研究双排射流采集方法。
海底的环境脆弱、复杂，这就要求采矿车不仅能承受高压，而且得在不同硬度的海床上高效作业。早期的采矿车采取拖曳式前进，但这种模式由于操控困难、效率低下，已逐渐被淘汰。现在，自推进式采矿车成为主流，其中自推进履带式采矿车凭借强大的牵引力、高承载能力和良好的避障性能脱颖而出。目前，大多数国家已经开发了自推进履带式车辆，包括中国、德国、印度、韩国和俄罗斯。
（二）管道提升系统
作者指出，目前管道提升系统已成为DSM研究的重点，它占据采矿活动总能源消耗的50 %以上。管道提升系统有两种方法，分别是气动提升和液压提升，前者利用高压气体，在管道内形成一定速度的从下往上的高速气体流动，从而完成矿物的垂直运输，后者则通过安装提升泵完成。气动提升虽结构简单，但存在能耗高、管道尺寸大、气体流速控制难等问题，在商业开采应用中较为受限；相比之下，液压提升具有效率高、管道尺寸小等优势，已被广泛采用。
（三）表面支持系统
表面支持系统由采矿支援船和各种设备组成，为整个采矿过程提供动力、控制和生活保障，还能对采集到的矿物进行初步处理。一般来说，采矿支持船需要足够大的空间来对矿物脱水处理于储存。例如，韩国设计的采矿支援船尺寸分别为265 m×42m（长×宽）。此外，表面支援船还需具备高精度动态定位和升沉补偿功能。但目前的支援船多由旧船改装，尚且无法满足商业采矿需求。
上图是两种不同的机械结核收集模型，用于在深海中收集多金属结核。机械结核收集模型：（a）1976年Ocean Minerals Company方案（改编自Welling，1981）；（b）1999年 Institut für Konstruktion方案（改编自Handschuh等，2001）。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al. (2024)
上图：三种液压收集模型示意图：（a）吸入式；（b）壁附射流式；（c）双排射流式（改编自赵，2022）。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al. (2024)
采矿车系统示意图（改编自赵等，2019）。图源：Zhang Q, Chen X, Luan L, et al. (2024)
三、深海海底采矿的挑战与展望
尽管DSM已成未来之趋，但作者指出，人类也面临着许多必须考虑的现实问题。首先是生态问题：采矿车搅起的泥浆云可能会扩散数十公里，导致滤食生物窒息；采矿系统泵机作业时连续轰鸣，噪音容易干扰鲸类之间的声呐通信；海底生物的生长缓慢，一个采矿坑的恢复或许需要数百年，甚至上千年时间。其次是成本问题：目前深海镍开采的成本是陆地开采的2倍，如果不通过大规模商业开采将无法维系采矿运作；采矿设备需要在无光高压的环境下连续工作2000小时，设备研发必须高标准、高投入。
未来，DSM技术将朝着低环境干扰、高可靠性和高智能化的方向发展。作者在文中列举了当前科学家们的努力，如采用更先进的智能采集技术，让采矿车能够精准地收集矿物，减少对周围环境的影响。又如，通过使用新材料和优化设备设计，提高采矿设备在深海恶劣环境下的可靠性。可见，这场海底资源革命，既是对提高工程极限的挑战，更是对保存生态智慧的终极考验。
（注：本文仅代表资讯，译文仅供参考。详情请参见原文。欢迎留言、讨论。）
资讯源 | Zhang, Qi, et al.
编译 | 王纯瑶（北京外国语大学）
审核 | Linda Wong
排版 | 绿叶
关于译者
王纯瑶，目前就读于北京外国语大学法学院大三，辅修法语，关注海洋生态保护以及海洋法动态前沿发展，并希望将其作为今后的研究方向。中国生物多样性保护与绿色发展基金会国际部、“海洋与湿地”（OceanWetlands）志愿者。
引
用
本
文
王纯瑶(编译).深海海底采矿如何撬动万亿矿产？新研究解读最新技术与前景展望.海洋与湿地.2025-03-10
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斑海豹©摄影：王敏幹（John MK Wong） | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
【参考资料】
Qi Zhang, Xuguang Chen, Lubao Luan, Fei Sha, Xuelin Liu, Technology and equipment of deep-sea mining: State of the art and perspectives, Earth Energy Science, 1(1), 2025, 65-84. https://doi.org/10.1016/j.ees.2024.08.002.
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