海洋成為關鍵礦物寶庫 美國研發海水提取技術助無人機產業永續發展

海洋儲量遠超陸地 改寫全球礦物供應版圖

美國太平洋西北國家實驗室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）近日發布突破性研究，揭示全球海洋蘊藏龐大且尚未開發的關鍵礦物寶庫。該實驗室化學海洋學家Jessica Cross指出，「僅0.1%的海水，若能完全提取其中的鎂和鋰，就足以滿足人類未來5萬年甚至更長時間的需求。」

在美國能源部水力發電與水動能辦公室支持下，PNNL團隊正積極開發從海水中提取鋰、鎂、錳、鈷及稀土元素等關鍵礦物的技術。這些物質對電池、無人機、潔淨能源設備與電子產品至為關鍵。值得注意的是，提取海水礦物並非新概念——第二次世界大戰期間，美國曾大量從海水中提取鎂，直到1990年代才轉向進口供應，顯示該技術具有歷史驗證與可行性。

濃度極低是工程難點 需處理大量海水方能見效

PNNL化學家Chinmayee Subban博士坦言，從海水中提取關鍵礦物的最大障礙在於其濃度極低。以奧林匹克標準游泳池（約227萬公升海水）為例，其中僅含約2,980公斤的鎂、0.42公斤的鋰，鎳更只有約0.00095公斤。工程師必須處理龐大水量才能提取足夠礦物。

Subban強調海水的獨特優勢：「其化學成分在全球各地平均而言相當一致。這意味著我們可以針對某一地點開發技術，並快速擴大規模，部署至世界各地。」此特性使海水礦物提取具有高度可複製性與全球適用潛力。

共流反應器創新突破 與海淡廠結合效能驚人

為破解濃度低的難題，PNNL團隊開發了「共流反應器」（co-flow reactor）技術。該系統持續將海水與氫氧化鈉接觸，兩種液體交匯時生成高純度的氫氧化鎂並加以收集，省去多個化學處理步驟。

最令人振奮的是該模組化系統的實務應用前景。若與加州卡爾斯巴德海水淡化廠結合，在完全回收的情況下，每天可生產約52.4萬公斤的氫氧化鎂——超過美國目前每日用量的三倍以上。此數據凸顯技術的商業化規模潛力，有助美國減少對進口氫氧化鎂的依賴。

副產品價值挖掘 打造零浪費循環經濟

研究團隊更進一步探索礦物提取過程中的每一種副產品應用。提取鎂後的濃縮鹵水可透過「雙極膜電透析」（bipolar membrane electrodialysis，BPMED）技術進一步處理，產生後續加工所需的酸性和鹼性化學物質。

令人驚喜的是，BPMED產生的酸液在從橄欖石中提取鎳時，表現優於市售鹽酸——實驗室測試顯示其浸出鎳的效率比傳統酸液高37%。此發現大幅提升了整體製程的經濟效益。

PNNL海洋研究實驗室研究植物學家Scott Edmundson進一步指出，BPMED產生的微酸性海水可加速藻類生長。由於某些關鍵物質在海藻中的濃度比周圍海水高出100萬倍，未來系統有望在回收礦物的同時，兼顧生產化學品、燃料、肥料和生質能源，打造完整的循環經濟模式。

技術成熟化仍需時日 惟前景確實可期

儘管該技術在工程實現與成本方面仍面臨諸多挑戰，研究人員仍相信此方法有望為美國建立更自主、更永續的關鍵礦物供應鏈。這對電池製造、無人機產業、潔淨能源與電子產業的長遠發展，具有重要戰略意義。