基于矿产-能源-水资源关联的非洲矿业可持续性评价
文献类型：学位论文
| 作者 | Benjamin Kolie |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | Ayman Elshkaki |
| 关键词 | 非洲 矿业 矿产-能源-水-碳关联关系 可持续性 能源转型 环境污染 气候变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然资源学 |
| 英文摘要 | 非洲矿业对这个大陆的可持续发展起着重要作用，而这个产业又与矿产、能源和水资源紧密相连。洞察矿业对这些资源及其相互关联的影响，是实现可持续发展的关键所在。全球矿业在推动经济增长和资源供应方面发挥了举足轻重的作用。文献综述建议，应从资源关联视角，制定一个全面的框架和战略，从而有效应对矿业活动中环境、社会和经济方面的可持续性问题。鉴于非洲人口和经济的持续增长，对该大陆矿产、能源和水资源的可持续管理引起了广泛关注。非洲矿业对其国内生产总值（GDP）贡献巨大，然而，也面临着资源储量枯竭、产业多元化以及现代化改造的挑战。因此，制定高效的政策和可持续的资源管理策略，以应对水资源短缺、能源获取及气候变化等挑战，显得至关重要。尽管非洲矿业推动了经济增长和技术革新，但它也带来了环境和资源管理上的挑战，如细颗粒物排放、水污染以及其他诸多危害。在资源稀缺与气候变化的双重影响下，这一高能耗行业的可持续性挑战愈发复杂。资源关联视角为深入理解这些资源之间的内在的相互依存关系提供了一个全新的分析框架。特别是对于矿业而言，它既是这些资源的关键消费者，也是推动这些资源开发的主要动力。尽管在全球范围内以及非洲地区已对能源-水-粮食关联进行了若干研究，并且在全球层面上对能源-水-矿产关联也有所探讨，但在非洲地区，关于能源-水-矿产关联的研究却相对匮乏。本项研究采用资源关联视角，深入分析了全球能源转型和联合国可持续发展目标（SDGs）对非洲矿业在能源消耗、水资源需求以及二氧化碳排放方面的影响。通过案例研究和实地考察，本研究对矿区的能源与水资源基础设施进行了评估，并监测了采矿活动对当地社区、环境以及水、土壤、空气、噪音、动植物等多元要素的具体影响。通过资源关联分析模型所进行的情景分析预测，到2050年，全球对铝土矿、磷矿石、铬和锰的需求将迎来显著增加。需求量预计将分别达到27,500至400,000百万吨、17,832至264,599百万吨、3,270至48,510百万吨和1,412至20,947百万吨。研究揭示，在非洲，锂、钴、铬、铜和铝土矿的开采过度，其枯竭率分别高达156%、836%、2674%、1245%和33579%。展望2050年，除了铂、磷矿石和石墨之外，这些矿产资源将需要额外的储量来满足需求。值得一提的是，磷矿石不仅是矿产资源的一部分，更是实现联合国可 持续发展目标的关键，其主要用途在于农业肥料，助力粮食生产。数据揭示，每一种矿产的累积预估量均代表着巨大的能源消耗。预计到2050年，加工这九种矿产所需的总能源将介于12,316TWh至182,748TWh之间，而用水量的增加预计将在15,000至223,000亿立方米之间。随着矿产开采量的攀升，仅有铝土矿、铬、钴和铜的开采过程中二氧化碳排放相对较低。据估算，这九种矿产的二氧化碳排放量介于1,318至19,561千吨之间，略低于其他研究的预期。若能源需求随人口增长而上升，且能以通过清洁能源技术得到满足，预计到2050年，能源需求（SDG7）将达到207TWh，而在2020年这一数字仅为0.3TWh。研究发现，在该地区的若干村庄中，亟需矿业公司制定电气化计划。尽管如此，政府尚未建立将高低压电力转换为公共使用的社区能源中心。卡姆萨尔和桑加雷迪仍然依赖热力发电，为员工住宅及附近社区提供电力。对能源基础设施的评估指出，在接入新的电力线路之前，必须对电力系统进行升级，以避免某些地区出现过高电压或电压不足的问题。除了那些已经完成基础设施升级的村庄外，其余所有村庄的安全饮用水消费量均有所下降。安全饮用水的匮乏导致了腹泻、霍乱和伤寒等水源性疾病在该地区的急剧增加。此外，水的pH值、电导率和浑浊度亦引起了人们的担忧。在博凯地区，水的pH值范围介于5.79至6.23之间，极端情况下可达7.51至8.66。尽管电导率并非主要问题，但某些公司如CBG的电导率最高值达到3,534μS/cm，远超750μS/cm的平均水平。水样的平均浑浊度在-111.4至31.2个浑浊度单位（NTU）之间波动。在克鲁阿纳铁矿区，年平均用水量为2立方米，持续时间为6个月，从4月到10月。水的pH值在4.5至7.73之间，浑浊度在1.5NTU至63.05NTU之间波动，这些波动反映了该区域所有采样点的累积数据。在博凯铝土矿区，土壤成分分析显示存在铬、铜、镍和锌。同样，在克鲁阿纳铁矿项目区，也发现了大量铜、镍和锌。样品站的数据显示，白天的噪音水平较初始状态（70分贝）增加了7分贝，夜间亦提高了3分贝，这一现象明显违反了既定的标准。此外，大部分采样点的颗粒物浓度均超过了可接受的水平。特别是博凯铝土矿区和克鲁阿纳铁矿区的采矿活动，其PM10颗粒物水平异常高。尽管在某些地区PM2.5颗粒物水平较低，但对粉尘水平的持续监测仍不可或缺。随着采矿作业的扩展，2,929公顷的天然栖息地和466公顷的改良栖息地遭到了占用，这些改良栖息地包括地表矿井和基础设施周围50-100米的干扰缓冲区。这一占用对鸟类、鱼类、植物和哺乳动物等多种物种产生了甚远的影响。 为了实现可持续矿业转型，必须采取一种综合性方法，这种方法需要融合政策支持、技术进步和可持续商业模式。政策框架用以鼓励再生能源的发展，而技术创新则提升了效率和可扩展性。矿业必须拥抱可持续的商业模式，以实现长期的繁荣。鉴于环境问题的紧迫性和能源需求的增长，探索替代能源变得尤为重要。同时，面对水资源的稀缺，有效的水资源管理同样关键。非洲矿业在管理矿产、能源和水资源方面遭遇了重重挑战，包括基础设施不足、能源和水获取限制、水质恶化、资金短缺、专业知识匮乏，以及环境保护措施薄弱。为此，建议加大对基础设施的投资，利用创新技术，并推广可持续采矿作业。本研究深入探讨了可持续管理技术、资源效率和政策协调等议题，这些都是减少资源冲突、改善资源管理的关键；揭示了矿产和能源供应中的复杂权衡，并提出了一些列潜在的解决方案和缓解措施。这些将为深入理解非洲矿业实现环境友好的发展的前景和障碍提供洞见，同时这些经验也可供其他行业借鉴。探索其他行业的绿色发展潜力对于构建一个可持续的未来至关重要。细致评估每个行业的特定需求，并制定定制化的策略来实施环保实践，是充分发挥绿色发展潜力的重要途径。 |
| 学科主题 | 自然资源学 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 196 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209250]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | Benjamin Kolie. 基于矿产-能源-水资源关联的非洲矿业可持续性评价[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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