（一）深海采矿的提出
20世纪60年代，美国地质学家约翰·梅罗（John Mero）在其出版的《海底矿产资源》一书中，认为海底将成为满足全球矿物质需求的主要供应来源。1970年，联合国大会第2749号决议通过《关于各国管辖范围以外海床洋底及其底土原则宣言》，指出海底应保留专供和平用途。
1994年，联合国国际海底管理局正式成立，其主要职能是依照《联合国海洋法公约》规范“区域”（国家管辖范围以外的海床及其底土）内深海海底矿产的勘探和开发。国际海底管理局成立后，由于深海采矿技术不成熟、陆上矿产资源供应充足等因素，各国并未开展大规模深海采矿活动。
随着全球能源转型对于关键矿产的需求大幅增长，陆上矿产资源供应趋紧，且全球矿产供应链受到地缘政治、交通运输等方面的影响呈现不稳定的趋势。在此背景下，主要国家及国际矿业公司重燃对于海洋矿产商业开采的热情，深海采矿成为各国关注的焦点。
（二）深海采矿前景广阔
海底矿产储量巨大、品位高，深海采矿具有巨大潜力。目前各国进行的勘探工作主要集中在3种深海矿产资源：深海海底的多金属结核，包括锰、铁、铜、镍、钴、铅、锌及少量贵金属；深海热泉附近形成的多金属硫化物（即“深海块状硫化物”），富含铜、铁、锌、银和金；覆盖在海底海山斜坡及顶部的富钴结壳，含有铁、锰、镍、钴、铜和包括稀土元素在内的多种稀有金属。商业勘探区域主要位于太平洋东部的克拉里昂-克利珀顿区（CC区）、大西洋中部和印度洋中部海域。
（三）部分国家和国际矿业公司开展深海矿产勘探和环境评估
随着新技术的引入，美国、日本、挪威、英国等国家以及加拿大金属公司（The Metals Company，TMC）等国际矿业公司积极开展深海矿产勘探和环境评估，虽然在技术层面取得了一些进展，但距离商业化深海采矿仍有很长距离。2022年8月，日本海洋地球科学技术机构曾在茨城县沿海成功测试海底开采技术，其深海钻井船“Chikyu”能够将管道延伸至2470米深的海底，每天可泵送约70吨泥浆进行筛选。日本政府计划在小笠原群岛和南鸟岛附近6000米深的海床中开采富含稀土的泥浆以寻找稀土元素，并计划在5年内开始勘探工作。2023年3月，加拿大金属公司发布了对旗下NORI-D多金属结核项目（位于克拉里昂-克利珀顿区）的环境影响进行生命周期评估的评估结果，认为海底钴镍矿开采技术与陆上开采钴镍矿的现有技术路线相比，可显著降低对环境的影响。2023年11月，该公司表示将派出一个团队返回NORI-D进行环境研究，以评估海底多金属结核收集试验对海底生态系统的影响，预计将于2024年向国际海底管理局提交商业采矿许可证申请，并于2025年开始生产。
深海采矿融合了海底作业、水下输送、动力输配、中央控制、水面支持等作业系统，被视为主要国家科技竞争的前沿领域。目前各国尚未实现深海矿产的商业化开发，多数装备及技术仍处于研制和试验阶段。美国、日本、印度、韩国、中国、欧盟等国家和地区已正式开展深海采矿技术研究。
2017-2022年，主要国家深海矿产资源开发装备发展情况如下：
资料来源：王国荣，黄泽奇，周守为，等.深海矿产资源开发装备现状及发展方向[J].中国工程科学，2023，25（3）：1-12.
（一）深海矿产勘探技术及装备
深海矿产勘探是深海采矿的基础准备工作。目前各主要国家正处于从海底环境勘测到海底资源开采的过渡阶段，使得深海矿产勘探成为各国争夺海底资源的关键环节，推动了深海矿产勘探技术发展。
早期深海矿产勘探设备主要包括单一式抓斗取样器、基础的测深仪、无缆自返式取样器、水下照相机等设备，不仅功能单一，而且操控性较差，难以满足深海勘探工作对于精度和下潜深度的要求。现代深海矿产勘探设备主要包括载人潜水器（HOV）、高精度自主潜水器（AUV）、遥控潜水器（ROV）、长航程水下滑翔机等深潜装备，箱式取样器、多管取样器等深海取样装备，以及深拖系统、全覆盖多波束测深系统、高精度测深侧扫探测系统等探测装备，不仅功能更加丰富，而且操纵性较强，可长时间、大深度下潜作业。研究人员可利用这些装备对海底地质情况、水体环节、矿产赋存资源量等进行分析和评估，还可获取沉积物、生物、矿物等样品，分析海底环境特征、矿产分布等信息。
美国、俄罗斯、中国、日本、法国等国已经拥有自主研发的载人潜水器，印度、加拿大等国也计划开发6000m级以上的深潜设备。我国陆续自主研发设计了“蛟龙”号载人潜水器、“潜龙”系列自主潜水器、“海龙”系列遥控潜水器、“翼龙”系列水下滑翔机等深海资源勘探装备，实现了深潜装备的快速更新换代，并不断刷新深潜深度纪录。我国自主研发的钴结壳取芯器已完成已通过试验室水池模拟钻进和7000m耐压试验，可装配在“蛟龙”号载人潜水器上处于国际领先水平。
（二）深海矿产开采及输送系统
深海矿产开采系统是深海采矿的关键技术装备，主要包括拖斗式采矿系统、连续线斗式采矿系统、海洋梭式采矿系统和管道提升式采矿系统4种主要技术形式。其中，拖斗式采矿系统存在操作难度大、采矿效率低的问题；连续线斗式采矿系统因经常发生矿斗缠绕事故而影响正常生产；海洋梭式采矿系统制造成本及电池成本较高；而管道提升式采矿系统具有可连续作业、成本相对较低、采矿效率高等优势，成为最有前途的商业化深海矿产开采系统。管道提升式采矿系统主要由采矿子系统、提升子系统、水面支持子系统（母船）、深排子系统组成，包括深海采矿船、举升泵、海底采矿车等关键核心装备。目前，各国采用不同系统方案经过多次模拟实验和试采，已将“海底集矿车—提升泵—提升硬管—水面支持系统”方案作为当前主流的采矿方法。
俄罗斯、欧盟、日本、印度、韩国等国均开展了采矿车海试及海底导航、行走、采集试验，韩国、俄罗斯等国还完成了输送系统海试。苏联莫斯科地质勘探学院于1990年开展水力提升系统海试，水深为79m。2009年，韩国地质资源研究院完成100m水深输送系统海试。2015年，韩国海洋科学技术院（KIOST）和海洋工程研究所（KRISO）进行了1200m水深的水力提升试验。2020年，日本石油天然气金属矿产资源机构研制的采矿车在水深1600m处完成了富钴结壳试采。2021年，比利时GSR公司在水深4500m处完成了履带式采矿车行走试验。同年，印度国家海洋技术研究所（NIOT）在水深5270m处完成了采矿机移动和机动性测试，目前该机构正在建造6000m级载人潜水器“Matsya 6000”。
我国部分深海采矿技术及核心系统已实现突破，并完成深海开采系统的千米级联合海试。2021年，上海交通大学完成深海重载作业采矿车海底智能行进控制试验。同年，大连理工大学、长沙矿冶研究院等科研机构联合研制的深海采矿智能化混输装备系统完成了500m水深海试。
（三）深海环境评估和保护技术
深海采矿可能破坏海底环境以及海底生态系统的问题受到各国广泛关注，因此深海环境评估和保护技术也是深海采矿领域的关键技术。当前，各国尚未开发出成熟的深海采矿环境评估和保护技术方案，主要通过对矿石-水混合物的高效脱水处理，控制采矿活动对海底沉积物的扰动。环保问题成为制约各国大规模开展深海采矿活动的主要因素。2020年，国际海底管理局就深海采矿活动中的环境问题，提出了管理标准和指南草案，但至今仍未出台深海采矿行业规范和标准。
目前深海采矿还处于初期阶段，尚未实现对海底矿产的商业化、大规模开采。技术层面，深海采矿面临环保、技术安全性、数字化融合等方面的压力。一是深海采矿需要满足环保要求，减少采矿活动对于海底生态环境的扰动。二是深海采矿需要满足人和装备系统的技术安全性要求，要能在深海高水压、低能见度环境中进行长时间作业，同时还要抵御恶劣海况和偶发事件造成的安全风险。三是深海采矿技术要与数字化、智能化技术融合，实现生产全链条智能调度、全系统自主协同作业以及对各种风险的监测和预警等。
地缘政治层面，各国在领海内开展深海采矿活动的争议较小，但对于公海矿区的划分争议较大。一方面，法国、德国、智利、新西兰、帕劳、瓦努阿图等国对深海采矿持怀疑态度，认为应采取预防性暂停措施，直至出台完整的国际性深海采矿规则；谷歌、沃尔沃、宝马等跨国企业也承诺目前不会使用深海矿产。另一方面，俄罗斯、英国、日本、挪威、墨西哥、瑙鲁等国则积极推进深海采矿。2021年6月，瑙鲁政府致信国际海底管理局，援引一项国际海底管理局需要在“两年内制定一份开采规则”的法律条款，正式请求国际海底管理局在24个月内出台深海采矿规则。2023年6月，挪威宣布计划批准企业在格陵兰海、挪威海和巴伦支海的本国海域内进行深海采矿。2023年7月，国际海底管理局召开会议讨论是否开放深海采矿以及制订深海采矿行业规则，但由于各成员国分歧较大未能允许开放深海采矿，暂定于2024年7月再继续探讨相关条例制订工作。
截至目前，国际海底管理局虽然尚未向任何机构颁发任何深海采矿许可证，但已为俄罗斯、韩国、英国、日本、中国、印度、瑙鲁等10余个国家签发了30多个深海资源勘探合同。其中，我国先后与国际海底管理局签订了5份勘探合同，包含多金属结核、多金属硫化物及富钴结壳。但由于国际海底管理局对于各国采矿活动并无强制约束力，因此各国对于海底区域的“争夺”日趋激烈，未来深海矿产资源将成为各国资源争夺战的新“战场”。
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李维科 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究五室
研究方向：新材料、先进制造领域前沿技术跟踪及产业、政策研究
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