聯合國附屬的「國際海床管理委員會」（International Seabed Authority, ISA）近日宣布，將於今年7月9日起，受理各國企業深海採礦的申請。日本自2013年在北太平洋南鳥島海域發現高含量稀土元素海底泥後，經過十年的研發準備，已於2022年底發布訊息，將大力進行海底礦產開發，挖掘水深5,000－6,000公尺的深海泥，提取其中的稀土元素，其終極目標是能夠自產稀土，擺脫對中國的依賴。中國方面也於近年相繼在北太平洋發現三個稀土富集的區域，似有後來居上之勢。

中國具生產與出口優勢

2023年3月底，中國工業和信息化部（簡稱工信部）與國土資源部共同下達2023年第一批稀土開採、冶煉分離總量控制指標，分別為12萬噸與11.5萬噸，分配給中國稀土集團公司、中國北方稀土（集團）高科技公司、厦門鎢業公司、廣東省稀土產業集團公司。由這些數字可透露出中國陸地上的稀土礦產量及背後控管的機制。

過去30年來，中國的稀土礦產量在全球一枝獨秀，從1994年年產約3萬噸，一路飆升到2010年的13萬噸。當年因與日本發生齟齬以致限制對外出口，2011年全球稀土價格大動盪，各類稀土價格翻漲3-12倍，引來美、日、歐盟在2012年聯手向世貿組織（WTO）提告。WTO 2014年裁定，中國限制稀土出口違反國際貿易規則，迫使中國在2015年取消稀土出口配額制。

中國大陸今年首批核准開採12萬公噸，後續將視國際情勢與市場供需再機動發布新的准許量。最近美日荷三國發布晶片出口限制協定，中國代表在WTO貨物貿易理事會4月3日至4日的會議上提出關切，並詢問這三個WTO成員：「該協定是否存在？如果存在的話，是否應該通知WTO成員，並由該組織成員審查？」估計中國將視WTO貨貿理事會的回應，考慮是否管制稀土與磁鐵技術出口。

考量未來新科技發展所需，以及中國加強對稀土元素出產與出口的控制，2013年起學者已預告稀土與鈷、鋰、碲、鎳等金屬礦，將成為「關鍵性原物料」，歐盟也於2017年起將之列入關鍵性材料清單。

2022年底，日本宣布，為了擺脫在稀土上對中國大陸的依賴，決定2024年開始在位於太平洋的珊瑚礁南鳥島(Minami Torishima)（見圖1）附近海域開採稀土。南鳥島面積僅1.52平方公里，位於北緯24°18’，東經153°58’，為日本最東端的領土，隸屬東京都管轄，距東京1,848公里遠。因為日本擁有南鳥島的主權，故將依據國際海洋法相關規定，在其「專屬經濟區」內進行開發，水深5千至6千公尺，開採面積約為3,000平方公里。日本曾樂觀估計，因為該區域海底底泥稀土元素含量豐富，3平方公里10公尺厚度軟泥的3萬公噸藏量，就足夠日本一年所需；也就是說，這個礦區可提供日本稀土數百年所需。

稀土元素共有17種

目前各單位認定的稀土元素共有17種，主要是基於它們有相近似的物理與化學性質。狹義的稀土元素（REE）指的是化學週期表第6排的鑭系15個元素（原子序57- 71），它們的名稱詰屈聱牙，一般文獻中很少提到，其中又分為輕、重兩群，分別為輕型稀土8種，包括鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、Pm、 釤Sm、銪Eu、釓Gd；重型稀土元素8種：釔Y、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、鎦Lu。其中因為釔Y元素與鑭系元素又有些基本差異，有時也不列入稀土，因此有些研究文獻中還特別將釔(yttrium)另外標示，而以REE+Y統稱之，簡記為REY。此外，廣義的稀土元素另外包含化學週期表上，屬於過渡元素第三族的鈧Sc，原子序為21。

因為稀土元素同屬於化學週期表第Ⅲ副族，它們的原子結構很相似，而其中的15種鑭系元素的最外層電子軌道完全一樣，區別僅在於次表層的電子。鑭系稀土元素在岩漿活動中經常成群結隊，但在不同的壓力溫度環境下會發生分化，因此在地質研究中具有「示蹤劑」的意義，火成岩可依據稀土元素的profile而分類，礦床學的研究也深具意義，但早年的研究多側重於它們地球化學的意義，直到近年，才開發出各種科技新產品的材料用途。

稀土元素的磁性與光學特性，使他們成為炙手可熱的新材料，例如，含有稀土的「銣─鐵─硼磁鐵」，就是電動車與風力發電機不可或缺的關鍵元件，是人類發展碳中和等綠色科技的必要元素。另方面，稀土也被用於多種高科技產品，包括智慧型手機、油電混合動力汽車、純電動汽車、風力發電機用磁鐵、發光二極體的螢光材料，甚至高科技武器等。它們在各種合金中所需的量不多，但又特別關鍵，被視為「工業維生素」。

深海稀土礦有兩種產狀

太平洋的深海稀土礦基本上有兩種產狀，一種是富含於「多金屬結核」(polymetallic nodules)之中；另一種是藏身於深海軟泥。「多金屬結核」礦石也富含鈷、銅、鎳和錳等礦物，都是製造電池的關鍵材料，開採它們將一舉數得。這類礦石大量蘊藏在夏威夷和墨西哥之間的北太平洋克拉里恩－克利珀頓地區(Clarion-Clipperton Zone)，面積約450萬平方公里（圖2中的藍色區域）。ISA對此區管理甚久，已與21個開發機構訂立開發契約，開發目標包括多金屬結核、多金屬硫化物、以及鈷鐵錳殼等各種產狀的金屬礦。整個克拉里恩－克利珀頓區分有研究開發區、保留區及12個保護禁採區(APEIs)。估計類似的管理架構與規格，也會應用在新近發現的海底軟泥礦區。ISA規定有意開採的國家/機構須提出2個等值開採地點，並將其一交由ISA，且在10至20年後，轉移當時使用的採礦技術給其他國家。這個規定受到部分先進國家反對，因而拒絕簽署《聯合國海洋法公約》1982年的初步協定。

富含REY的深海軟泥分布在太平洋的深海平原，可分為四大區：西太平洋區、中太平洋區、東太平洋區與南太平洋區（見圖2中的黃色區域），其中又以西太平洋區的含量最高，稀土總濃度ΣREY在700-7,974 ppm之間，南太平洋區次之(700-4,662 ppm)，東太平洋區更次 (700-2,738 ppm)，中太平洋區最次(700-1,732 ppm)，而中國南方陸地上的稀土礦其總濃度有60 ppm，就達經濟上可開採的品位，可見這些深海底泥的稀土富集度超高。由於深海海床礦藏的水深深度一般超過5千公尺，海底探查需要較昂貴的探勘資金，也需要特殊的科技設備，而科技實力與資源只掌握在少數國家手上。在太平洋地區，目前中、日最具實力，公開發表的文獻也以這兩國為主。

日本的深海研究

日本的研究者主要集中在幾個海洋科技集中的重鎮：東京大學、千葉工業研究院及日本海洋科技中心(JAMESTEC)。日本學者在2011年拔得頭籌，在西北太平洋的南鳥島南方海域，發現稀土富集的海底軟泥，其濃度是中國陸上稀土礦的20-30倍，分布面積廣大，有學者估計若能順利開採可供應日本230年所需。

日本研究集中在西太平洋的南鳥島附近，先在2013年確定該處的REY濃度奇高，2018年早稻田大學講師高谷雄太郎(Yutaro Takaya)等人在英國網路期刊《科學報導》發表蘊藏量評估，在105平方公里的範圍內，約10公尺厚的海底沈積物中，富藏有120萬公噸稀土氧化物，能供應全球釔(Ｙ)、銪(Eu)、鋱(Tb)、鏑(Dy) 等稀土元素62、47、32 及56年所需。這些元素在高科技發展中特別重要，例如：釔用於雷射，鏑用於製造電動車的磁鐵。該研究並發現，稀土元素特別集中於生物性磷酸鈣中（多為魚齒化石），屬於沈積物中粗顆粒的部分，ΣREY甚至高達22,000 ppm。此外，日本團隊也發現南太平洋的富集區。

中國的深海研究

由公開的文獻來看，大陸的主要研究機構為中山大學、國土資源部下位於青島的海洋一所與杭州的海洋二所、廣州海洋地質調查局，以及2019年新成立的南方海洋科學與工程廣東省實驗室等機構。研究區域除太平洋外，也擴及於印度洋。參加的海洋研究船有廣州海洋地質調查局的海洋6號、青島海洋一所的向陽紅1號等，在深海平原打3至8米長的岩芯，以及30-40公分深的箱型岩芯。海床底泥以遠洋矽質黏土為主要成分，沈積速率很低，每千年小於0.3公分。

研究除了探尋高含量的稀土分布位置外，也特別著墨於稀土元素的來源、溶解、富集等地球化學過程，找出背後的機制，將構成後續的探勘戰略指導原則，以及向ISA申請探勘區的思路依據。從近年公開發表的文獻來看，廣州海洋地質調查局的海洋研究船扮演了重要角色，位於廣東的海洋及地質研究單位也成為研究主力。

台灣應投入海洋探勘

近年來台灣從大陸等地進口稀土原料及相關製品，並有小規模冶煉與製成品。中鋼是上游的領頭羊，內部有一條約年產百噸的釹鐵硼磁鐵生產線。除了馬達需要的稀土永磁磁鐵之外，稀土也應用到被動元件的陶瓷材料、LED的螢光粉等高科技產品，台灣有十幾家公司投入，從事稀土提煉、精煉，以及下游的產品應用，也有公司發展回收技術，產業鏈隱約成型。近五年，台灣的遠洋航行與探勘能力已建置起來，其實可以考慮進軍西太平洋公海，進行深海底泥的探勘，進而成立公司，向ISA申請開發權。未來若能自行開發，掌握礦源，在全球稀土供應鏈上才能獨立自主，甚而創造出更多利基。

（作者係台大地質科學系退休教授、逢甲大學創能學院講座教授）