稀缺天然资源的供应正以惊人的速度减少，并且很多重要、稀缺的矿物资源通常产自政治动荡的国家，资源匮乏将很快成为现实。材料化学可以在许多应用中帮助减少、替代和回收利用稀缺天然资源：可以开发从土壤、河流和海洋中提取磷的新方法；可以设计出不依赖于锂供应的替代性储能技术。材料化学家将设计出新的不需要铂的催化工艺过程，以及为其它设备和太阳能电池设计出不需要铟的新材料。还将考虑在一系列应用范围中使用稀土金属的替代品。在过渡时期，迫切需要有协调一致的全球策略以优化稀缺天然资源的供给，直到替代性技术的实现。

 

1面临的挑战

金属和其它矿藏几乎在现代生活的每个方面都是必不可少的。磷(P) 是化肥(以磷酸盐形式存在)中的一种主要成分，并且它通过加入到 DNA和骨骼中成为生命的必须元素。磷是一种基本元素，没有它就无法生存。金属，如锂(Li)、铂(Pt)、钯(Pd)、 铟(In)和稀土金属（17种化学元素的总称）以各种形式广泛用于电池、促进复杂化学转变的催化剂(包括大气污染物的去除)、计算机元件、太阳能电池、移动电话以及如风力涡轮机等马达中的磁体。将稀有化学元素用于催化剂可使工业生产过程在更低的温度下低能耗地有效进行。

元素资源在地壳中的总蕴藏量虽然很大，但毕竟是有限的。“储量”是指贮藏位置和吨位已知，并可以使用现有技术经济地开采的金属的存量。因此，通常一个元素的储量只代表了其在地壳中总量的一小部分。不像化石燃料在燃烧时转换为二氧化碳和水，元素资源不会被破坏，并且常常可以被回收和重复使用。然而，有效的循环利用严重依赖于产品的设计，以使元素资源能在一个产品生命周期结束时回收。

全球的元素资源供应量日趋减少是一个不争的事实，这是潜在的比原油供应减少更为紧迫的问题。^[31]例如， 已知的磷酸盐矿很可能将在接下来的30 ~ 100 年内被使用枯竭^[32]。仅存的珍贵、不可或缺的资源被少数国家所掌控，这对许多国家来说都是关系到国家安全的问题。对某些矿藏限制出口的国家政策早已付诸实施。稀缺自然资源的高价格和有限可用率将很快影响到工业中的许多不同部门。

材料化学可以给出减少、替代或循环利用稀缺自然资源的方案。可以开发出新的途径来用更丰富的材料替代稀有元素在技术和工艺过程中的使用，这些解决方案必须是可持续的——决不能又引发出对其它在将来会短缺供应的资源的新的依赖^[33]。