綠色能(néng)源的發展是(shì)應對全球氣(qi)候變化、減少(shao)化石燃料的(de)依賴的重要(yào)舉措。風能是(shi)一種清潔低(di)碳的🔞可再生(shēng)能源，但具有(you)較高的成本(běn)效益，目前已(yi)經受到世界(jie)各國的廣泛(fan)關注。國際能(néng)源署評估顯(xian)示，在現有能(neng)源與氣候相(xiàng)關政策下，全(quán)球風電累計(jì)裝機容量将(jiang)在2050年達到2870 GW, 相(xiàng)當于2018年的五(wǔ)倍。到2050年，中國(guo)風電在全國(guo)電力👈供📱應中(zhong)的比例将✊提(tí)高到20%，而美國(guó)将提高到35%。除(chú)此之外，其❤️他(ta)非洲和南美(měi)的國家也緻(zhì)力于推動風(fēng)電的大規模(mo)♍使用。風力發(fa)電裝置的核(hé)心部件是風(feng)力渦輪機，它(tā)的性能和效(xiào)率嚴重依賴(lai)于稀土元素(su)，尤其是钕、镨(pu)、镝的❌使用。這(zhè)些稀土元素(sù)産能💞有限，來(lai)源單一（超過(guò)80%來自中💛國），全(quán)球供應鏈十(shi)分脆🌈弱。因此(cǐ)，全球稀土資(zi)源短缺與全(quan)球風電發展(zhan)之間的沖突(tu)可🌐能日益嚴(yán)重。
有效地評(píng)估和預測稀(xī)土資源的可(ke)利用程度有(yǒu)助于調和稀(xi)⚽土資源供應(ying)與風電需求(qiu)日益增長之(zhi)間的矛盾。比(bi)如，考慮到未(wèi)來稀土資源(yuán)的短缺風險(xian)，有些國家試(shì)圖将稀土限(xian)制因素🛀🏻納入(rù)到風能發電(dian)裝置的設計(ji)和推廣中🈲。現(xian)有研究重點(dian)放在了全球(qiu)整♋體的稀土(tu)資源系統和(he)風電行業之(zhī)間的沖突上(shàng)，而✂️缺乏針對(dui)每個地區的(de)風電藍圖開(kāi)展稀土供應(ying)風險調查。Cell Press旗(qi)艦刊One Earth在其最(zuì)新㊙️7月刊發表(biǎo)🌈了山東大學(xue)藍💜綠發展研(yan)究院李佳碩(shuo)研究員、博士(shì)生彭焜、張甯(ning)教🈲授和馮奎(kui)雙教授聯合(hé)🐆中科院城市(shì)環境研究🍉所(suo)汪💚鵬助理研(yan)究員、清華大(dà)學📞關大博教(jiao)授、倫敦大學(xué)學院孟靖助(zhù)理教授、上海(hǎi)交通大學魏(wei)文棟副教授(shòu)和華中科技(jì)大學楊晴教(jiao)授等國内外(wài)多家學術機(jī)構專家學者(zhě)針對不同氣(qì)候目标下稀(xī)土💞資源供應(yīng)與風電發展(zhǎn)需求之間矛(mao)盾沖突的最(zui)新研究工作(zuo)。
▲圖1 全球累計(ji)風電裝機容(rong)量和稀土資(zī)源需求
研究(jiu)結果指出，綠(lü)色風電的快(kuai)速發展将驅(qū)動稀土的需(xū)求迅速增長(zhang)，緻使全球面(miàn)臨的稀土短(duan)缺風險⛱️日益(yì)加劇。2021至2050年全(quán)球風力累計(ji)的稀土需求(qiu)量估計爲460-902 Gg (圖(tu)1)。不🏃同地區面(miàn)臨的稀土危(wei)機存在差異(yi)，這與每個地(di)區的🐇稀土産(chǎn)量和風電發(fā)展目标有關(guān)。由于新增風(fēng)電裝機容量(liang)處于全球領(ling)導地位，中國(guó)的稀土💘消耗(hào)也是最大的(de)，約占全球消(xiāo)耗的1/3。評估顯(xian)示，中國❄️在2021-2050的(de)累計稀土需(xū)求量達160-357 Gg。即便(bian)作爲全球最(zui)大的稀土生(shēng)産國，中國匹(pi)配其宏偉的(de)風能發展藍(lan)圖時仍然面(miàn)臨稀土産能(néng)的制約。經合(he)組織歐洲地(dì)區的風電發(fa)展曆史悠久(jiǔ)，風電裝機容(rong)量占全球📱的(de)20%，因此是🔴第二(èr)大的稀🙇♀️土消(xiao)耗地區。經合(hé)組織歐洲地(dì)區在2021-2050風能電(dian)力的累計稀(xi)土需求量達(dá)🧑🏽🤝🧑🏻120-140 Gg。由🥰于歐洲地(dì)區的稀土産(chan)量遠低于中(zhong)國，該地區正(zheng)面臨着全球(qiú)最嚴重的稀(xi)土供應危✊機(jī)。
▲圖2 2021-2050年10個地區(qū)累積的镝(Dy)需(xū)求和退役量(liàng)以及镝的儲(chǔ)量🌏分布
在此(ci)背景下，擴大(dà)稀土生産、材(cai)料循環利用(yong)、提高稀土使(shi)用效率、以及(ji)風機技術革(ge)新都能一定(ding)程度上緩解(jie)稀土資源短(duan)缺問題。目前(qián)，稀土資源被(bei)認爲是受保(bǎo)護的戰略性(xing)礦産資源，短(duan)期内大幅度(du)擴大産🌈量難(nán)以實現。因此(cǐ)，稀土的循環(huán)利用以及技(ji)術革新能夠(gou)在一定程度(du)上緩解長期(qī)的稀土資源(yuan)短缺壓力。風(fēng)力渦輪機的(de)壽命通常爲(wei)20年，這就意味(wèi)着2040年大量稀(xi)土将随風機(ji)退役，是🐇可觀(guān)的潛在稀土(tu)資源。如：2021-2050年間(jiān)，镝(Dy)每年的退(tuì)役量将從0.01 Gg逐(zhu)漸增加到1.2-2.1 Gg (圖(tu)2)。在“新政策情(qing)境”(New Policies Scenario )情境下，回(hui)收的✊镝(Dy)可能(néng)在2048-2050超過對其(qi)的需求。此外(wai)，增加稀土使(shi)用效率及技(ji)術革新能降(jiàng)低風力發電(diàn)對稀土資源(yuan)的需求，能緩(huǎn)解長期的稀(xī)土危機。
氣候(hòu)變化正困擾(rǎo)着整個地球(qiú)，需要全球開(kai)展合作迅速(su)🤩應🔅對。稀⛱️土不(bu)“稀”，但其資源(yuan)的需求和産(chan)量分布具有(yǒu)明顯的區域(yù)特性，目前世(shì)界各地區均(jun)高度關注稀(xī)土💚及其它戰(zhan)略礦産的資(zī)源勘探✊和生(shēng)産儲備工作(zuò)，即使在不久(jiǔ)的将來稀土(tǔ)資源取得明(míng)顯的資源增(zēng)儲，但各國對(duì)于這些不可(kě)再生資源的(de)生産和貿易(yì)傾向于采取(qu)謹慎保守的(de)策略。因此，在(zai)綠👨❤️👨色能源發(fa)展的💜問題上(shang)，應該提🧑🏽🤝🧑🏻倡國(guó)際合作而不(bú)是競争，隻有(you)區域合作提(ti)高技術革新(xin)才能促進❓全(quan)球風力發電(diàn)更加平穩的(de)發展，共同實(shí)📞現全球升溫(wēn)控制目🐉标。
風(fēng)電在世界範(fan)圍内迅速發(fa)展有助于穩(wen)定氣候變✂️化(huà)。鑒于風力渦(wo)輪機的性能(neng)和效率嚴重(zhong)依賴稀土⚽元(yuán)素(主要🔱是钕(nǚ)♋、镨、镝)，稀土資(zi)源短缺與全(quán)球風電發展(zhǎn)之間的沖突(tū)日益引起關(guān)注💔。基于針對(duì)特定地區的(de)動态物質流(liu)分析方法，本(běn)文評估了全(quan)球及十個地(dì)區在四種風(feng)電發展情🔴景(jǐng)下的稀土金(jin)屬钕、镨和镝(di)的供應短缺(que)風險。研究發(fā)現當前稀土(tǔ)産能🈚無法滿(mǎn)足全球風力(li)電發展的稀(xi)土需求。材料(liao)的循環利用(yong)和提高使用(yong)效率、擴大生(sheng)産、以及技術(shù)革新對于緩(huǎn)解長期的稀(xi)土資源短缺(que)是有潛力的(de)。但是，現有☁️的(de)全球稀土供(gong)應結構，加📱上(shang)日益加劇的(de)地緣政治㊙️和(he)環境制約因(yin)素，可能會約(yuē)束風電的快(kuai)速發展。因此(ci)，在可持續的(de)和可靠的👅稀(xī)土供應鏈上(shàng)的全球合作(zuò)是必要🌏和緊(jin)迫的。
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