稀土供應或(huò)将“卡住”風電全(quán)球擴張的“脖子(zi)”

綠(lü)色能源的發展(zhan)是應對全球氣(qi)候變化、減少化(huà)石燃料的🐇依賴(lài)的重要舉措。風(feng)能是一種清潔(jie)低碳的可再🌍生(sheng)能🌂源，但具有較(jiao)高🆚的成本效益(yì)，目前已經受到(dào)世界各國的廣(guang)泛關注。國際能(néng)源署評估顯示(shi)，在現有能源⁉️與(yǔ)氣候相關政策(cè)下，全球風電💛累(lei)計裝機☔容量将(jiang)在2050年達到2870 GW, 相當(dang)于2018年的五倍。到(dào)2050年，中國風電在(zài)全國電力供應(yīng)中的比例将提(ti)高到20%，而美國将(jiāng)提🐆高到35%。除此之(zhī)外，其他非洲和(he)南美的國家也(ye)緻力于推動風(feng)電的大規模使(shi)用。風力發電裝(zhuang)置⁉️的核心部件(jiàn)是風力渦輪機(jī)，它的性能和效(xiao)率嚴重依賴⛱️于(yú)稀土元素，尤其(qi)是钕、镨、镝的🔱使(shi)用。這些稀土元(yuán)素産能有限，來(lái)源單一（超過80%來(lái)自中🌈國），全球供(gòng)應鏈十分脆弱(ruò)。因此，全球稀土(tu)資源短缺與全(quán)球風電發展之(zhī)間的沖突可能(néng)日益嚴重。

有效(xiào)地評估和預測(ce)稀土資源的可(ke)利用程度有助(zhu)于調和稀土資(zī)源供應與風電(dian)需求日益增長(zhang)之間的矛盾。比(bi)🐉如，考慮到未來(lái)稀土資源的短(duan)缺風險，有些國(guó)家試圖将稀土(tu)限制因素納入(ru)到😍風能發電裝(zhuang)置的設計🐆和推(tui)廣中💚。現有研究(jiū)重點放在了全(quán)球整😘體的稀土(tu)資源系統和風(fēng)電行業之間的(de)沖突上，而🆚缺乏(fá)針對每個地區(qū)的風電藍圖開(kāi)展稀土供應風(fēng)險調查。Cell Press旗艦刊(kan)One Earth在🤞其最新7月刊(kan)發表了山東大(dà)學藍綠發展研(yan)究院李佳👌碩研(yan)究員、博士生彭(peng)焜、張甯教授和(hé)馮奎雙教授聯(lian)合中科院城市(shi)環境研究所汪(wang)鵬助理研究員(yuán)、清🐅華大學🚶‍♀️關大(da)博教授、倫敦大(da)學學院孟靖助(zhù)理教授、上海交(jiao)🔴通大學魏文棟(dòng)副教授和華中(zhong)科技大學楊晴(qíng)教授等國内外(wai)多家學術機構(gòu)專家學者針對(dui)不同氣候目标(biāo)下稀土資源供(gòng)應與風電發展(zhan)需求之間矛盾(dùn)沖突的最新研(yan)究工作。

▲圖1 全球(qiu)累計風電裝機(jī)容量和稀土資(zī)源需求

研究結(jié)果指出，綠色風(fēng)電的快速發展(zhǎn)将驅動稀土的(de)需求迅速增長(zhǎng)，緻使全球面臨(lin)的稀土短缺風(feng)險日益加劇🔴。2021至(zhì)2050年全球✔️風力🔞累(lèi)計的稀土需求(qiu)量估計爲460-902 Gg (圖1)。不(bu)同地區面臨的(de)稀土危✔️機存在(zai)差異，這與每個(ge)地區的⭕稀土産(chǎn)量💔和風電發展(zhǎn)目标有關。由于(yu)新增風電裝機(jī)容量處于全♈球(qiu)領導地位，中國(guó)的稀土消耗也(ye)是最🌈大✉️的，約占(zhàn)全球消耗的1/3。評(ping)估顯示🏃‍♂️，中國㊙️在(zai)2021-2050的累計稀土需(xū)求量達160-357 Gg。即便作(zuò)爲全球最大的(de)稀土生産國，中(zhōng)國匹配🛀其宏偉(wěi)的風能發展藍(lán)圖時仍然面臨(lín)稀土産能的制(zhì)🔞約。經合組織歐(ōu)洲地區的風電(diàn)發展曆史悠久(jiu)，風電裝🆚機容量(liang)占全球的20%，因此(cǐ)是第二大的稀(xī)土消耗地區。經(jīng)合組織歐洲地(dì)區在2021-2050風能電力(li)的累計稀土需(xū)求㊙️量達120-140 Gg。由于歐(ōu)洲地區的稀土(tǔ)産量遠低于中(zhong)國，該地區正面(miàn)臨着全球最嚴(yan)重的稀土供應(ying)危機。

▲圖2 2021-2050年10個地(di)區累積的镝(Dy)需(xu)求和退役量以(yi)及镝的儲量分(fen)布

在此背景下(xià)，擴大稀土生産(chan)、材料循環利用(yòng)、提高稀土使❌用(yong)效率、以及風機(jī)技術革新都能(neng)一定程度上緩(huǎn)解稀土資源短(duan)缺🌏問題。目前，稀(xī)土資源被認爲(wei)是受保護的戰(zhan)略性礦産資源(yuán)，短期内大幅度(du)擴大産🌂量難以(yi)實現。因此，稀土(tu)的循環利用以(yǐ)及技術革新能(néng)夠在一定程度(dù)上緩解長期的(de)稀土資源短缺(que)壓力。風力渦輪(lun)機的壽命通常(chang)爲20年，這就意味(wei)着⭕2040年大量稀土(tu)将随風機退役(yì)，是可觀的潛在(zài)稀土資源。如♋：2021-2050年(nian)間，镝(Dy)每年的退(tuì)役量将從0.01 Gg逐漸(jian)增加到1.2-2.1 Gg (圖2)。在“新(xin)政🧡策情境”(New Policies Scenario )情境(jìng)下，回收的镝(Dy)可(kě)能在2048-2050超過對其(qí)的需求。此外，增(zeng)加稀土使用效(xiào)率及技術革新(xīn)能降低風力發(fā)電對稀土資源(yuan)的需求，能緩解(jiě)長期的稀土危(wēi)機。

氣候變化正(zhèng)困擾着整個地(di)球，需要全球開(kāi)展合作迅速應(ying)對。稀土不“稀”，但(dàn)其資源的需求(qiú)和産量分布具(jù)有明顯的區域(yu)特性，目前世界(jie)各地區均高度(du)關注稀土及其(qí)它✂️戰略礦産的(de)資源勘探和生(sheng)産儲備❓工作，即(jí)使🈲在不久的👨‍❤️‍👨将(jiang)來稀土資源取(qu)得明顯的資源(yuán)增儲，但各國對(dui)于這些不可再(zai)生資源的生産(chan)和貿易傾向于(yu)采取謹慎保守(shǒu)的策略。因此，在(zai)綠色能源發展(zhǎn)的🏃‍♂️問題上，應該(gai)提倡國際合🧑🏽‍🤝‍🧑🏻作(zuo)而不是競争，隻(zhi)有區域合作提(tí)高技術革新才(cai)能促進全球風(feng)力發電更加平(ping)穩的發展，共同(tong)實現全球升溫(wēn)控🧑🏽‍🤝‍🧑🏻制目标。

風電(diàn)在世界範圍内(nèi)迅速發展有助(zhu)于穩定氣候變(bian)化。鑒📱于風力渦(wō)輪機的性能和(he)效率嚴重依賴(lài)稀土元素💋(主要(yao)是钕、镨、镝)，稀土(tu)資源短缺與全(quán)球風電發展之(zhi)間的沖突日益(yì)引起關注。基于(yú)針對特定地區(qū)的動态物質流(liú)分析方法，本文(wén)評估了全💃🏻球及(jí)十個🍉地區在四(sì)種風電發展情(qing)景下的稀土☂️金(jīn)屬钕、镨和镝的(de)供應短缺風險(xiǎn)。研究發現當前(qian)稀土産能無法(fa)滿足全球🧡風力(lì)電發展的稀土(tu)需求🙇🏻。材料的循(xún)環利用和提高(gāo)使用效率、擴大(da)生産、以及技術(shu)革新對于緩解(jiě)長期的稀土資(zī)源短缺是💛有潛(qián)力的。但是，現有(yǒu)💁的全球稀土供(gòng)應結構，加上日(ri)益加劇的地緣(yuan)政治和環境制(zhi)約🧡因素，可能會(hui)約束風電的快(kuai)速發展。因⚽此，在(zài)可持續的和可(ke)靠的❄️稀土供🐇應(ying)鏈上的全球合(he)作是必要🔆和緊(jin)迫的。