綠(lǜ)色能源的發展(zhǎn)是應對全球氣(qi)候變化、減少化(hua)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(shēng)能源，但具有較(jiào)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(shì)，在現有能源🌍與(yǔ)氣候相關政策(ce)下💞，全球風電累(lèi)計裝機容量将(jiāng)在2050年達到2870 GW, 相當(dāng)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(zhi)外，其他非洲和(hé)南美的國家也(yě)緻力于推動風(fēng)電的大規模🌏使(shǐ)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(xiào)率嚴重依賴于(yú)稀🐇土元素，尤其(qí)是钕、镨、镝的使(shǐ)用。這些稀土🚶♀️元(yuan)素産能💃🏻有限，來(lái)源單🔴一（超過80%來(lai)自中⭐國），全球供(gong)應鏈十分脆👄弱(ruo)。因此，全球稀土(tu)資源短缺與🥵全(quán)球風電發展之(zhi)間的沖突可‼️能(néng)日益嚴重。
有效(xiao)地評估和預測(ce)稀土資源的可(kě)利用程度有助(zhù)于調和稀土資(zi)源供應與風電(diàn)需求日益增長(zhǎng)之間的矛❗盾。比(bi)🎯如，考慮到未來(lái)稀土資源的短(duǎn)缺風險，有些國(guó)家試圖将稀土(tǔ)限制因素納入(rù)到風能發電裝(zhuāng)置的設計和推(tuī)廣中。現有研究(jiu)🔴重點放在了全(quán)球整體的稀土(tǔ)資源系統和風(feng)電行業之間的(de)沖突上，而✨缺乏(fá)針對每個地區(qu)的風電藍圖開(kai)展稀土供🐇應風(feng)險調查。Cell Press旗艦刊(kān)One Earth在其最新👅7月刊(kān)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(péng)焜、張甯教授和(he)馮奎雙教授聯(lian)合中科院🌈城市(shì)環境研究所汪(wāng)⛱️鵬助理研究員(yuan)、清🤞華大學關大(dà)博教授、倫🍉敦大(dà)學學院孟靖助(zhù)理教授、上海交(jiāo)通大學魏文棟(dong)副教授和華中(zhong)科技大學楊晴(qing)教授等國♈内外(wai)多家學術機構(gòu)🐪專家學者🥵針對(duì)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(qiú)累計風電裝機(ji)容量和稀土資(zī)源需求
研究結(jié)果指出，綠色風(feng)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(zhi)2050年全球風力累(lei)計的稀土需求(qiú)量估計爲460-902 Gg (圖1)。不(bú)同地區面臨的(de)稀土危機存在(zài)差異，這與每個(ge)地區的🈲稀土産(chan)量和風電發🔞展(zhan)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(guo)的稀土消耗也(yě)是最大的，約占(zhàn)全球消耗的1/3。評(ping)估顯示，中國🏃🏻在(zài)2021-2050的累計稀土需(xu)求量達160-357 Gg。即便作(zuo)爲全球最大的(de)稀土生産國，中(zhong)國匹配其宏偉(wei)的風能發展藍(lan)圖時仍然面臨(lín)稀☁️土産能的制(zhi)約。經合組織歐(ou)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(ci)是第二大的稀(xī)土消耗地區。經(jīng)合組織歐洲地(di)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(ou)洲地區的稀土(tu)産量遠低于中(zhōng)國，該地區正面(mian)臨着全球最嚴(yan)重的稀土供應(yīng)危機。
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(yòng)效👣率、以及風機(ji)技術革新都能(néng)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(zhàn)略👄性礦産💘資源(yuán)，短❗期内大幅度(dù)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(neng)夠在一定💔程度(du)上緩解長期的(de)稀土資源短缺(quē)壓🈲力。風力渦輪(lún)機的壽命通常(chang)爲20年，這就意味(wèi)着2040年大量稀土(tǔ)将随風機⭕退役(yi)，是可觀的潛在(zai)稀土資源。如：2021-2050年(nián)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(xīn)政策情境”(New Policies Scenario )情境(jìng)下，回收的❤️镝(Dy)可(ke)能在2048-2050超過對其(qi)的需求。此外，增(zēng)加稀土使用效(xiào)率🏃♀️及技術革新(xin)能🌏降低風力❓發(fā)電對稀土💔資源(yuán)的需求，能🏃🏻緩解(jiě)長期的稀土危(wei)機。
風電(diàn)在世界範圍内(nei)迅速發展有助(zhù)于穩定氣候變(bian)化。鑒于風力渦(wo)輪機的性能和(hé)效率嚴重依賴(lai)稀土元素(主要(yào)♋是钕、镨、镝✌️)，稀土(tǔ)資源短缺與全(quan)球風電發展之(zhi)間的沖突日益(yi)引起關注。基于(yu)針對特定地區(qū)的動态物質流(liu)分析方法，本文(wen)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(xian)。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(xun)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(zi)源短缺是有潛(qián)力的。但是，現有(you)的全球稀土供(gong)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(kuài)速發展。因🈲此，在(zai)可持續的和可(kě)靠的稀土供應(ying)鏈上的全球合(hé)作是必要和緊(jǐn)迫的。
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