綠(lǜ)色能源的發展(zhan)是應對全球氣(qi)候變化、減少化(hua)石燃料📱的依賴(lai)的重要舉措。風(fēng)能是一種清潔(jié)低碳的可再生(shēng)能源，但具有較(jiao)高的成本效益(yi)，目前已經受到(dào)世界✔️各國的👌廣(guǎng)泛關注。國際能(néng)源署評估顯示(shì)，在🈚現有能源與(yu)氣候相關政策(ce)下，全球風電累(lei)計裝機容量将(jiāng)在2050年達到2870 GW, 相當(dang)于2018年的五倍。到(dao)✏️2050年，中國風電👨❤️👨在(zai)全國電力☔供🆚應(ying)中的比例将提(tí)高到20%，而美國将(jiang)提高到35%。除此🌈之(zhī)外，其他非洲和(he)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(zhuāng)置的核心部件(jian)是風力渦輪機(ji)，它的🙇🏻性能和🔞效(xiào)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(lai)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(tǔ)資源短缺與全(quan)球風電發展之(zhī)間的沖突可能(neng)日益嚴重。
有效(xiao)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(zi)源供應與風電(dian)需求日益增長(zhǎng)之間的矛盾。比(bǐ)如，考慮到💃🏻未來(lai)稀土資源的短(duǎn)缺風險，有些國(guo)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(quan)球整體的稀土(tǔ)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(qu)的風電藍🤞圖開(kai)展稀土供應風(fēng)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(da)學藍綠發展研(yan)究院李佳碩研(yán)究員、博士生彭(péng)焜、張甯教授和(he)馮奎雙教授聯(lián)合中科院城市(shì)環境研究所汪(wang)🆚鵬助理研究員(yuan)、清華大學關大(da)博教授、倫敦大(dà)學學⛱️院孟靖助(zhu)理🧡教授、上海交(jiāo)🎯通大學魏文棟(dong)副教授和華中(zhōng)科技大學楊晴(qing)教授🙇♀️等國内外(wài)多家學術機構(gou)專家學者🚶針對(dui)不同氣候目标(biao)下稀土資🔞源供(gong)應與風電發展(zhǎn)需求之間矛盾(dun)沖突的最💔新研(yan)究工作。
▲圖1 全球(qiu)累計風電裝機(ji)容量和稀土資(zi)源需求
研究結(jie)果指出，綠色風(feng)電的快速發展(zhan)将驅動稀土的(de)需🚩求迅速增長(zhǎng)，緻使全球面臨(lín)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(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(gè)地區的稀土産(chan)量和風電發展(zhǎn)目标有關。由于(yú)新😘增風電裝機(jī)容量處于全球(qiú)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(píng)估顯示♌，中國在(zai)2021-2050的累計✊稀土需(xu)求量達160-357 Gg。即便作(zuò)爲🙇🏻全球最大的(de)稀土生産國，中(zhong)國匹配💔其宏偉(wěi)的風能發展藍(lán)圖時仍然面臨(lin)稀土産能的制(zhì)約。經合組織歐(ou)洲地區💘的風🐉電(dian)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(xi)🌈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(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(yán)重的稀土供應(yīng)危機。
▲圖2 2021-2050年10個地(dì)區累積的镝(Dy)需(xū)求和退役量以(yǐ)及镝的儲量💰分(fèn)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(yòng)效率、以及風機(ji)技術革新都能(neng)一定程度上緩(huǎn)解稀土資源短(duǎn)缺問題。目前，稀(xī)土資源被認爲(wèi)是🧡受保護的戰(zhàn)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(neng)夠在一定程度(du)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(cháng)爲20年，這就意味(wèi)着🆚2040年大量稀土(tu)将随風機退役(yi)，是可觀的潛🔞在(zai)稀土資源。如：2021-2050年(nian)間，镝(Dy)每年的退(tui)役量将從0.01 Gg逐漸(jiàn)增加🐪到1.2-2.1 Gg (圖2)。在“新(xīn)政策情境”(New Policies Scenario )情境(jing)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(yuán)的需求♊，能緩解(jie)長期的稀土危(wei)機。
氣候變化正(zheng)困擾着整個地(dì)球，需要全球開(kāi)展合作迅速應(yīng)對。稀土不“稀”，但(dàn)其資源的需求(qiú)和産量分布具(ju)有明顯的區域(yu)特👣性，目前世界(jiè)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(shēng)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(duì)于這些不可再(zài)生資❗源的生産(chǎn)和貿易傾向于(yu)采🚶♀️取謹慎保守(shou)的策略。因此，在(zài)綠色能源發展(zhan)的問題上，應該(gāi)提倡國際合作(zuò)而不是競争，隻(zhi)有區域合作提(ti)高技術革新才(cái)能促進♻️全球風(feng)力發電更加平(ping)穩的發展，共同(tóng)實✂️現全球升溫(wēn)控制目标。
風電(dian)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(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(yu)針🙇🏻對特定地區(qu)的動态物質流(liu)分析方法，本文(wén)評估了全球及(jí)十個地區在四(si)種風電發展情(qíng)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(li)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(dà)生産、以及技㊙️術(shù)革新對于🍉緩解(jiě)長期的稀土資(zī)源短缺是有潛(qian)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(yuán)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(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。
