綠色能源的發(fa)展是應對全球氣(qi)候變化、減少化石(shí)燃料的🐉依賴⭐的重(zhòng)要舉措。風能是一(yī)種清潔低碳的可(kě)再生能🌂源，但具有(you)較高的成本效益(yi)，目前已經受到世(shi)界各國的廣泛關(guan)🌏注。國際能源署評(ping)估顯示，在現有能(neng)源與氣候相關政(zheng)策下，全球風電累(lèi)計裝機容量将在(zài)2050年達到2870 GW, 相當于🏒2018年(nian)的五倍。到2050年，中國(guó)風電在全國電力(li)供應中的比例将(jiāng)🐆提高到20%，而美國将(jiang)提高到35%。除此之外(wai)，其他非洲🏃和南美(měi)的國家也緻力于(yu)❓推動風電的大規(gui)模✔️使用。風力發電(diàn)裝置的核心部件(jiàn)是風力渦輪機，它(ta)的🈚性能和效率嚴(yan)重依賴于稀土元(yuán)素，尤其是钕、镨、镝(dí)的使用。這些稀土(tǔ)元素産能⚽有限，來(lai)源單一（超過80%來自(zì)㊙️中國），全球供應鏈(lian)十分脆💛弱。因此，全(quán)球稀土資源短缺(que)與🐅全球風電發展(zhǎn)之間的沖突可能(néng)日益嚴重。
有效地(di)評估和預測稀土(tu)資源的可利用程(cheng)度有助于👉調和💛稀(xi)🌈土🌈資源供應與風(fēng)電需求日益增長(zhang)之間❗的矛✔️盾。比如(ru)，考慮到未來👅稀土(tu)資源的短缺風險(xiǎn)，有🈲些國家試圖将(jiāng)稀土限制因素納(na)入到👅風能發電裝(zhuang)置的設計和推廣(guǎng)中。現有研究重點(dian)放在了全球整😄體(tǐ)的稀土資🌏源系統(tǒng)和風電行業之間(jian)的沖突上，而缺乏(fa)針對每個地區的(de)風電藍圖開展稀(xī)土供應風險調查(chá)。Cell Press旗🎯艦刊One Earth在其最新(xin)7月刊發表了山東(dong)大學藍綠🥰發展研(yán)究院李佳🍉碩研究(jiu)員、博士生彭焜、張(zhang)甯教授和馮奎雙(shuang)教授聯合中科院(yuàn)城市環境研究所(suo)汪鵬助理研究員(yuán)、清華大學關大博(bo)教授、倫敦大學學(xué)院孟靖助理教授(shou)、上海交通大學魏(wei)文棟副教授和華(hua)中💋科技大學楊晴(qíng)教授等國内外多(duō)家學術機構專家(jiā)學者❓針對不同氣(qi)候目标下稀土資(zi)源供應與🍓風電發(fa)展需求之間矛盾(dùn)沖突的最新研究(jiū)工作。
▲圖1 全球累計(ji)風電裝機容量和(hé)稀土資源需求
研(yan)究結果指出，綠色(se)風電的快速發展(zhan)将驅動稀土的需(xū)求迅速增長，緻使(shi)全球面臨的稀土(tu)短缺風險日益加(jiā)劇。2021至2050年全球風力(lì)累計的稀土需求(qiú)量估計爲460-902 Gg (圖1)。不同(tóng)地區面臨的稀土(tǔ)危機存在差異，這(zhe)與每個地區的稀(xī)土産量和風電發(fa)展目标有關。由于(yu)新💃增風電裝機容(róng)量處于全球領導(dǎo)地位，中國的稀土(tu)💜消耗也是最大❌的(de)，約占全球消耗的(de)1/3。評估顯示✌️，中國在(zài)2021-2050的累計稀土需求(qiu)量達160-357 Gg。即便作爲全(quan)球最大的稀土生(shēng)産國，中國匹配🈲其(qi)宏偉的風能發展(zhǎn)藍圖時仍然面臨(lin)稀土産能的制約(yuē)。經合♉組織歐洲地(dì)區👨❤️👨的風電發展曆(li)史悠久❗，風電裝機(jī)容量占全球的20%，因(yīn)此是第二大的稀(xi)🙇🏻土消耗地區♈。經合(hé)組織歐洲地區在(zài)2021-2050風📞能電力的累計(jì)稀土需求量達120-140 Gg。由(yóu)于歐洲地區的稀(xi)土産量遠🈲低于中(zhong)國，該地區正面臨(lín)着全球最嚴重的(de)稀土供應危機。
▲圖(tu)2 2021-2050年10個地區累積的(de)镝(Dy)需求和退役量(liang)以及镝的儲量分(fen)布
在此背景下，擴(kuo)大稀土生産、材料(liao)循環利用、提高稀(xi)土使用效率、以及(jí)風機技術革新都(dōu)能一定程度上緩(huan)解稀土資源短缺(que)問題。目前，稀土資(zi)源被認爲是受保(bǎo)護的戰略性礦産(chan)資源，短期内大幅(fú)度擴大産量難以(yi)實現。因此，稀土的(de)循環🌈利用以及❄️技(ji)術革新能夠在一(yi)定程度上緩解長(zhang)期的稀土資源短(duan)缺壓👅力。風力渦輪(lún)機的壽命通常爲(wei)20年，這就意味着2040年(nián)大量稀土将随風(feng)機🌈退役，是可觀的(de)潛在稀土資源。如(rú)：2021-2050年間，镝(Dy)每年的退(tuì)役⭐量将從0.01 Gg逐漸增(zēng)加到🧑🏽🤝🧑🏻1.2-2.1 Gg (圖2)。在“新政策(cè)情境”(New Policies Scenario )情境下，回收(shōu)的镝(Dy)可能在2048-2050超過(guò)對其的㊙️需求。此外(wài)，增加稀土使用效(xiào)率✊及技術革新能(neng)降低風力發電對(dui)稀土資源的需求(qiu)，能☎️緩解長期的稀(xi)土危機。
風電在世界範(fàn)圍内迅速發展有(yǒu)助于穩定氣候變(bian)化。鑒于風力渦輪(lún)機的性能和效率(lǜ)嚴重依賴稀土元(yuan)素(主要是钕、镨、镝(di))，稀土資源短缺與(yu)全球風電發❗展之(zhī)間的沖突日益引(yǐn)起關注。基于針對(duì)特定地區的動态(tài)物😘質流分析方法(fa)，本文🐉評估了全球(qiu)及十個地區在四(si)種風電發展情景(jing)下的稀土金屬钕(nǚ)、镨和⭐镝的供應短(duǎn)❗缺風險。研究發現(xian)當前稀土産能無(wú)法滿足全球風力(lì)電💔發展的稀土需(xū)求。材料的循環利(li)用❌和提高使用效(xiao)率🏃♂️、擴大生産、以及(ji)技🔴術革新對于緩(huǎn)解長期的稀土資(zi)源短缺是有潛力(lì)的。但是，現有✊的全(quan)球稀土供應結構(gou)，加上日益加劇的(de)地緣政治和環境(jing)制約因素，可能會(hui)約🈲束風電的快速(su)發展。因此，在可持(chi)續的和可靠的稀(xī)土供應鏈上的全(quan)球合作是必要🐉和(he)緊迫的。
