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綠(lü)色能源的發展是(shì)應對全球氣候變(bian)化、減少化石燃料(liao)的依賴的重要舉(ju)措。風能是一種清(qīng)潔低碳的可再❓生(sheng)能源，但🔆具有較高(gāo)的成本效益，目前(qián)已經受到世界各(ge)國的廣泛關注。國(guo)際♈能源署評估顯(xiǎn)示，在現有能源🐆與(yǔ)氣候相🔞關政策下(xià)，全球風電累計裝(zhuang)機容量将在2050年達(da)到2870 GW, 相當于2018年的五(wu)倍。到💞2050年，中國風電(dian)🔱在全國電力供應(yīng)中的比例将🍓提高(gao)到20%，而美國将提高(gao)到35%。除此之外，其他(ta)非洲和南美的國(guó)家也緻力于🈲推動(dong)風電的大規模使(shi)用。風力發電裝置(zhì)的核心部件是風(feng)力渦輪機，它的性(xing)能和💃效率嚴重依(yi)賴于稀土元素，尤(yóu)其是钕、镨、镝的使(shi)用。這些稀土💔元素(su)産能有限，來源單(dan)一（超過80%來自中國(guó)），全球供應鏈十分(fèn)脆弱。因此，全球稀(xī)土資源短缺與全(quan)球風電發展之間(jian)的沖突可🈲能日益(yì)嚴重。
有效地評估(gū)和預測稀土資源(yuan)的可利用程度有(you)助于調和稀土資(zī)源供應與風電需(xū)求日益增長之間(jiān)的矛盾。比♌如，考慮(lǜ)到未來稀土資源(yuan)的短缺風險，有些(xiē)國家㊙️試圖将稀土(tǔ)限制因素納入到(dao)風能發電裝置的(de)設計和推廣中。現(xian)有研究重點放在(zai)了全球整體的稀(xi)土資源系統和風(fēng)電行業之間的沖(chòng)突上，而㊙️缺乏針對(dui)每個地區的風電(dian)藍圖開展稀土供(gòng)應風險調查。Cell Press旗艦(jian)刊One Earth在🛀🏻其最新7月刊(kān)發表了山東大學(xué)藍綠發展研究院(yuan)李佳🚶碩研究員、博(bó)士生彭焜、張甯教(jiāo)授和馮奎雙教授(shòu)聯合中科院城市(shì)環境研究所汪👣鵬(peng)助理研究員、清華(huá)大學關大博教授(shou)、倫敦大學學院孟(meng)靖助理👈教授、上海(hai)交通大學魏文棟(dòng)副教授和華中科(ke)技大學楊晴教授(shou)等國🌈内外多家學(xué)術機構專家學者(zhě)針對不同氣候目(mu)标下稀土資源供(gòng)應與風電發展需(xu)求之間矛盾沖突(tu)的最新研究工作(zuò)。
▲圖1 全球累計風電(diàn)裝機容量和稀土(tu)資源需求
▲圖2 2021-2050年10個(ge)地區累積的镝(Dy)需(xū)求和退役量以及(ji)镝的儲量分布
在(zài)此背景下，擴大稀(xī)土生産、材料循環(huan)利用、提高稀土使(shǐ)用🛀🏻效率、以及風機(ji)技術革新都能一(yi)定程度上緩解🚩稀(xi)土資源短缺問題(tí)。目前，稀土資源被(bei)認爲是👄受保護的(de)戰略性礦産資源(yuán)，短期内大🌈幅度擴(kuò)大産量難以實現(xiàn)。因此，稀土的循環(huan)利用以及技術革(gé)新能夠在一定程(chéng)度上緩解長期的(de)稀土資源短缺壓(yā)🔞力。風力渦輪機✌️的(de)壽命通常爲20年，這(zhè)就意味着2040年大🎯量(liang)稀土将随風機退(tuì)役，是可觀的潛在(zài)稀土資源。如：2021-2050年間(jiān)，镝(Dy)每年的退役量(liang)将從0.01 Gg逐漸增加到(dào)1.2-2.1 Gg (圖2)。在“新政策情境(jing)”(New Policies Scenario )情境下，回收的🐆镝(dí)(Dy)可能🛀在2048-2050超過對其(qi)的♉需求。此外，增加(jia)稀土使用效率及(ji)技術革新能降低(di)風力🧡發電對稀土(tǔ)資源的需求，能緩(huan)解長期的稀土危(wēi)機。
風(fēng)電在世界範圍内(nèi)迅速發展有助于(yu)穩定氣候變化。鑒(jiàn)于風力渦輪機的(de)性能和效率嚴重(zhong)依賴稀土元素(主(zhǔ)要是钕、镨、镝)，稀土(tu)資源短缺與全球(qiu)風電發展之間的(de)沖突日益引起關(guān)注🏃🏻♂️。基于針對特定(dìng)地區的動态物質(zhi)流分析方法，本文(wén)評估了全球及十(shi)個地區在四種風(feng)電發展情景下的(de)稀土🚶♀️金屬钕、镨和(he)镝的供應短缺風(fēng)險。研究發現當前(qian)稀土産能🤩無法滿(man)足全球風力電💋發(fā)展的稀土需求。材(cai)料的循環利用和(hé)提高使用效率、擴(kuo)大生産、以及技📐術(shù)革新對于緩解長(zhang)期🈲的稀土資源短(duan)缺是♉有潛力的。但(dàn)是，現有的全球稀(xi)土供應結構，加上(shàng)日益加劇的地緣(yuán)政治和環境制約(yue)因素，可能會約束(shu)風電的快速發展(zhǎn)。因此，在可持續的(de)和可靠的稀土供(gòng)應鏈上的全球合(hé)🌈作是必要和緊迫(pò)的。
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