中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所陳偉強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院代濤團(tuán)隊(duì)及多位國(guó)際知名學(xué)者在Environmental Science & Technology（《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志）發(fā)表了題為Unlocking Dysprosium Constraints for China’s 1.5 C Climate Target的學(xué)術(shù)成果。 

　　近年來(lái)，關(guān)鍵金屬循環(huán)與減緩氣候變化之間的關(guān)聯(lián)及沖突引發(fā)了政策界及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。稀土元素因在低碳技術(shù)中的關(guān)鍵應(yīng)用被美、歐、日等列為戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬資源，成為全球主要國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵原材料。鏑（Dy）是其中最關(guān)鍵的稀土元素之一，主要應(yīng)用于釹鐵硼永磁體(NdFeBs)，可以顯著提高其矯頑力和高溫性能。當(dāng)前，盡管鏑元素在永磁體的應(yīng)用含量大幅下降，然而含鏑電機(jī)具有功率密度高、運(yùn)行效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊、轉(zhuǎn)矩大且平順、調(diào)速性能好等優(yōu)勢(shì)特征，在高性能的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)、海上風(fēng)力渦輪機(jī)及潛在的突破性低碳技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。中國(guó)擁有豐富的稀土儲(chǔ)量，在鏑全產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，作為全球主要的碳排放國(guó)，中國(guó)正在系統(tǒng)規(guī)劃并快速推進(jìn)碳中和（或1.5 ）氣候目標(biāo)的實(shí)施步伐。因此，厘清稀土元素流動(dòng)過(guò)程及其循環(huán)格局，解耦關(guān)鍵金屬-能源轉(zhuǎn)型-氣候目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，識(shí)別其潛在沖突及協(xié)同發(fā)展路徑至關(guān)重要。 

　　在此背景下，研究團(tuán)隊(duì)交叉融合了動(dòng)態(tài)物質(zhì)流模型、情景分析法、綜合評(píng)估模型，構(gòu)建了鏑關(guān)鍵金屬-能源轉(zhuǎn)型-氣候目標(biāo)耦合模型，首次系統(tǒng)解析了1.5 氣候目標(biāo)及其他溫控目標(biāo)下中國(guó)未來(lái)鏑流動(dòng)過(guò)程及其循環(huán)格局，量化揭示了去鏑化、減量化、材料替代、城市礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)等循環(huán)經(jīng)濟(jì)舉措對(duì)緩解鏑循環(huán)與碳中和目標(biāo)沖突、進(jìn)而促進(jìn)二者協(xié)同發(fā)展的重要作用。 

　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 

　　1、中國(guó)鏑需求量將會(huì)快速增長(zhǎng)，2050年鏑需求量較2020年增長(zhǎng)5-10倍。在基準(zhǔn)、現(xiàn)有政策和1.5 三種氣候目標(biāo)情景下，2021-2050年累計(jì)需求量分別為22.9萬(wàn)噸、30.9萬(wàn)噸和39.3萬(wàn)噸，其中低碳技術(shù)（電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)機(jī)）是未來(lái)鏑需求量增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素。 

　　2、在現(xiàn)有及可預(yù)見(jiàn)的鏑開(kāi)采和應(yīng)用技術(shù)組合情況下，中國(guó)鏑供應(yīng)產(chǎn)能將無(wú)法支撐我國(guó)碳中和路徑發(fā)展需求。僅考慮國(guó)內(nèi)供應(yīng)及其產(chǎn)能線(xiàn)性增長(zhǎng)（年均增長(zhǎng)速率為1.5%）的情況下，為了實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)、現(xiàn)有政策和1.5 三種氣候路徑規(guī)劃情景，2050年鏑供應(yīng)量?jī)H能滿(mǎn)足需求量的44%、39%、36%，說(shuō)明僅依靠國(guó)內(nèi)供應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)碳中和的氣候目標(biāo)。因此，中國(guó)將會(huì)依賴(lài)其他供應(yīng)來(lái)源（如進(jìn)口），其供應(yīng)量約占國(guó)內(nèi)一次供應(yīng)量的2.2-4.5倍。 

　　3、在不推動(dòng)重稀土自然儲(chǔ)量勘探及進(jìn)行城市礦產(chǎn)循環(huán)開(kāi)發(fā)的情況下，中國(guó)鏑現(xiàn)有可采儲(chǔ)量將無(wú)法支撐我國(guó)碳中和路徑發(fā)展需求。通過(guò)模型預(yù)測(cè)，按照現(xiàn)有碳中和目標(biāo)路徑規(guī)劃，中國(guó)鏑當(dāng)前儲(chǔ)量將于2035年耗盡，全球鏑當(dāng)前儲(chǔ)量將于2045年耗盡。特別是，中國(guó)鏑儲(chǔ)量?jī)H足以支撐19%的電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)和27%的風(fēng)機(jī)部署。因此，在稀土鏑元素供應(yīng)約束下，亟需對(duì)中國(guó)碳中和的實(shí)施技術(shù)路線(xiàn)及路徑進(jìn)行重新審視及規(guī)劃。 

　　4、稀土城市循環(huán)開(kāi)發(fā)可以有效緩解鏑供應(yīng)缺口。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)策略下，中國(guó)2021-2050年累計(jì)需求量可以降低32%-52%，并最早于2036年實(shí)現(xiàn)供需平衡（即不再依賴(lài)進(jìn)口），2048年僅二次供應(yīng)就可以滿(mǎn)足需求（即可以構(gòu)建稀土鏑“元素閉環(huán)”體系）。然而，“稀土閉環(huán)”能否真正實(shí)現(xiàn)將會(huì)面臨來(lái)自于社會(huì)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)科技等方面的多重挑戰(zhàn)。 

　　圖：不同循環(huán)經(jīng)濟(jì)與碳中和路徑解耦策略下的鏑供需趨勢(shì) 

　　該研究成果由7個(gè)國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)合作完成，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所為第一署名單位，代濤研究員和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士生劉艷飛為共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所汪鵬研究員、陳偉強(qiáng)研究員和中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王安建研究員為共同通訊作者。美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室邱陽(yáng)博士，國(guó)際稀土工業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)Mancheri Nabeel博士，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生陳瑋，東京大學(xué)劉俊希博士，東北大學(xué)王鶴鳴教授為共同作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)際合作項(xiàng)目、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等課題的資助。 

　　Environmental Science & Technology邀請(qǐng)研究團(tuán)隊(duì)同步設(shè)計(jì)了期刊2023年9卷38期封面，充分肯定了該成果的研究?jī)r(jià)值與推廣意義。 

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