中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所陳偉強(qiáng)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國地質(zhì)科學(xué)院代濤團(tuán)隊(duì)及多位國際知名學(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，關(guān)鍵金屬循環(huán)與氣候變化目標(biāo)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，成為全球主要國家競爭的關(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)簡潔緊湊、轉(zhuǎn)矩大且平順、調(diào)速性能好等優(yōu)勢特征，在高性能的電動(dòng)汽車電機(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。同時(shí)，作為全球主要的碳排放國，中國正在系統(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)下中國未來鏑流動(dòng)過程及其循環(huán)格局，量化揭示了去鏑化、減量化、材料替代、城市礦產(chǎn)開發(fā)等循環(huán)經(jīng)濟(jì)舉措對緩解鏑循環(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、中國鏑需求量將會(huì)快速增長，2050年鏑需求量較2020年增長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22.9萬噸、30.9萬噸和39.3萬噸，其中低碳技術(shù)（電動(dòng)汽車和風(fēng)機(jī)）是未來鏑需求量增長的主要驅(qū)動(dòng)因素。

　　2、在現(xiàn)有及可預(yù)見的鏑開采和應(yīng)用技術(shù)組合情況下，中國鏑供應(yīng)產(chǎn)能將無法支撐我國碳中和路徑發(fā)展需求。僅考慮國內(nèi)供應(yīng)及其產(chǎn)能線性增長（年均增長速率為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)量僅能滿足需求量的44%、39%、36%，說明僅依靠國內(nèi)供應(yīng)無法實(shí)現(xiàn)碳中和的氣候目標(biāo)。因此，中國將會(huì)依賴其他供應(yīng)來源（如進(jìn)口），其供應(yīng)量約占國內(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)開發(fā)的情況下，中國鏑現(xiàn)有可采儲(chǔ)量將無法支撐我國碳中和路徑發(fā)展需求。通過模型預(yù)測，按照現(xiàn)有碳中和目標(biāo)路徑規(guī)劃，中國鏑當(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，中國鏑儲(chǔ)量僅足以支撐19%的電動(dòng)汽車生產(chǎn)和27%的風(fēng)機(jī)部署。因此，在稀土鏑元素供應(yīng)約束下，亟需對中國碳中和的實(shí)施技術(shù)路線及路徑進(jìn)行重新審視及規(guī)劃。

　　4、稀土城市循環(huán)開發(fā)可以有效緩解鏑供應(yīng)缺口，應(yīng)將其納入我國碳中和技術(shù)集及路徑規(guī)劃中。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)策略下，中國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（即不再依賴進(jìn)口），2048年僅二次供應(yīng)就可以滿足需求（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)。特別是在當(dāng)前我國碳中和技術(shù)體系規(guī)劃中，稀土等戰(zhàn)略性金屬資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)重視不足，亟需將其納入碳中和技術(shù)路徑規(guī)劃中。 

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 

　　該研究成果由7個(gè)國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)合作完成，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所為第一署名單位，代濤研究員和中國地質(zhì)大學(xué)（北京）博士生劉艷飛為共同第一作者，中國科學(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。美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室邱陽博士，國際稀土工業(yè)協(xié)會(huì)秘書長Mancheri Nabeel博士，中國科學(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家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國際合作項(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價(jià)值與推廣意義。 。 

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