面對氣候變化的風險與挑戰(zhàn)，以光伏太陽能和風力發(fā)電為核心的清潔能源轉(zhuǎn)型被寄予厚望。“然而，清潔能源的發(fā)展比傳統(tǒng)能源更依賴關(guān)鍵礦產(chǎn)資源?！敝袊茖W院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院研究員汪壽陽告訴《中國科學報》，“受關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的限制，太陽能和風能對實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》目標的貢獻率遠低于預(yù)期?！?/div>
相較傳統(tǒng)的化石能源系統(tǒng)，可再生能源對礦物資源的需求較高。太陽能發(fā)電廠每安裝1吉瓦的發(fā)電能力要耗費4000噸銅，是傳統(tǒng)發(fā)電廠需求量的4倍。
“這類礦物通常被稱為‘關(guān)鍵’礦物，因為其供應(yīng)中斷的風險較高?！倍魏瓴ń榻B，目前關(guān)鍵礦物尚未有統(tǒng)一定義，但基于我國工業(yè)條件的特殊考慮，約有鋁、銅、銀、硅等20種關(guān)鍵礦物，“能源系統(tǒng)的清潔轉(zhuǎn)型將顯著增加對關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的需求”。
考慮到不同礦物資源的供應(yīng)和短缺問題會影響發(fā)展路徑的規(guī)劃，進而誤導(dǎo)能源投資和碳
減排策略的制定，為了構(gòu)建穩(wěn)健的評估模型，揭示關(guān)鍵礦產(chǎn)對清潔能源轉(zhuǎn)型路徑的制約效應(yīng)，研究團隊做了諸多準備。
“我們整合了5種國際權(quán)威綜合評估模型提出的能源轉(zhuǎn)型路徑，構(gòu)建了涵蓋中國和全球范圍的‘儲量-生產(chǎn)-需求’一體化評估框架?！倍魏瓴ń榻B，該研究針對《巴黎協(xié)定》設(shè)定的兩個氣候目標，考慮材料回收對緩解礦產(chǎn)供應(yīng)壓力的影響，設(shè)置了不同的技術(shù)組合情景，以及低回收率和高回收率等不同礦物回收情景。“為了準確評估我國清潔能源轉(zhuǎn)型所需關(guān)鍵礦產(chǎn)的供需關(guān)系，我們還進一步考慮了其他行業(yè)對關(guān)鍵礦產(chǎn)的凈需求?！?/div>
研究發(fā)現(xiàn)，《巴黎協(xié)定》頒布10周年之際，全球能源轉(zhuǎn)型已走到十字路口，我國清潔能源轉(zhuǎn)型路徑也需要重新評估。
“初級礦物供應(yīng)限制可能阻礙我國在所有情景下的清潔能源轉(zhuǎn)型?！蓖魤坳柵e例稱，錫和鎘面臨的短缺風險最為嚴重，全球儲量僅能支持我國能源轉(zhuǎn)型計劃運行到2031年，而銀的短缺風險相對較小?！叭艉鲆暤V產(chǎn)約束，光伏和風電裝機容量至2060年可能下降超50%，我國或?qū)⒚媾R著‘化石能源消費回彈-
碳減排缺口擴大’的風險，甚至可能阻礙全球溫控目標的實現(xiàn)。”
守住1.5℃生存底線
“碳中和不僅是能源革命，更是資源管理革命。將礦產(chǎn)約束納入氣候模型，是如期完成溫控目標的重要一環(huán)?！蓖魤坳枏娬{(diào)，這一研究為我國“雙碳”戰(zhàn)略實施提供了重要參考。
“鑒于光伏太陽能和風力發(fā)電的擴張，到2060年，我國對礦產(chǎn)的總需求將是2020年的12倍，約占全球相關(guān)礦產(chǎn)需求的1/4。”段宏波說，如此巨大的關(guān)鍵礦產(chǎn)需求增長將對清潔能源發(fā)展形成嚴格限制。他舉例稱：“與當前情況相比，到2060年，錫、鎘、鋅和銀的儲量分別需要增加300%、151%、91%和62%，才能滿足太陽能和風能產(chǎn)業(yè)擴張的需求?！?/div>
而在實現(xiàn)碳中和目標的整個時期內(nèi)、在1.5℃和2℃的升溫限制下，我國在大多數(shù)年份里將是鋁、鉻、錳、硼等礦物的凈進口國。太陽能和風能供應(yīng)減少造成的能源缺口，也將阻礙我國實現(xiàn)碳中和以及《巴黎協(xié)定》的承諾。
“同時，鑒于我國水電、地熱能等清潔能源的潛力有限，以及核能因安全風險而面臨的不確定性，化石燃料尤其是煤炭、天然氣和石油，仍將在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。”汪壽陽表示。
“在礦產(chǎn)資源的限制下，我們重新規(guī)劃了能源轉(zhuǎn)型路徑，發(fā)現(xiàn)即便考慮到可能的能源替代，為實現(xiàn)升溫限制目標，太陽能和風能產(chǎn)業(yè)的部署規(guī)模到2060年仍會大幅縮減。”論文第一作者、西安電子科技大學準聘副教授史慧婷指出，這可能推遲化石燃料發(fā)電廠的退役時間。
研究發(fā)現(xiàn)，要想守住1.5℃生存底線，實現(xiàn)向清潔能源的轉(zhuǎn)型升級，還需要綜合考慮多方面因素。
“必須提高礦產(chǎn)資源利用效率和回收率，同時加快資源勘探和材料替代方面的技術(shù)進步。政府強化礦產(chǎn)供應(yīng)鏈韌性，重構(gòu)清潔能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)先發(fā)展第四代核能，以技術(shù)創(chuàng)新對沖資源瓶頸。”段宏波指出，通過探索潛在的國際合作伙伴關(guān)系或投資海外礦產(chǎn)供應(yīng)鏈等方式，實現(xiàn)進口來源的多樣化也至關(guān)重要。
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