编辑推荐：
推荐
为探究关键矿产约束对能源转型的影响，研究人员基于 5 种典型综合评估模型（IAMs），分析中国能源转型路径，设计多场景评估贸易与变暖风险。发现关键矿产约束使风光装机容量显著下降，或致碳减排缺口达 2.35 GtCO?，凸显纳入矿产约束的政策意义。
论文解读
研究背景与意义
在全球气候变暖的大背景下，以光伏和风电为核心的清洁能源转型被视为实现《巴黎协定》承诺的根本途径。然而，与传统能源系统相比，以光伏和风电为主的可再生能源系统高度依赖关键矿产，例如陆上风电厂对铬、钼、锌等关键矿产的需求是燃气电厂的 9 倍，太阳能电厂每兆瓦装机容量需要 4000 吨铜，是传统电厂的 4 倍。这些关键矿产因供应中断风险高而被贴上 “关键” 标签，且其临界性在不同国家或地区存在差异。随着能源系统的清洁转型，对这些矿产资源的需求显著增加，而当前的综合评估模型（IAMs）在评估能源转型路径时往往未充分考虑矿产约束，这可能导致路径规划不可行，误导能源投资和碳减排战略制定，错过控制全球变暖的时间窗口，造成不可逆的气候损害。因此，将矿产约束纳入能源转型的综合评估和路径设计至关重要。
为解决这一问题，西安电子科技大学经济与管理学院等国内研究机构的研究人员开展了相关研究，旨在重新审视中国能源转型的可行性，重构转型路径，并评估可能的贸易和变暖风险。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为能源转型政策制定提供了重要的科学依据。
主要技术方法
研究构建了一个涵盖中国和全球尺度的储量 - 生产 - 需求综合框架，采用了 5 种具有代表性的综合评估模型（AIM/CGE、IMAGE、MESSAGE、REMIND 和 WITCH）。通过设计不同的气候目标（1.5°C 和 2°C）、回收利用率（低回收率 LRR 和高回收率 HRR）和储量情景（低储量 LRV 和高储量 HRV），分析关键矿产的供需关系。同时，开发了耦合优化模型，将资源约束机制与综合评估模型的输出相结合，以在矿产约束下重新配置能源转型路径，并计算碳减排缺口。此外，还对模型的关键参数进行了不确定性分析，以验证结果的可靠性。
研究结果
- 清洁能源转型驱动的矿产需求：在 1.5°C 气候目标下，2060 年中国光伏和风电装机容量分别达到 3193 GW 和 1986 GW，占全球容量的约 22.7% 和 21.5%，相应的矿产需求也大幅增长。材料强度的改善使大多数矿产需求呈缓慢上升甚至倒 U 形趋势，如银、硼、镉等。回收利用率的提高显著降低了净需求，例如银和稀土的回收利用率分别提高 35.9% 和 38.6% 时，净需求分别减少 296.7% 和 47.1%。
- 中国清洁能源转型路径的重新评估：关键矿产供应约束可能阻碍中国清洁能源转型目标的实现。光伏发展受银、镉、铟、硒、碲和铜的限制，风电发展受锡、锌和铜的限制。不同模型生成的路径受矿产约束的程度不同，IMAGE 模型生成的路径受约束相对较小，而 REMIND 模型受约束较大。气候目标越严格，转型路径受矿产约束越严重。
- 矿产贸易风险：中国在实现碳中和目标期间，将成为镓的净出口国，在大多数年份成为钼、稀土、硅和钒的净出口国，但需要进口铬、锰、铌、镍等矿产。部分矿产的进口高度依赖特定国家，如 80% 的铬和 44% 的锰进口来自南非，存在供应风险。
- 能源转型路径的重构：考虑矿产约束后，光伏和风电的装机容量显著下降。在 1.5°C 和 LRR+LRV 情景下，2060 年光伏和风电装机容量平均下降 56.7% 和 68.9%。这导致化石燃料使用增加，碳减排缺口扩大，在 1.5°C 和 LRR+LRV 情景下，2060 年碳减排缺口达 2351 MtCO?。
- 不确定性分析：市场份额和材料强度的变化对结果影响较小，验证了研究结果的可靠性。
研究结论与讨论
该研究表明，关键矿产约束对中国实现《巴黎协定》气候目标和碳中和目标构成重大挑战，光伏和风电的贡献可能远低于预期。研究强调了将矿产约束纳入长期能源投资和战略能源转型政策制定的重要性。为应对这些挑战，需要提高矿产资源的利用效率和回收利用率，推动资源勘探和材料替代技术的进步，重新审视化石燃料电厂的退役节奏，加强其他清洁能源（如先进核能、氢能）的开发，建立战略矿产储备体系，多元化进口来源，保障矿产供应链的稳定。这些研究结果为全球能源转型提供了重要的参考，有助于制定更加可行和可持续的能源政策，以应对气候变化和矿产资源挑战。
