全球建筑部门实现净零排放的可持续性挑战：基于能源投资回报率与矿物资源限制的实证研究

本研究针对全球建筑部门实现"Net-Zero"排放的可行性，创新性地引入能源投资回报率（EROI≥10）和关键矿物储量限制双重约束条件，通过建立138国建筑存量模型发现：在"宽松"能效标准下该部门仅能维持净零运营至2067年，而提升能效可延至2124年。研究揭示了单纯依赖可再生能源实现气候目标的局限性，为制定科学的建筑能效政策提供了关键依据。

　　

当前全球气候危机日益严峻，2022年人为CO₂排放量创下36.8 Gt的历史新高。尽管"净零排放(Net-Zero)"被广泛视为应对气候变化的终极解决方案，但现有研究往往忽视了两个关键物理限制：可再生能源系统的能源投资回报率(EROI)衰减效应，以及支撑能源转型所需的战略性矿物资源枯竭风险。建筑部门作为全球能源消耗大户，其实现Net-Zero的可行性直接关系到《巴黎协定》目标的达成。

发表在《Environmental Impact Assessment Review》的这项研究首次构建了覆盖138个国家的全球建筑存量模型，时间跨度从2017年至2300年。研究人员创新性地将EROI阈值（≥10）与矿物储量限制纳入评估框架，通过系统动力学模拟揭示了建筑部门维持Net-Zero运营的时限瓶颈。

研究方法包含三个核心模块：(1)基于Al Shawa (2022a)模型的全球建筑存量动态预测；(2)可再生能源系统最大产出计算模块，考虑不同EROI阈值下的能量净产出；(3)矿物资源消耗模型，整合锂、钴等关键矿物的开采储量、利用强度与回收率参数。研究特别关注太阳能光伏、风能发电系统以及锂离子/锂硫储能技术的材料需求。

能源效率的临界阈值
模型显示，当建筑能源效率维持在200 kWh/m²•年（相当于当前全球平均水平）时，建筑部门仅能分配36 PWh/年的可再生能源配额。这要求到2050年全球建筑存量能效必须提升至120 kWh/m²•年以下，且年改造率不低于3.2%，才能确保EROI维持在10以上。

矿物资源的硬约束
在"基准材料效率"情景下（回收率30%、利用强度保持现状），即使实现上述能效目标，锂、钴等关键矿物储量仅能支撑全球建筑部门Net-Zero运营至2067年。若将材料回收率提升至70%并降低利用强度20%，该期限可延至2124年。

能效提升的杠杆效应
研究量化了不同能效标准的影响："严格标准"（80 kWh/m²•年）较"宽松标准"（120 kWh/m²•年）可使Net-Zero运营期限延长57年。这凸显了建筑能效改进对缓解矿物资源压力的显著作用。

结论部分尖锐指出：当前主流的Net-Zero路径存在严重"短视性"，仅关注CO₂排放平衡而忽视能源系统的基础物理限制。研究证实，在现有技术范式下，全球建筑部门无法永久维持Net-Zero状态，最乐观情景下也仅能持续约一个世纪。这一发现对国际气候政策制定具有颠覆性启示——必须将能源需求管理置于比可再生能源部署更优先的地位，同时加速突破性材料技术的研发。

讨论中特别强调，即使实现IPCC建议的2°C路径能效目标（建筑能耗降低60%），仍不足以解决矿物资源瓶颈。研究呼吁建立整合EROI分析和物质流评估的新型气候治理框架，以避免陷入"可再生技术大部署-资源快速枯竭-系统崩溃"的恶性循环。这些发现对正在制定的《全球建筑与建造业气候行动路线图》提供了关键科学依据。