当前与低碳电网中能源技术的材料关键性与环境影响权衡分析

《Sustainable Energy and Fuels》：Tradeoffs between material criticality and environmental impacts for current and future energy technologiesOpen Access

　　

由于电气化、工业扩张和数字基础设施的增加，预计电力需求将大幅增长，而可再生能源技术将在多元化能源供应和增强能源系统韧性方面发挥核心作用。然而，这些技术的规模化引发了关于环境影响、局部负担和材料供应约束的问题。在本研究中，我们利用开放获取数据，比较了美国当前电网和低碳电网的环境价格、区域化环境影响和材料关键性，并对光伏、风能、氢能和电池技术进行了详细评估。与当前电网相比，低碳方案将环境损害成本降低了83%，同时使材料关键性指标增加了3至11倍。硅基光伏和磷酸铁锂电池在环境定价和关键性方面占据主导地位。新兴替代方案，如钙钛矿太阳能电池和钠离子电池，由于其使用寿命较短，表现出较低的材料关键性但较高的环境影响。这些新兴技术的回收场景在环境价格方面的降低幅度较小（约6%-7%），因为影响仍然以初级材料生产（尤其是镍矿开采）相关的颗粒物排放和酸化为主导，这凸显了改进回收和处理策略的关键机遇。相比之下，针对高环境影响和高关键性材料（如镍锰钴电池中的钴和电解槽中的铂族金属）的回收路径，可将环境价格降低77%-90%，关键性最高降低84%。通过联合评估各能源技术的环境影响、材料关键性以及负担的地理分布，本研究为评估未来能源系统中的权衡提供了全面且透明的框架。

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? 2026 作者。由英国皇家化学会出版

2026

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