《Resources Policy》：More than half of current copper consumption can be replaced by substitutes
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超过半数的全球铜消费可由替代材料替代。替代空间最大的是建筑线缆（building wire）、电力电缆（power cables）与换热器（heat exchanger，HX）管材。替代可能是应对即将到来的铜短缺成本最低的方式。八项截至2050年的全球铜供需平
超过半数的全球铜消费可由替代材料替代。替代空间最大的是建筑线缆（building wire）、电力电缆（power cables）与换热器（heat exchanger，HX）管材。替代可能是应对即将到来的铜短缺成本最低的方式。八项截至2050年的全球铜供需平衡研究均认为，铜短缺将在2030年代出现并可能延续至2050年；若发生短缺，将拖累能源转型，因为可再生能源发电、配电及用电设备均高度依赖铜。缓解铜短缺的供给侧路径包括：扩大矿山产能与提升现有矿山利用率、提高废铜回收、以替代材料取代铜。既有供需研究多关注矿山产能，回收分析不深，替代贡献或被忽视、或被低估，仅IEA 2024称替代可能有显著贡献但缺乏分析支撑。研究人员据此对2023年铜终端用途进行调整，将消费类家电等拆为器具布线（appliance wiring）、器具加热（appliance heating）与电机绕组（motor windings）等更基础类别；调整后14类用途中，逾80%铜消费的最佳替代材为铝（Aluminium，Al）。研究人员采用Graedel等提出的四级可替代性等级：Exemplary、Good、Adequate、Poor，并以功能（functionality）、可靠性（reliability）与成本（cost）影响界定等级。对占2023年铜消费逾70%的九大终端用途逐类评估后，建筑线缆20.0%中17.0%为Good、3.0%为Poor；电机绕组13.0%中4.5%为Adequate、8.5%为Poor；公用电力电缆（utility power cables）8.4%中5.0%为Good、3.4%为Poor；HVAC-R换热器6.4%中5.4%为Good、1.0%为Poor；电子（electronics）5.7%为Poor；可再生电力电缆（renewables power cables）5.2%中3.4%为Good、1.0%为Adequate、0.8%为Poor；汽车线束（vehicle harnesses）5.0%中2.4%为Good、1.2%为Adequate、1.5%为Poor；管道（plumbing）4.0%中2.6%为Good、1.3%为Poor；电信（telecommunications）3.4%为Adequate；其余28.9%按前九类比例分配。合计全球铜消费中50.4%为Good、14.2%为Adequate、35.4%为Poor、0.0%为Exemplary。研究人员认为，半数铜消费具备“无惩罚”替代潜力，再加14.2%为“低惩罚”替代，替代可作为缓解铜短缺的低成本路径。
研究背景方面，八项截至2050年的全球铜供需平衡研究均指出，铜短缺将于2030年代开始并可能延续至2050年。铜是电力网络与电气化设备的关键材料，短缺会拖慢能源转型，因此如何缓解铜短缺成为关键议题。供给侧通常有三类路径：新增及提升矿山产能、提高报废产品中的铜回收率、以替代材料替换铜。既有八项研究中，多数聚焦矿山产能，回收率提升分析不足；关于替代，四项研究完全未提及，三项认为至多边际贡献，仅IEA 2024视其为潜在重要贡献但属判断而非分析。为此，Martin Lynch与Rick Valenta在《Resources Policy》发表研究，系统评估铜在主要终端用途中的可替代性，判断在功能、可靠性与成本不受显著负面影响前提下，铜可被替代的程度。
关键技术方法上，研究人员以国际轧制铜理事会（International Wrought Copper Council，IWCC）2023年铜终端用途数据为基础，将消费类家电等用途拆解为器具布线、器具加热与电机绕组等更基础类别，形成可分析替代性的14类终端用途；采用Graedel等2015年提出的四级可替代性框架，即Exemplary、Good、Adequate、Poor，并以替代品对原产品功能（functionality）、可靠性（reliability）与成本（cost）的影响界定等级；通过已有文献、从业者咨询与性能资料，对占2023年全球铜消费逾70%的九大终端用途逐类判定Graedel等级；最后将九类之外其余29%按前九类等级比例分配，汇总得到全球铜消费的可替代性结构。
研究结果部分，5.1建筑线缆（building wire，占20.0%）中，铝线火灾风险源于早期安装不当；采用抗蠕变铝合金AA8030与COPALUM类端子可消除风险，多数国家电气规范允许符合条件时使用铝线，仅中国明确限制。研究人员判定17.0%为Good、3.0%为Poor。5.2电机绕组（motor windings，占13.0%）中，铝导电率低于铜，会导致效率下降、体积重量增加或振动疲劳风险；家用电器类为Adequate，汽车、工业过程与电动汽车驱动类为Poor，合计4.5% Adequate、8.5% Poor。5.3公用电力电缆（utility power cables，占8.4%）中，架空线长期以铝为主，地下缆除中国外世界平均83%为铝；中国占全球公用电力电缆铜消费78%，若中国地下缆铜占比由84%降至17%，全球可减约60%铜消费，该部分评为Good，其余40%为Poor，即5.0% Good、3.4% Poor。5.4 HVAC-R换热器（占6.4%）中，铜管铝翅片（CTAF）、全铝管翅片（ATAF）与全铝微通道（AAMC）可等效传热，耐蚀铝合金与涂层可解决腐蚀顾虑，5.4% Good、1.0% Poor。5.5电子（electronics，占5.7%）中，印制电路板（printed circuit board，PCB）的引脚、焊盘、走线与过孔依赖铜的电镀与软钎焊特性，铝存在氧化层与水解问题，评为Poor。5.6可再生电力电缆（renewables power cables，占5.2%）中，逆变器至电网交流缆与太阳能板至逆变器直流缆具备Good替代性，海底交流缆为Adequate，合计3.4% Good、1.0% Adequate、0.8% Poor。5.7汽车线束（vehicle harnesses，占5.0%）中，粗线振动与腐蚀风险较低可为Good，细线疲劳与电偶腐蚀风险高则为Adequate或Poor，合计2.4% Good、1.2% Adequate、1.5% Poor。5.8管道（plumbing，占4.0%）中，交联聚乙烯（cross-linked polyethylene，PEX）可替代部分铜管，不锈钢阀与黄铜阀功能价格相当，合计2.6% Good、1.3% Poor。5.9电信（telecommunications，占3.4%）中，光纤（optical fibre）已替代长途与互联网骨干铜缆，仅“最后一公里”仍用铜，光纤在该段为Adequate，即3.4% Adequate。汇总后，全球铜消费中50.4% Good、14.2% Adequate、35.4% Poor。
讨论与结论部分，研究人员指出，2023年全球近三分之二铜消费可在功能、可靠性与成本基本不受影响时被替代，建筑线缆、公用与可再生电力电缆、HVAC-R换热器是主要贡献项。若仅实现一半替代潜力，2023年全球铜消费可由近27 Mt降至约18 Mt，将显著改变铜供需平衡。研究人员进一步提出，铜价长期高位却未大规模替代，说明存在安装规范、端子与标准、资本切换成本等障碍；后续研究将分析障碍与政策、以及铝及其合金产能能否在不转移短缺前提下替代铜。研究人员强调，过去50年仅有三份系统评估铜可替代性的文献，材料可替代性是被忽视但关乎可持续材料发展路径的重要课题。结论译文如下：本研究主要结论是，2023年全球消费的铜中近三分之二可在对所含铜的终端产品的功能、可靠性或可负担性几乎无整体负面影响的情况下被其他材料替代；贡献最大的终端用途为建筑线缆、公用及可再生电力电缆与HVAC-R换热器管材。若上述替代潜力的一半转化为现实，2023年全球铜消费约为18 Mt，远低于实际的近27 Mt；这意味着即便部分实现铜替代，也可能极大改变全球铜供需平衡。研究人员同时指出，铜价高位多年却替代不足，原因包括安装规范、端子设计、资本支出与标准限制，相关障碍与铝产能替代铜的资源、成本及环境影响将留待后续论文研究；材料可替代性研究长期被忽视，但在可持续材料路径中十分重要。
