城市环境研究所在探索碳中和下稀土镝元素循环路径中取得重要进展-j9九游会登录入口

　　中国科学院城市环境研究所陈伟强研究团队联合中国地质科学院代涛团队及多位国际知名学者在environmental science & technology（《环境科学与技术》杂志）发表了题为unlocking dysprosium constraints for china’s 1.5 c climate target的学术成果。

　　近年来，关键金属循环与气候变化目标之间的关联及冲突引发了政策界及学术界的广泛关注。稀土元素因在低碳技术中的关键应用被美、欧、日等列为战略性关键金属资源，成为全球主要国家竞争的关键原材料。镝（dy）是其中最关键的稀土元素之一，主要应用于钕铁硼永磁体(ndfebs)，可以显著提高其矫顽力和高温性能。当前，尽管镝元素在永磁体的应用含量大幅下降，然而含镝电机具有功率密度高、运行效率高、结构简洁紧凑、转矩大且平顺、调速性能好等优势特征，在高性能的电动汽车电机、海上风力涡轮机及潜在的突破性低碳技术中发挥着重要作用。中国拥有丰富的稀土储量，在镝全产业链中占据主导地位。同时，作为全球主要的碳排放国，中国正在系统规划并快速推进碳中和（或1.5 ）气候目标的实施步伐。因此，厘清稀土元素流动过程及其循环格局，解耦关键金属-能源转型-气候目标之间的关联关系，识别其潜在冲突及协同发展路径至关重要。

　　在此背景下，研究团队交叉融合了动态物质流模型、情景分析法、综合评估模型，构建了镝关键金属-能源转型-气候目标耦合模型，首次系统解析了1.5 气候目标及其他温控目标下中国未来镝流动过程及其循环格局，量化揭示了去镝化、减量化、材料替代、城市矿产开发等循环经济举措对缓解镝循环与碳中和目标冲突、进而促进二者协同发展的重要作用。

　　研究结果发现：

　　1、中国镝需求量将会快速增长，2050年镝需求量较2020年增长5-10倍。在基准、现有政策和1.5 三种气候目标情景下，2021-2050年累计需求量分别为22.9万吨、30.9万吨和39.3万吨，其中低碳技术（电动汽车和风机）是未来镝需求量增长的主要驱动因素。

　　2、在现有及可预见的镝开采和应用技术组合情况下，中国镝供应产能将无法支撑我国碳中和路径发展需求。仅考虑国内供应及其产能线性增长（年均增长速率为1.5%）的情况下，为了实现基准、现有政策和1.5 三种气候路径规划情景，2050年镝供应量仅能满足需求量的44%、39%、36%，说明仅依靠国内供应无法实现碳中和的气候目标。因此，中国将会依赖其他供应来源（如进口），其供应量约占国内一次供应量的2.2-4.5倍。

　　3、在不推动重稀土自然储量勘探及进行城市矿产循环开发的情况下，中国镝现有可采储量将无法支撑我国碳中和路径发展需求。通过模型预测，按照现有碳中和目标路径规划，中国镝当前储量将于2035年耗尽，全球镝当前储量将于2045年耗尽。特别是，中国镝储量仅足以支撑19%的电动汽车生产和27%的风机部署。因此，在稀土镝元素供应约束下，亟需对中国碳中和的实施技术路线及路径进行重新审视及规划。

　　4、稀土城市循环开发可以有效缓解镝供应缺口，应将其纳入我国碳中和技术集及路径规划中。在循环经济策略下，中国2021-2050年累计需求量可以降低32%-52%，并最早于2036年实现供需平衡（即不再依赖进口），2048年仅二次供应就可以满足需求（即可以构建稀土镝“元素闭环”体系）。然而，“稀土闭环”能否真正实现将会面临来自于社会经济及产业科技等方面的多重挑战。特别是在当前我国碳中和技术体系规划中，稀土等战略性金属资源循环经济技术重视不足，亟需将其纳入碳中和技术路径规划中。 

图：不同循环经济与碳中和路径解耦策略下的镝供需趋势 

　　该研究成果由7个国内外团队合作完成，中国地质科学院矿产资源研究所为第一署名单位，代涛研究员和中国地质大学（北京）博士生刘艳飞为共同第一作者，中国科学院城市环境研究所汪鹏研究员、陈伟强研究员和中国地质科学院矿产资源研究所王安建研究员为共同通讯作者。美国太平洋西北国家实验室邱阳博士，国际稀土工业协会秘书长mancheri nabeel博士，中国科学技术大学博士生陈玮，东京大学刘俊希博士，东北大学王鹤鸣教授为共同作者。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国际合作项目、重点研发项目等课题的资助。 environmental science & technology邀请研究团队同步设计了期刊2023年9卷38期封面，充分肯定了该成果的研究价值与推广意义。 。