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面对气候变化的风险与挑战，以光伏太阳能和风力发电为核心的清洁能源转型被寄予厚望。“然而，清洁能源的发展比传统能源更依赖关键矿产资源。”澳门赌场数学与系统科学研究院研究员汪寿阳告诉《中国科学报》，“受关键矿产资源的限制，太阳能和风能对实现《巴黎协定》目标的贡献率远低于预期。”

针对这一难题，汪寿阳团队联合澳门赌场大学教授段宏波团队等将资源勘探、回收技术、贸易风险等纳入气候情景分析，首次揭示了关键矿产对转型路径的制约效应。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。

能源转型的十字路口

相较传统的化石能源系统，可再生能源对矿物资源的需求较高。太阳能发电厂每安装1吉瓦的发电能力要耗费4000吨铜，是传统发电厂需求量的4倍。

“这类矿物通常被称为‘关键’矿物，因为其供应中断的风险较高。”段宏波介绍，目前关键矿物尚未有统一定义，但基于我国工业条件的特殊考虑，约有铝、铜、银、硅等20种关键矿物，“能源系统的清洁转型将显著增加对关键矿产资源的需求”。

因此，研究团队瞄准这一关键问题，对矿物需求和矿物供应风险进行评估。“研究旨在从矿物贸易角度解决供需不匹配的问题，并探讨贸易带来的矿物约束在碳中和中的作用。”汪寿阳说。

考虑到不同矿物资源的供应和短缺问题会影响发展路径的规划，进而误导能源投资和碳减排策略的制定，为了构建稳健的评估模型，揭示关键矿产对清洁能源转型路径的制约效应，研究团队做了诸多准备。

“我们整合了5种国际权威综合评估模型提出的能源转型路径，构建了涵盖中国和全球范围的‘储量-生产-需求’一体化评估框架。”段宏波介绍，该研究针对《巴黎协定》设定的两个气候目标，考虑材料回收对缓解矿产供应压力的影响，设置了不同的技术组合情景，以及低回收率和高回收率等不同矿物回收情景。“为了准确评估我国清洁能源转型所需关键矿产的供需关系，我们还进一步考虑了其他行业对关键矿产的净需求。”

研究发现，《巴黎协定》颁布10周年之际，全球能源转型已走到十字路口，我国清洁能源转型路径也需要重新评估。

“初级矿物供应限制可能阻碍我国在所有情景下的清洁能源转型。”汪寿阳举例称，锡和镉面临的短缺风险最为严重，全球储量仅能支持我国能源转型计划运行到2031年，而银的短缺风险相对较小。“若忽视矿产约束，光伏和风电装机容量至2060年可能下降超50%，我国或将面临着‘化石能源消费回弹-碳减排缺口扩大’的风险，甚至可能阻碍全球温控目标的实现。”

守住1.5℃生存底线

“碳中和不仅是能源革命，更是资源管理革命。将矿产约束纳入气候模型，是如期完成温控目标的重要一环。”汪寿阳强调，这一研究为我国“双碳”战略实施提供了重要参考。

“鉴于光伏太阳能和风力发电的扩张，到2060年，我国对矿产的总需求将是2020年的12倍，约占全球相关矿产需求的1/4。”段宏波说，如此巨大的关键矿产需求增长将对清洁能源发展形成严格限制。他举例称：“与当前情况相比，到2060年，锡、镉、锌和银的储量分别需要增加300%、151%、91%和62%，才能满足太阳能和风能产业扩张的需求。”

而在实现碳中和目标的整个时期内、在1.5℃和2℃的升温限制下，我国在大多数年份里将是铝、铬、锰、硼等矿物的净进口国。太阳能和风能供应减少造成的能源缺口，也将阻碍我国实现碳中和以及《巴黎协定》的承诺。

“同时，鉴于我国水电、地热能等清洁能源的潜力有限，以及核能因安全风险而面临的不确定性，化石燃料尤其是煤炭、天然气和石油，仍将在能源结构中发挥重要作用。”汪寿阳表示。

“在矿产资源的限制下，我们重新规划了能源转型路径，发现即便考虑到可能的能源替代，为实现升温限制目标，太阳能和风能产业的部署规模到2060年仍会大幅缩减。”论文第一作者、西安电子科技大学准聘副教授史慧婷指出，这可能推迟化石燃料发电厂的退役时间。

研究发现，要想守住1.5℃生存底线，实现向清洁能源的转型升级，还需要综合考虑多方面因素。

“必须提高矿产资源利用效率和回收率，同时加快资源勘探和材料替代方面的技术进步。政府强化矿产供应链韧性，重构清洁能源结构，优先发展第四代核能，以技术创新对冲资源瓶颈。”段宏波指出，通过探索潜在的国际合作伙伴关系或投资海外矿产供应链等方式，实现进口来源的多样化也至关重要。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59741-y

（原载于《中国科学报》?2025-06-04?第4版?综合）