中國科學院城市環(huán)境研究所陳偉強研究團隊聯(lián)合中國地質科學院代濤團隊及多位國際知名學者在Environmental Science & Technology（《環(huán)境科學與技術》雜志）發(fā)表了題為Unlocking Dysprosium Constraints for China’s 1.5 C Climate Target的學術成果。

　　近年來，關鍵金屬循環(huán)與氣候變化目標之間的關聯(lián)及沖突引發(fā)了政策界及學術界的廣泛關注。稀土元素因在低碳技術中的關鍵應用被美、歐、日等列為戰(zhàn)略性關鍵金屬資源，成為全球主要國家競爭的關鍵原材料。鏑（Dy）是其中最關鍵的稀土元素之一，主要應用于釹鐵硼永磁體(NdFeBs)，可以顯著提高其矯頑力和高溫性能。當前，盡管鏑元素在永磁體的應用含量大幅下降，然而含鏑電機具有功率密度高、運行效率高、結構簡潔緊湊、轉矩大且平順、調速性能好等優(yōu)勢特征，在高性能的電動汽車電機、海上風力渦輪機及潛在的突破性低碳技術中發(fā)揮著重要作用。中國擁有豐富的稀土儲量，在鏑全產業(yè)鏈中占據(jù)主導地位。同時，作為全球主要的碳排放國，中國正在系統(tǒng)規(guī)劃并快速推進碳中和（或1.5 ）氣候目標的實施步伐。因此，厘清稀土元素流動過程及其循環(huán)格局，解耦關鍵金屬-能源轉型-氣候目標之間的關聯(lián)關系，識別其潛在沖突及協(xié)同發(fā)展路徑至關重要。

　　在此背景下，研究團隊交叉融合了動態(tài)物質流模型、情景分析法、綜合評估模型，構建了鏑關鍵金屬-能源轉型-氣候目標耦合模型，首次系統(tǒng)解析了1.5 氣候目標及其他溫控目標下中國未來鏑流動過程及其循環(huán)格局，量化揭示了去鏑化、減量化、材料替代、城市礦產開發(fā)等循環(huán)經(jīng)濟舉措對緩解鏑循環(huán)與碳中和目標沖突、進而促進二者協(xié)同發(fā)展的重要作用。

　　研究結果發(fā)現(xiàn)：

　　1、中國鏑需求量將會快速增長，2050年鏑需求量較2020年增長5-10倍。在基準、現(xiàn)有政策和1.5 三種氣候目標情景下，2021-2050年累計需求量分別為22.9萬噸、30.9萬噸和39.3萬噸，其中低碳技術（電動汽車和風機）是未來鏑需求量增長的主要驅動因素。

　　2、在現(xiàn)有及可預見的鏑開采和應用技術組合情況下，中國鏑供應產能將無法支撐我國碳中和路徑發(fā)展需求。僅考慮國內供應及其產能線性增長（年均增長速率為1.5%）的情況下，為了實現(xiàn)基準、現(xiàn)有政策和1.5 三種氣候路徑規(guī)劃情景，2050年鏑供應量僅能滿足需求量的44%、39%、36%，說明僅依靠國內供應無法實現(xiàn)碳中和的氣候目標。因此，中國將會依賴其他供應來源（如進口），其供應量約占國內一次供應量的2.2-4.5倍。

　　3、在不推動重稀土自然儲量勘探及進行城市礦產循環(huán)開發(fā)的情況下，中國鏑現(xiàn)有可采儲量將無法支撐我國碳中和路徑發(fā)展需求。通過模型預測，按照現(xiàn)有碳中和目標路徑規(guī)劃，中國鏑當前儲量將于2035年耗盡，全球鏑當前儲量將于2045年耗盡。特別是，中國鏑儲量僅足以支撐19%的電動汽車生產和27%的風機部署。因此，在稀土鏑元素供應約束下，亟需對中國碳中和的實施技術路線及路徑進行重新審視及規(guī)劃。

　　4、稀土城市循環(huán)開發(fā)可以有效緩解鏑供應缺口，應將其納入我國碳中和技術集及路徑規(guī)劃中。在循環(huán)經(jīng)濟策略下，中國2021-2050年累計需求量可以降低32%-52%，并最早于2036年實現(xiàn)供需平衡（即不再依賴進口），2048年僅二次供應就可以滿足需求（即可以構建稀土鏑“元素閉環(huán)”體系）。然而，“稀土閉環(huán)”能否真正實現(xiàn)將會面臨來自于社會經(jīng)濟及產業(yè)科技等方面的多重挑戰(zhàn)。特別是在當前我國碳中和技術體系規(guī)劃中，稀土等戰(zhàn)略性金屬資源循環(huán)經(jīng)濟技術重視不足，亟需將其納入碳中和技術路徑規(guī)劃中。 

圖：不同循環(huán)經(jīng)濟與碳中和路徑解耦策略下的鏑供需趨勢 

　　該研究成果由7個國內外團隊合作完成，中國地質科學院礦產資源研究所為第一署名單位，代濤研究員和中國地質大學（北京）博士生劉艷飛為共同第一作者，中國科學院城市環(huán)境研究所汪鵬研究員、陳偉強研究員和中國地質科學院礦產資源研究所王安建研究員為共同通訊作者。美國太平洋西北國家實驗室邱陽博士，國際稀土工業(yè)協(xié)會秘書長Mancheri Nabeel博士，中國科學技術大學博士生陳瑋，東京大學劉俊希博士，東北大學王鶴鳴教授為共同作者。該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、國際合作項目、重點研發(fā)項目等課題的資助。 Environmental Science & Technology邀請研究團隊同步設計了期刊2023年9卷38期封面，充分肯定了該成果的研究價值與推廣意義。 。 

　　論文鏈接