Energy policy could curb Europe’s overconsumption of critical material supply
该论文认为，欧洲不仅可以通过扩大供应，还可以通过实施优先考虑低材料替代方案（如无磁驱动系统、钠离子电池和核能）的技术特定型能源政策，并结合更广泛的需求削减，来遏制其到2050年可能出现的关键材料过度消耗。
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世界正在构建一个新的能源系统以应对气候变化，一个依赖电力而非燃烧化石燃料的系统。这一转变需要大量的物理硬件：风力涡轮机、太阳能电池板、电动汽车，以及连接它们的庞大电网。所有这些设备都是由特定的矿物制成的，例如铜、锂和稀土元素。虽然这些材料对于清洁的未来至关重要，但它们也是有限的资源。如果对这些材料的需求增长过快，全球供应链可能会崩溃，导致向清洁能源的转型陷入停滞。政策制定者面临的问题不仅是如何寻找更多这些材料的方法，而是如何设计新的能源系统，使其需求不会超过世界所能提供的限度。
瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的一个研究小组通过审视整个欧洲的能源系统——从发电厂到道路上的汽车——来解决这一问题。他们提出了一个直截了当的问题：如果欧洲建设一个最有效率、成本最低的能源系统，它是否会消耗超过其在全球应得份额的批判性矿物？为了回答这个问题，他们构建了一个详细的欧洲能源未来计算机模型，并将其延伸至2050年。他们不仅关注能源领域，还考虑了欧洲购买和使用的一切事物（从电子产品到建筑业）所消耗的材料。随后，他们将所需的材料总量与关于欧洲“公平份额”的三种不同理念进行了比较。其中一个理念基于人口规模，另一个基于经济财富，第三个则是基于一种给予发展中国家更多资源以促进其发展的原则。
研究人员发现，如果欧洲仅仅遵循目前的现有技术路径，答案是肯定的：该大陆对几乎每种关键材料的需求都将超过其人均分配额。在他们的标准情景中（反映了当今的市场趋势和最具成本效益的设计），研究的24种材料中有23种的需求将超过欧洲的人均配额。某些材料的供应情况尤为紧张。例如，钴和铱的需求将消耗全球一半以上的供应量。用于电动汽车电机和风力涡轮机强力磁铁的稀土元素需求也将远远超出可用量。这种过度消费很大程度上是由目前行业所青睐的特定类型技术驱动的，例如配备永磁电机的电动汽车和使用相同磁铁的风力涡轮机。
然而，这项研究并未止步于对必然短缺的警告。研究人员测试了一系列替代路径，以观察改变能源系统的设计是否能解决问题。他们发现，特定的、有意识的技术选择可以大幅减少对这些稀缺材料的需求。他们发现最有效的杠杆是停止在电动汽车和风力涡轮机中使用永磁体。目前，大多数电动汽车和许多风力涡轮机都使用装满稀土磁铁的电机和发电机，因为它们高效且动力强劲。研究人员模拟了一种场景，即欧洲转向使用感应电机，这种电机不需要稀土。仅此一项改变，就将稀土元素的需求降低到了欧洲可以现实实现的水平。同样，他们发现，将电动汽车的电池从目前的锂基电池转向钠离子电池（使用常见的盐而非稀缺的锂和钴），将显著缓解对这些材料的压力。
其他改变也有所帮助，尽管有些改变伴随着权衡。研究人员探讨了用铝取代电网中的铜线。由于铝比铜更丰富，这种替代方案将使欧洲能够在不耗尽铜资源的情况下完成必要的电网扩张。他们还探索了大规模建设核电站的想法。由于核能对风能和太阳能所需的关键矿物需求极少，增加其份额将减少对研究中几乎所有材料的总需求。然而，作者指出，这条路径自身也带来了挑战，例如高昂的成本和漫长的建设周期，并且会增加对铟（一种用于太阳能电池板的材料）的需求。
尽管这些前景广阔的解决方案，研究人员仍确定了两种依然难以管理的材料：铜和镍。即使结合了所有最佳的技术选择，对这两种金属的需求依然很高。这是因为它们被广泛应用于整个经济领域，而不仅仅是能源领域。铜被用于从布线到管道的所有环节，而镍对于不锈钢及许多其他工业产品至关重要。研究表明，针对这些特定材料，仅靠改变能源系统是不够的。欧洲需要在所有经济部门中降低对这些金属的整体消耗，才能保持在全求供应限度之内。
该论文还挑战了一些关于如何解决材料短缺的常见假设。例如，有人主张欧洲应该停止使用薄膜太阳能电池板以节省稀有半导体材料，但研究人员发现这几乎不会产生影响。这些电池板本身在市场中所占比例极小，且其使用的材料相对容易供应。相反，重点应放在“大件物品”上：汽车中的电机、风力涡轮机中的发电机以及储能系统中的电池。研究结论认为，避免材料短缺危机是可能的，但这不仅需要建造更多的矿井。它需要政策上的转变，以鼓励使用低材料密集型技术的应用。如果欧洲继续遵循目前通过稀有材料实现效率最大化的趋势，它将会撞上一堵墙。但如果它选择以材料稀缺性为设计考量来构建其能源系统，它就能留在世界所能提供的限度之内。
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