釹、鐠、鏑三種元素作為釹鐵硼永磁體的關鍵原料，被大量用于風機中的發電轉子結構。近年來，隨著風電日益成為各國能源轉型戰略的重要部分，這些關鍵原料的供應及其與風電發展之間的關聯，備受業內關注。

近日，山東大學藍綠發展研究院聯合中國科學院城市環境研究所、清華大學、倫敦大學學院、上海交通大學和華中科技大學等國內外多家學術機構，在Cell子刊 One Earth上發表文章，針對不同氣候目標下釹、鐠、鏑等稀土元素的資源供應與風電可持續發展需求的關系進行了最新研究。

研究發現，當前上述關鍵原料的產能已無法滿足全球風力發電的需求，材料的循環利用、提高使用效率、擴大生產以及革新風機技術等，將在一定程度上緩解原料供應短缺的難題。

關鍵原材料需求或增長

山東大學博士生彭焜告訴《中國科學報》，釹、鐠、鏑是風機中常用的關鍵原材料，可以使得風力發電機的發電效率提升15%~30%，并且能夠減少發電機組的體積，從而降低風電行業運行的維護成本。

不僅如此，使用這類元素的風機還具有優秀的電氣性能，結構簡單、穩定，極大地減少了維修頻率，并且能夠適應不同的發電工況，有利于風電的大規模發展。

據了解，釹、鐠、鏑總質量約占永磁鐵質量的30%，其中釹元素含量最高，占永磁鐵中其同族元素總添加量的70%以上。

國際能源署和國際風能協會預測，未來30年，全球風電行業對于釹、鐠、鏑三種金屬的累計需求量約為46萬~90萬噸。而在當前的生產水平下，這三種金屬未來30年內累計供應量只有63萬噸。

“值得注意的是，新能源汽車、高鐵、工業機器人等戰略性新興產業也需要大量此類元素。” 山東大學藍綠發展研究院研究員李佳碩告訴記者，“目前產出的這些元素流向風電行業的比例約為10%，假設該比例不變，未來30年內釹、鐠、鏑同族元素的產能要擴張7~14倍，才能滿足風電行業對此類重要元素的需求。受生產技術水平和環境保護政策的限制，這很難實現。”

當然，風電也可能面臨其他原材料供應的限制。據悉，聚氯乙烯泡沫作為風電葉片的關鍵原材料，由于主產地意大利新冠肺炎疫情的加劇，導致供應鏈被打亂，這也對風電的發展造成影響。

“儲量豐富”但非“產能充足”

中國科學院城市環境研究所汪鵬博士告訴《中國科學報》，全球釹、鐠、鏑等稀土元素儲量較為豐富，并在世界范圍內廣泛分布，均高于目前的需求。但其生產供應的產能卻十分有限。

雖然中國目前供應了全球近80%的稀土元素，但中國的儲量也只有全球儲量的36%。而且，這些元素在開采冶煉過程中會產生大量廢水、廢氣以及放射性物質，對環境影響很大。出于環境保護和生產成本的壓力，一些國家限制了對其的開采，低價從中國購置并儲備稀土資源，增大了全球釹、鐠、鏑等元素供應的壓力。

“從這個角度來講，中國實際上是以消耗重要稀土資源和付出巨大環境治理成本為代價，給全球提供了物美價廉的原料，為全球的能源清潔化做出了重大貢獻。”汪鵬說。

據汪鵬介紹，目前我國采用年度生產配額制度來規劃這類元素的開采和冶煉分離總量。而在這類元素全球需求量不斷上漲的趨勢下，世界各國紛紛加強對其資源的勘查和開采力度，全球形成多元供應格局已定。比如，美國最近宣布對本國分離企業進行資金贊助，試圖重建其稀土供應鏈。

李佳碩認為，雖然釹、鐠、鏑等元素全球儲量豐富，但是全球供應要從“儲量豐富”轉為“產能充足”，還存在很多挑戰。首先，這類元素的開采和生產對環境的影響較為嚴重，其生產過程的清潔化水平在很大程度上決定了供應水平。其次，國際貿易糾紛也對這類元素全球供應鏈的安全、穩定、可持續發展造成極大影響。

擺脫原料困局

彭焜提出，可以從稀土回收和替代的角度來減輕稀土產能壓力。前提是一些技術難題和成本可以得到有效解決。

他表示，稀土在風機中屬于微量添加金屬，回收技術難度大，目前回收率不足1%，且回收成本高昂。而且，當前的稀土風機替代技術雖然在盡量擺脫對于稀土的依賴，但是這些技術的性能和經濟性都遠不如稀土風機技術，難以推廣。

李佳碩認為，風電作為發展最快的一種可再生能源，清潔低碳，是落實氣候變化行動、實現全球溫控目標的重要手段。

目前風電行業除了面臨重要元素供應短缺風險，還面臨供電穩定性和電網消納能力等問題。為此，國家出臺了上網電價補貼、優化平價上網投資環境、全額收購等政策予以支持。

風電產業也被納入了“十三五”規劃。據汪鵬介紹，“十三五”規劃設定的風電目標為，到2020年底，風電累計并網裝機容量確保達到2.1億千瓦。

李佳碩認為，未來風電作為重要的可再生能源，一方面，將會沿著當前的發展態勢加速增長；另一方面，也會在空間上由陸地向海洋維度發展。

大力發展可再生能源，實現電力系統脫碳，被認為是應對氣候變化的重要途徑之一。研究人員期待，高速發展的風能產業擺脫原料困局，實現可持續發展。