“锂-能-环”纽带关系及其协同机制研究

Driven by the fast deployment of electric vehicles, China’s lithium demand increased dramatically. The energy and environmental benefits-driven electric vehicle deployment encounters the lithium resource constraint. Under such a circumstance, realizing the "Lithium-Energy-Environment" synergy has become the essential challenge for lithium resource management. First, this study identifies the lithium intensity, secondary use, and recycling characteristics of automotive traction batteries, and clarifies the evolvement of these characteristics under multi-technology, multi-level utilization, and multi-recycling option conditions. Then, this study establishes the REEC (Resource-Energy-Environment-Cost) simulation platform, and analyzes the "Lithium-Energy-Environment" three-dimension impacts from the deployment of electric vehicles. Subsequently, this study develops the lithium production-trade-recycling coupled response model, and reveals the dynamic characteristics of lithium resource system and the supply-demand rebalancing mechanism under huge new incoming demands. Finally, this study conducts global optimization with lithium reservation, production, trade, and recycling as the essential decision variables, clarifies the optimized sustainable development pathway subject to the "Lithium-Energy-Environment" synergy constraint. This study serves the establishment and improvement of China’s lithium management policies. At the same time, this study will expand the research field of resource management, and obtain some novel findings on resource nexus and synergy.

电动汽车发展带动我国锂资源需求井喷式增长，以能源、环境效益为主要考量的电动汽车发展驱动力与资源硬约束之间出现了严重矛盾，实现“锂-能-环”协同成为锂资源管理的核心挑战。本项目首先识别车用动力电池的锂强度、梯次利用、锂回收特征，阐明多技术竞争、多梯次利用、多回收方式耦合条件下产品复杂资源特征的演进规律；然后建立交通REEC（资源-能源-环境-成本）综合仿真平台，厘清电动汽车“锂-能-环”三维度宏观影响传导机制；其次，开发锂资源生产-贸易-回收行为联合响应模型，揭示巨量新增资源流动条件下资源系统动态变化特征及供需再均衡机制；最后，开展以锂资源储备、开发、贸易、回收等要素为核心决策变量的全局优化，阐明纽带关系视角下满足“锂-能-环”协同的可持续发展最优路径。本项目研究成果将直接服务于我国锂资源管理政策的制定，同时拓展资源管理学科的研究领域，在资源纽带及其协同理论上取得创新性成果。

本项目聚焦低碳转型驱动下的关键金属及产业链可持续问题，系统开展了三方面研究工作：（1）建立具有丰富资源属性刻画的综合评估模型，系统开展能源-环境-经济-资源纽带关系研究。研究发现，重型车领域全面电动化将明显提升以锂资源为代表的关键金属需求量，应谨慎选择技术路线；全球尺度下铂族金属资源可以有效支撑燃料电池汽车发展，但区域尺度下资源供需高度错位，对于少数低政治稳定性国家资源的高度依赖将带来巨大的供应风险。以中国为例，电动汽车发展造成的产业链压力将持续集中于矿产阶段，锂资源对外依存度将保持于80-90%的高水平。（2）系统揭示关键金属全产业链动态演进规律及供应风险传导机制。研究发现，锂、钴等关键金属资源供需分布严重错位且高度集中，85%的锂，77%的钴和58%的锰的资源供给由各自的前三大生产国所掌握，中欧美日韩五大经济体则占据着70-90%的最终消费。从全产业链的角度来看，全球动力电池产业链下游风险水平高于矿产阶段风险。（3）评估典型技术的“低碳-关键金属”协同潜力。研究发现，基于原生资源的电动汽车制造阶段碳排放显著高于传统汽车。如果采用湿法回收技术，动力电池回收可以实现超过80%的钴、镍资源回收，同时降低约35%制造阶段碳排放，产生显著的低碳-关键金属协同效益。项目取得的主要成果包括发表SCI/SSCI论文32篇，涵盖Nature Communications（一作1篇）、One Earth（一作1篇）等高水平期刊，成果被国家自然科学基金委“基金要闻”报道；组织及参与国内外学术会议32次，包括基金委管理学部青年基金项目交流会大会报告、Nature Sustainability可持续电池研讨会邀请报告等；项目主持人获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助，爱思维尔中国高被引学者等；依托项目培养研究生获得钱易环境奖特等奖、世界大学气候变化联盟研究生论坛最佳报告奖等荣誉。