脱碳提升大多数国家的能源安全水平

锂、镍、钴、铜和稀土矿物是各国及企业竞相争夺的战略材料，用于构建不向大气排放温室气体的能源系统。与化石燃料不同，这些材料的天然储量主要集中于全球南方地区，重塑了能源与全球贸易的地缘政治格局。

"多数人关注新能源可能带来的问题，却未充分考量摆脱化石燃料带来的安全收益，"该研究资深作者、斯坦福大学杜尔可持续发展学院地球系统科学教授史蒂夫·戴维斯表示。"对未来净零排放体系中的大多数国家而言，用降低化石燃料进口依赖换取增加新型材料依赖，实质上是能源安全的胜利。"

研究人员发现，即便是化石燃料储量位居世界前列但关键矿产储备极少的美国，脱碳进程也能提升其能源安全水平——尤其在发展新贸易伙伴的情况下。

自2020年起，美国原油及石油产品出口量已超进口量，但日均仍需从加拿大、墨西哥、沙特阿拉伯、伊拉克和哥伦比亚进口数百万桶。"利用太阳能和风能发电会比使用美国丰富的天然气及煤炭资源增加进口需求，但随着交通电气化推进，降低对外国石油的依赖将是重大优势，"戴维斯指出。

即使扩大贸易网络，在净零情景下俄罗斯和沙特阿拉伯等富油国仍属少数能源安全水平可能下降的国家。

系统分析与新型贸易风险指数

为得出结论，科学家系统分析了各国在脱碳进程中可能面临的新型脆弱性，并与持续依赖化石燃料的风险进行对比。

第一步，由第一作者、戴维斯斯坦福可持续解决方案实验室博士后学者程晶建立国家储备数据库，涵盖石油、天然气、煤炭、铀、生物燃料及16种清洁能源技术关键材料，同时包含这些资源的跨境贸易数据。

研究人员计算了1092种实现2060年全球净零排放情景中，236个国家满足能源需求所需的资源量。这些由联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）建模的情景，涵盖了全球及各国能源结构的广泛变革可能性——部分情景更依赖核能，其他则侧重太阳能或风能。

针对数千种贸易关系与资源需求的组合，团队评估了各国交通电力领域及整体能源系统的风险水平，并采用新型"贸易风险指数"量化风险。该指数基于国内储备可用性、进口燃料/材料需求占比、进口经济价值，以及广泛用于量化能源安全的市场集中度指标。

深度削减化石燃料依赖使各国受益

研究发现：若各国维持现有贸易网络，净零情景下能源安全的贸易相关风险平均降低19%；若扩大贸易网络与所有资源国交易，贸易风险平均可减半。

矿产贫乏国可通过延长技术寿命、强化回收利用或开发低材料强度设计来减少原生材料进口需求，从而在淘汰化石燃料时最小化贸易风险。研究表明：若锂、镍、铟等关键矿产回收率从当前低位提升四倍，贸易风险平均降低17%，美国降幅更超50%。

作者发现，在美国能源结构中配置约70-75%太阳能/风能/生物质能等可再生能源、15-20%化石燃料及10%核能，可在所有2060年净零情景模型中最小化贸易风险。其他结构组合或具成本更低、污染更少优势。当前美国83%能源依赖化石燃料，核能与可再生能源占比基本持平。

就美国能源安全收益而言，风电优于太阳能——至少基于研究时期的贸易关系。程晶解释："近年风电涡轮机制造材料来源国相对多元。但若太阳能光伏制造技术能采用更易获取的低品位硅源，或与硅/锰储量丰富国拓展贸易网络，将显著强化国家能源安全。"

核心原则始终是规避单点依赖风险。"若大量依赖进口即存在脆弱性；若全部源自单一供应方，自然灾害或地缘冲突极易扰乱供应链，"戴维斯强调，"需尽可能实现进口来源多元化。"

然而多元化安全效益存在局限。研究表明保留化石燃料通常削弱国家能源安全。作者总结道："净零情景下多数国家贸易风险降低的结论终归令人鼓舞，且化石燃料依赖度锐减的国家往往改善最显著。"

研究合著者包括斯坦福杜尔可持续发展学院能源科学与工程系研究工程师卡兰·布瓦尔卡。布瓦尔卡同时担任SLAC-斯坦福电池中心与普雷科特能源研究所合作项目STEER的科学家，该项目由美国能源部资助。

合著者肯·卡尔代拉是卡内基科学研究所荣休资深科学家，同时任职于盖茨风险投资公司，并担任斯坦福杜尔可持续发展学院地球系统科学系戴维斯研究组访问学者。其他合著者来自中国北京的清华大学、北京师范大学及北京大学。

清华大学合著者董丹和张强获中国国家自然科学基金资助。