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隨著全球能源轉(zhuǎn)型，鋁能否替代大量新增的銅需求?目前，不少公司及業(yè)界學(xué)者正探索如何更好地“以鋁代銅”，并提出調(diào)整鋁的分子結(jié)構(gòu)可以提高其導(dǎo)電性。

銅由于其優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，被廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)，特別是集中于電力、建筑、家電、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。但隨著世界轉(zhuǎn)向綠色能源，例如電動汽車和可再生能源的發(fā)展，銅的供應(yīng)來源問題逐漸凸顯，市場對銅的需求正在飆升。例如，一輛電動汽車使用的銅大約是一輛傳統(tǒng)汽車的4倍，而用于可再生能源發(fā)電廠的電氣元件以及將其連接到電網(wǎng)的電線更需要大量的銅。

能源咨詢公司伍德麥肯茲分析師估計，未來10年，海上風(fēng)力發(fā)電場將需要550萬噸銅，主要用于發(fā)電機內(nèi)部的大型電纜系統(tǒng)，以及將渦輪機產(chǎn)生的電子輸送到海岸。隨著近年銅價飆升，有分析師預(yù)計銅的缺口將越來越大，高盛(Goldman Sachs)分析師更稱銅是“新石油”。由于銅在實現(xiàn)脫碳和使用可再生能源方面至關(guān)重要，市場面臨銅供應(yīng)緊張，這可能會使銅價在四年內(nèi)漲超60%。相比之下，鋁作為地殼中含量最多的金屬元素，其儲量約是銅的一千倍，由于鋁的重量比銅輕得多，開采起來也更經(jīng)濟和便利。近年來，一些公司已通過技術(shù)創(chuàng)新，利用鋁替代稀土金屬。從電力、空調(diào)到汽車零部件等制造商采用“以鋁代銅”，節(jié)省了數(shù)億美元。沙特電力公司曾表示，通過在中壓配電網(wǎng)絡(luò)中以鋁代銅，已為公司節(jié)省24億沙特里亞爾（約合6.4億美元）。此外，高壓電線通過采用既經(jīng)濟又輕便的鋁線，能夠?qū)崿F(xiàn)更長距離。

不過，伍德麥肯茲銅市場首席分析師Jonathan Barnes表示，這種“以鋁代銅”的情況已經(jīng)放緩。在更廣泛的電氣應(yīng)用中，鋁的導(dǎo)電性是主要限制原因，其導(dǎo)電率只有銅的三分之二。

目前，美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)的研究人員正努力提高鋁的導(dǎo)電性，使其比銅更具市場競爭力。研究人員認為，如果改變金屬的結(jié)構(gòu)，并引入合適的添加物，確實可以影響金屬的導(dǎo)電性。這項實驗技術(shù)如果完全實現(xiàn)，可能會生成超導(dǎo)電的鋁，將在輸電線以外的市場領(lǐng)域發(fā)揮作用，為汽車、電子設(shè)備和電網(wǎng)等領(lǐng)域帶來改變。

“如果能讓鋁的導(dǎo)電性更強，甚至達到銅的80%或90%導(dǎo)電性能，鋁將可以替換銅，這將帶來巨大的轉(zhuǎn)變。因為這樣的鋁導(dǎo)電性更好、重量更輕、更便宜、儲量更豐富?！盤NNL材料科學(xué)家Keerti Kappagantula認為導(dǎo)電性是關(guān)鍵。如果具有和銅一樣的導(dǎo)電性，更輕的鋁線可用于設(shè)計出更輕的電機和其他電氣組件，汽車因此可以行駛更長距離。“從汽車電子設(shè)備到能源生產(chǎn)，再到通過電網(wǎng)將能源傳輸?shù)郊抑袨槠囯姵爻潆?，任何依靠電力運行的東西都可以變得更高效?！?/p>

PNNL研究人員采用一種被稱為固相制造的工藝，這種工藝利用在較低溫度下的剪切力和摩擦力來將新的碳材料放入金屬中。同時，在這一溫度下鋁變得更有彈性，研究人員以此控制材料的分布，并用計算機模擬新鋁合金的原子結(jié)構(gòu)來驗證材料的分布。Kappagantula表示，重新發(fā)明具有兩個世紀歷史的制鋁工藝是值得的。

未來，前述研究小組將采用新鋁合金制造電線，以及棒材、薄板等，并通過一系列測試，確保其具有更強的導(dǎo)電性，并且強度和靈活性足以用于工業(yè)用途。如果通過了這些測試，團隊表示將與制造商合作生產(chǎn)更多的鋁合金。