随著(zhe)全球能(néng)源轉型，鋁能(néng)否替代大量新增的銅需求?目前，不少公司及業界學(xué)者正探索如何更好(hǎo)地“以鋁代銅”，并提出調整鋁的分子結構可以提高其導電性。

銅由于其優良的導電性、導熱性和延展性，被(bèi)廣泛應用于各大行業，特别是集中于電力、建築、家電、交通運輸等行業。但随著(zhe)世界轉向(xiàng)綠色能(néng)源，例如電動汽車和可再生能(néng)源的發(fā)展，銅的供應來源問題逐漸凸顯，市場對(duì)銅的需求正在飙升。例如，一輛電動汽車使用的銅大約是一輛傳統汽車的4倍，而用于可再生能(néng)源發(fā)電廠的電氣元件以及將(jiāng)其連接到電網的電線更需要大量的銅。

能(néng)源咨詢公司伍德麥肯茲分析師估計，未來10年，海上風力發(fā)電場將(jiāng)需要550萬噸銅，主要用于發(fā)電機内部的大型電纜系統，以及將(jiāng)渦輪機産生的電子輸送到海岸。随著(zhe)近年銅價飙升，有分析師預計銅的缺口將(jiāng)越來越大，高盛(Goldman Sachs)分析師更稱銅是“新石油”。由于銅在實現脫碳和使用可再生能(néng)源方面(miàn)至關重要，市場面(miàn)臨銅供應緊張，這(zhè)可能(néng)會(huì)使銅價在四年内漲超60%。相比之下，鋁作爲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(kāi)采起(qǐ)來也更經(jīng)濟和便利。近年來，一些公司已通過(guò)技術創新，利用鋁替代稀土金屬。從電力、空調到汽車零部件等制造商采用“以鋁代銅”，節省了數億美元。沙特電力公司曾表示，通過(guò)在中壓配電網絡中以鋁代銅，已爲公司節省24億沙特裡(lǐ)亞爾（約合6.4億美元）。此外，高壓電線通過(guò)采用既經(jīng)濟又輕便的鋁線，能(néng)夠實現更長(cháng)距離。

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

目前，美國(guó)西北太平洋國(guó)家實驗室(PNNL)的研究人員正努力提高鋁的導電性，使其比銅更具市場競争力。研究人員認爲，如果改變金屬的結構，并引入合适的添加物，确實可以影響金屬的導電性。這(zhè)項實驗技術如果完全實現，可能(néng)會(huì)生成(chéng)超導電的鋁，將(jiāng)在輸電線以外的市場領域發(fā)揮作用，爲汽車、電子設備和電網等領域帶來改變。

“如果能(néng)讓鋁的導電性更強，甚至達到銅的80%或90%導電性能(néng)，鋁將(jiāng)可以替換銅，這(zhè)將(jiāng)帶來巨大的轉變。因爲這(zhè)樣(yàng)的鋁導電性更好(hǎo)、重量更輕、更便宜、儲量更豐富。”PNNL材料科學(xué)家Keerti Kappagantula認爲導電性是關鍵。如果具有和銅一樣(yàng)的導電性，更輕的鋁線可用于設計出更輕的電機和其他電氣組件，汽車因此可以行駛更長(cháng)距離。“從汽車電子設備到能(néng)源生産，再到通過(guò)電網將(jiāng)能(néng)源傳輸到家中爲汽車電池充電，任何依靠電力運行的東西都(dōu)可以變得更高效。”

PNNL研究人員采用一種(zhǒng)被(bèi)稱爲固相制造的工藝，這(zhè)種(zhǒng)工藝利用在較低溫度下的剪切力和摩擦力來將(jiāng)新的碳材料放入金屬中。同時，在這(zhè)一溫度下鋁變得更有彈性，研究人員以此控制材料的分布，并用計算機模拟新鋁合金的原子結構來驗證材料的分布。Kappagantula表示，重新發(fā)明具有兩(liǎng)個世紀曆史的制鋁工藝是值得的。

未來，前述研究小組將(jiāng)采用新鋁合金制造電線，以及棒材、薄闆等，并通過(guò)一系列測試，确保其具有更強的導電性，并且強度和靈活性足以用于工業用途。如果通過(guò)了這(zhè)些測試，團隊表示將(jiāng)與制造商合作生産更多的鋁合金。