风能是增长最快的可再生能源之一。风能技术部署的增加将影响对制造和运营风力发电厂所需原材料和加工材料的需求，因此可能影响国家资源的使用和实物材料的可用性，包括关键材料。
先前的研究对低碳和清洁能源未来下可再生能源技术的关键材料要求进行了跨技术评估，探讨了特定类型清洁能源技术的材料要求和供应链约束，并评估了部署这些技术可能如何影响对某些关键材料（如关键矿物）的需求。然而，在实现脱碳目标所需的合理高部署情景下，尚未有研究对与美国陆基和海上风电部署相关的材料需求进行详细估计。
在这份报告中，作者探讨了在两种美国风能部署情景下，风能的材料需求可能会发生怎样的变化：当前政策和高部署。当前政策情景代表了一种照常运营的风能部署水平，而高部署情景包括与到2035年实现100%清洁电力和到2050年实现全经济净零排放目标相一致的高水平风能部署。我们使用可再生能源材料特性数据库（REMPD）来预测2020年至2050年美国风能部署所需的材料数量和类型。然后，我们分析了与物理材料可用性相关的美国潜在漏洞，并就可以缓解风能技术资源限制的新技术提供了一些初步建议。
我们发现，从2020年到2050年，美国对建造风电场的材料的预计年需求预计不到2020年全球大多数材料产量的2%。主要的例外包括轻木、碳纤维、玻璃纤维、镍以及稀土元素镝和钕（图ES-1）。我们的研究结果表明，在高部署情况下，美国风能对轻木和碳纤维的需求可能达到或超过当前的全球生产水平。此外，本研究未考虑的其他国家和部门可能会继续对碳纤维产生需求。因此，为了实现美国的脱碳目标，可能需要增加国内外碳纤维产量。轻木的年产量取决于气候适宜地区可用于种植轻木的土地数量。如果风能应用中对轻木的需求开始超过产量，聚合物泡沫等其他材料可能会被取代。在高部署情景下，美国风能对玻璃纤维、镍和稀土元素的需求在2038年至2044年达到峰值，分别接近2020年全球这些材料产量的88%、35%和50%。尽管这些数量在目前的生产水平内，但如果产量不增加，由于全球风能部署的加速，获得这些材料的竞争可能会更加激烈。
我们还考虑了与国内生产相比，支持美国风能部署的材料需求规模。美国风能技术部署中使用的镍量已经超过了国内生产的镍量。美国没有开采用于风能的几种关键矿物，包括镓、天然石墨、锡和钢合金中使用的一些元素（如铬、锰、铌和钛）。可以采用多种策略来确保这些材料的供应或限制需求，包括使进口来源多样化以最大限度地降低供应链风险，增加重复使用和回收，修改风力涡轮机设计以减少材料需求，在可能的情况下替代替代材料，以及开发国内来源（如果存在）。这些战略也与2030年后风能需求预计将占当前国内生产很大份额（超过20%）的材料有关，包括钴、镨、铜和铝。
尽管本研究中提出的材料需求预测为哪些材料可能对风能开发构成挑战提供了一些见解，但仍有进一步工作的余地，以更好地了解可能的制约因素和可能的解决方案。目前的工作假设风电场设计和相关材料要求的变化相对有限。未来的工作可以探索技术创新对材料需求的潜在影响，并结合供应链约束和风电场设计之间的反馈，以确定避免材料供应瓶颈的技术发展途径。
