环球零碳 | 四个国家控制了90%的储量，稀土金属短缺限制能源转型
撰文 | Penn；编辑 | 郭郭
→这是《环球零碳》的第206篇原创
摘要：稀土被誉为“现代工业维生素”。对于清洁能源转型，稀土金属族中某些关键元素也起着至关重要的作用。电动汽车的兴起，以及未来几年风力涡轮机部署的增加，将共同推动对用于制造永磁体的钕、镨、镝等稀土金属的需求。从现在到2030年，它们的供应量需要翻倍甚至翻两番。为了降低供应链风险，欧美等主要稀土材料消费国加速了本土稀土产业链的构建。
稀土（Rare Earth），或称稀土金属，是元素周期表上第Ⅲ族的钪、钇以及镧系元素共17 种金属化学元素的合称，皆属于副族元素。
稀土由于其终端应用领域十分广泛而被誉为“现代工业维生素”。对于清洁能源转型，稀土元素也起着至关重要的作用。钕、镨、镝和铽是生产电动汽车（EV）和风力发电机用永磁体的关键。钇和钪可用于某些类型的氢电解槽。就体量而言，钕是最重要的。
在自然界中，稀土元素主要以稀土矿（REO）的形式存在，分离难度较高。稀土资源分布的集中度较高，四大稀土资源国家占稀土总储量的90%以上。我国是世界上稀土储量最大的国家，同时，我国已建立起较完整的稀土产业链和工业体系，成为了全球最大的稀土生产国、出口国和应用国。截止2020年我国稀土产量占比仍高达58%，在稀土供应端依然是全球的中流砥柱，预计未来几年我国稀土供应仍将占据全球主导地位。
近期，欧美等国也开始推动重建本土稀土产业链，以减少对主要供应商中国的依赖。欧洲建立了欧洲原材料联盟（ERMA），该联盟最初专注于稀土元素，包含30种关键原材料的清单。美国拜登政府和能源部则在制定雄心勃勃的气候和技术政策时，将稀土作为国内供应链的优先事项。
去年 12 月，通用汽车公司达成了在美国采购稀土磁体的协议。
今年4月下旬，德国汽车零部件供应商舍弗勒签署了一项原材料协议，以确保从欧洲为其蓬勃发展的电动汽车 (EV) 电机业务供应稀土磁铁。这项与挪威 REEtec 达成的五年期协议，将从 2024 年开始供应产自欧洲的稀土氧化物。
与此同时，MP Materials公司也在4月底为其位于德克萨斯州沃思堡的首个稀土金属、合金和磁铁制造工厂设进行了奠基剪彩。这是美国首个此类设施，也是该公司在未来两年内投资 7 亿美元以全面恢复美国稀土供应链的重要组成部分。根据协议，MP Materials 将从2023年末开始提供美国采购和制造的稀土材料、合金和成品磁体。
近日，国际可再生能源署（IRENA）发布了《能源转型的关键材料：稀土元素》报告，认为稀土金属的短缺，会严重制约全球能源转型，需要加强关键金属供应链的透明度和国际对话。
01 需求：永磁体是稀土最大终端用途
冶炼分离出的稀土及其氧化物经精深加工后，制成多种稀土材料，可以被应用到诸多终端领域，在清洁能源领域，稀土材料被广泛地应用于新能源汽车零部件、工业电机、风力涡轮机、电池等领域。据估计，每兆瓦的风力涡轮机容量需要500公斤的永久磁铁（特别是海上涡轮机）；每辆电动车需要2-5公斤的永久磁铁。
根据美国地质调查局（USGS，2021a）的数据，2020年稀土氧化物的产量为24万吨当量。其中永磁体是稀土最大的单一终端用途，在2020年占总需求的29%，催化剂和电池则分别占稀土材料需求的20%和8%。交通运输应用约占永磁体使用量的四分之一，其中一半用于动力系统（电动汽车电机）。这意味着汽车发动机对氧化钕的需求为6-9千吨，或占稀土元素总需求的2-4%。此外，大约10%的永磁体（4千吨氧化钕））被用于风力涡轮机，主要是海上涡轮机和中国的陆上涡轮机。2020年，电动汽车和风力发电机合计约占永久磁铁使用量的三分之一。对于未来，风机产量预计在未来十年内将翻一番，而电动汽车制造业预计将增长一个数量级。
Roskill（2021年）指出，稀土元素的总需求和对永久磁铁的需求将继续增长。该调查预测，到2030年，对稀土元素的总体需求预计将增加41%，而永久磁铁的份额预计将从29%增加到36%。
到2030年，对永磁体的需求可能从每年5万吨增长到22.5万吨，其中18万吨来自电动汽车，5万吨来自风力涡轮机（Ma and Henderson，2021）。如果以上预测准确，到2030年，钕铁硼磁铁的供应缺口可能达到13.5万吨，主要是由电动车和风力涡轮机行业的增长所驱动（Ma and Henderson, 2021）。从现在到2030年，电动车和风能的需求可能会使永磁体及其所含稀土元素的需求翻倍。
02 供给：前四个国家占稀土储量的90%
目前已发现的稀土矿物和含稀土元素的矿物约有250种，用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种—氟碳铈矿、独居石、磷钇矿和风化壳淋积型矿（离子吸附型稀土）。独居石和氟碳铈矿中，轻稀土含量较高；磷钇矿中，重稀土含量较高，但矿源比独居石少。
据美国地质调查局（USGS）最新数据显示，截止到2021年全球稀土储量约为1.2亿吨，其中，中国的稀土储量为4400万吨，占比36.7%，远超其他国家；越南储量2200万吨，占比18.3%；巴西储量2100万吨，占比17.5%；俄罗斯储量2100万吨，占比17.5%；全球前四国稀土储量之和占比高达90%。
我国的稀土行业曾经在高利润的驱使下经历过过度扩张，在大力度行业整顿后，确立了国家调控生产指标、由各大稀土集团主导的稀土供给格局。目前，我国稀土采取开采指标配额制度，国内供应量由配额政策决定，并确立了国家主导稀土资源供应的市场机制，每年由工信部与自然资源部联合下达控制指标。各大稀土集团的指标落实配合稀土行业的秩序整顿，我国稀土矿的供给端变得更集中可控。
海外稀土的主要来源为美国、澳大利亚和缅甸。根据中信证券不完全统计，目前海外稀土资源项目共有29 个。从项目进度来看，其中有2 个项目已经实现商业化量产，分别是Lynas 公司的Mt Weld 项目和MP Materials 公司的MountainPass 项目；有14 个项目已完成经济评估（PEA）和可行报告（PFS、DFS）；还有13 个项目进行到了深度勘察阶段，主要分布在美国、澳洲、非洲等地区，总体上资源量和储量不及中国。由于海外稀土资源开发面临投资过高、环境和社会影响评估难度大等因素，预计海外稀土开发规划产能的投放或大概率不及预期。
假设持续的年产量为24万吨，储量为1.16亿吨，世界已知的稀土资源储量相当于目前500年的需求。除中国外，拥有主要资源的国家，如越南、巴西和俄罗斯，都没有大量生产。尽管有足够的已知稀土资源来满足能源转型的所有需求，但主要挑战是根据需求增长在整个价值链上扩大采矿和加工能力。
由于中国具有稀土冶炼分离技术和产能优势，除澳大利亚外其他国家的稀土矿均需出口到中国进行冶炼分离，2021年，全球稀土氧化物产量约28万吨（原生稀土），其中中国产量约17.4万吨，占比全球总产量60%以上。我国拥有从稀土采选到功能产品制造的完整产业链，以及现金的冶炼分离技术，因而会有是十分显著的成本优势，进而对全球稀土加工产业有着绝对话语权，主导整个市场的发展。
03 降低供应链的风险
各大洲都有稀土矿藏，但由于经济、环境问题以及许多矿藏中存在放射性铀和钍的副产品，中国以外的稀土开发能力受到了阻碍。根据USGS 统计显示，2020 年，我国在世界稀土开采产量占比58%，冶炼分离产能占比接近90%，在全球占据绝对主导位置。
这种过度集中给进口消费国带来了一定的供应链风险，因此消费国政府开始寻找替代供应，以期实现稀土供应的多样化。减少对中国出口的依赖。然而，短期内很难做到这一点。今天，全世界只有11个主要矿山和7个主要加工厂；后者中有6家在中国，1家在马来西亚，还有一家较小的工厂在爱沙尼亚。澳大利亚、加拿大、挪威、南非、美国和几个非洲国家正在开发新的矿山和加工设施。但由于环境问题和开发时间较长，这些项目存在很多争议。
针对稀土金属的供应链风险，国际可再生能源署给出了以下建议：
1/ 提高市场透明度
更详细地跟踪当前的供应，制定未来需求的方案并跟踪主要稀土金属产品的公开价格。
2/ 深化关于关键材料的国际对话
形成协调的伙伴关系，与发展中国家建立新的信任和合作途径，寻找切实可行的方案解决采掘、加工的地理集中问题，以及进一步研究和创新。
3/ 投资于采矿、加工、基础设施和人力资本
简化新矿场和加工厂的许可程序，对私营部门提供激励措施并降低投资者在开采和加工稀有金属方面的风险，促进长期的固定价格合同以保证供应，投资于新技术并投资于人力资本。
4/ 科技创新，减少对稀土材料依赖
开发避免使用永磁体的替代电机设计，在风力涡轮机设计中限制甚至消除镝在永磁体中的使用，开发新的加工技术，以减少对烧结永磁体的依赖。
在未来几年，扩大永磁体关键材料的供应对于清洁能源转型至关重要。在可预见的未来，中国仍将是稀土产品的主要供应国。但是，中国强大的冶炼分离能力也越来越依赖稀土原材料进口。
与此同时，为了降低供应链风险，稀土材料的主要消费国也加速了本土稀土产业链的构建。为了确保从初级和次级来源获得可持续生产的稀土材料，欧洲原材料联盟在2021年9月制定了一项题为 "稀土磁体和电机：欧洲的行动呼吁 "的行动计划。
2021年，美国众议院提出了一项法案，向国内生产稀土磁铁的公司提供税收优惠。2022年1月，美国参议院公布了一项法案，通过在2025年之前建立稀土元素的战略储备，促进国内稀土元素的生产，以减少对中国的依赖。
未来，随着所有国家的利益在增加稀土材料供应的需要上趋于一致，更多的国际对话和合作将会持续开展。
（参考资料详见 阅读原文）
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