缩小技术鸿沟:中国为何在稀土领域持续占据主导地位

rare earth mine in xinjiang

2019年,正值中美贸易战最激烈之际,中国国家主席习近平访问了位江西省的一家稀土磁铁厂。当时,中国领导人的这一访问被解读为“炫耀实力”,意在提醒美国在稀土供应方面对中国的依赖。稀土元素(REEs)由17种关键金属组成,是军事防御系统消费电子可再生能源技术中不可或缺的组成部分。尽管西方国家及企业十多年来一直在努力降低对中国的依赖,但目前为止,中国仍是全球稀土开采、加工和精炼领域的佼佼者。 

习近平的访问还传达了中国在稀土领域超越开采的更大目标:在加工、提炼和磁铁生产等下游工业供应链中保持领先地位。在半导体大战备受关注的同时,稀土供应链也正在引发另一场技术之争,中国继续加强对被列为“国家资源”的稀土及其配套技术的管控。  

西方国家急于建立上游和下游产业均不依赖中国的供应链,这掩盖了建立可持续加工能力这一更大的技术挑战。鉴于这一能力的重要性,需要采取有针对性的方法,通过投资研发、建立国际合作伙伴关系和推广替代方法来解决加工技术难题。 

稀土,稀有技术? 

1992年,中国领导人邓小平在访问中国最大的稀土产区之一内蒙古包头市时曾说过一句名言:“中东有石油,中国有稀土”。他指的是中国拥有超过全球30%的稀土储量。但与中东石油生产国主要开采和出口原油不同,中国围绕稀土建立了一个完整的生态系统,从矿产开采和加工到成品制造,还有最重要的稀土磁铁生产。 

Bayan Obo Rare Earth Mine in Inner Mongolia, China

中国内蒙古巴彦敖包的稀土矿(地图数据 ©2019 Google / CNES / Airbus) 

中国在各个环节都保持着领先地位。尽管其全球产量份额从2011年的惊人97%下降到2022年的约70%,但中国仍然占据着超过85%的加工能力。中国有效地垄断了主要重稀土镝(Dy)和铽(Tb))、轻稀土钕(Nd)和镨(Pr))的加工。 

环境影响通常被视为中国成为稀土大国的主要原因之一,但技术方面的讨论则比较少。从1950年到2018年10月,中国申请了超过二万五千项稀土专利,超过了美国的一万项。几十年来,中国工程师完善了精炼稀土的溶剂萃取工艺,这一工艺对中国确保稀土大国地位发挥了关键作用。虽然这项技术起源于美国,但由于环境和监管的考虑,美国本土的稀土开发不切实际。 

稀土在岩石中呈团块状,因此加工过程非常复杂。亚利桑那大学的伊莎贝尔·巴顿(Isabel Barton)博士解释说:“它们的行为方式一样,化学性质差别很小。这意味着它们在相同条件下与相同物质结合,不容易分离。” 

Rare Earth Timeline Infographic in Chinese

稀土磁铁的生产环节

将合金转化为永久磁铁等组件 

中国掌握了这一工艺,而西方企业则缺乏取得类似成果的专业知识。尽管美国政府投入巨资,但中国以外的最大两家稀土矿业公司MP材料公司(MP Materials)和莱纳斯(Lynas)在提高精炼能力方面一直举步维艰。由于美国在国防应用中使用的重稀土依赖于中国,美国国防部已向这两家公司和其他公司提供了数百万美元,希望实现“从矿石到磁铁”稀土供应链的完全本土化。 

而中国方面则力图保护其“皇冠上的明珠”地位。今年6月,中国宣布将稀土列为国家资源,并制定了有关开采、冶炼和贸易的新规定。此外,中国近期还禁止出口与磁铁开采、加工和制造相关的技术。 

新技术能否解决老问题? 

由于中国掌握的溶剂萃取技术及其环境成本带来的挑战,多个研究项目正在寻找更清洁、更可持续的加工方法。其中之一是由美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,简称DARPA)资助的作为生物工程资源的环境微生物( Environmental Microbes as a BioEngineering Resource ,简称EMBER)的项目,该项目旨在利用微生物来加工和提炼稀土。项目首席研究员、生物学家玛丽娜·卡柳日娜(Marina Kalyuzhnaya)称该项目为“强化型项目”,并认为生物方法可以发挥重要作用。“我们的目标是分离稀土元素,而生物学可能足够具体或足够有选择性,能够将单个矿物从复杂的混合物中分离出来。”她补充道,我们的目标是创造“完全可持续的东西”,尽管取得了令人兴奋的突破,但该项目至少还需要4到5年的时间才能实现规模化。 

实现有针对性的多元化  

除了投资新技术,美国和其他西方国家政府还采取了多项国家国际措施,以实现供应链的多元化。尽管付出了努力,但矿业咨询公司Benchmark Minerals预计,到2028年,中国在重稀土和轻稀土加工中的份额只会略有下降。 

做出这一清醒的预测有很多原因。首先,西方国家试图关注供应链的各个环节,而没有区分优先级,这会导致效率低下和资源浪费。其次,目前的政策转移了注意力,忽略了在中国以外建立可持续加工和精炼能力这一更大的技术挑战。 

为了解决这一问题,迫切需要增加研发投资,以寻求更清洁的加工解决方案,其投资额应达到、甚至超过中国的累计投资额。美国还需要将加工技术差距视为战略性技术挑战,而不仅仅是污染问题。虽然国家主导的投资对于激发私营部门兴趣至关重要,但从长远来看,将稀土供应链的所有环节都转移到本土的做法可能会适得其反。美国及其盟友应该制定针对稀土的战略,并促进区域节点的发展。中国花了近30年的时间才主导了稀土供应链,如果能够很好地实施多元化战略,或许不需要那么长的时间。 

 

此博客最初以英文发表于 NewSecurityBeat,原文请见这里

 

Author

Nayan Seth
Former Staff Intern, China Environment Forum

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