稀土矿物及其在能源转型中的角色

介绍随着气候目标和政策制定者强调对绿色技术的投资需求，对更多矿物投入的需求日益增长，尤其是稀土矿物，以推动这一增长并实现气候目标。除了在使能可再生能源技术中发挥关键作用外，稀土矿物还广泛应用于现代世界正在经历一场能源转型，因为它寻求摆脱对化石燃料的依赖。这种转变创造了对一种不同类型自然资源的新需求和供应链依赖，而这种资源相对而言对日常消费者来说比较陌生。 像智能手机、电视、计算机、发光二极管（LED）灯和防御系统等科技。现在的主要挑战是确定是否有安全充足的稀土矿物供应来支持这场能源转型。 11.00836.94149.0121122.991224.311939.102040.083785.473887.6255132.956137.38788202背景周期李贝Na MgKCaRb SrCs Ba弗Ra过渡元素稀土矿物（REM）由一组化学性质相似的17种稀土元素（REE）组成。这些元素分为两类；轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）。组 1Ac (223) (226) 131415161724.003510.81612.01714.018169191020.1834567891011121326.981428.091530.971632.071735.451839.952144.962247.882350.9424522554.942655.852758.472858.692963.553065.393169.723272.593374.923478.963579.9363988.914088.914192.914295.9443(98)44101.145102.946106.447107.948112.449114.8250118.751121.852127.653126.954131.357138.9172178.573180.974183.975186.276190.277192.278195.17919780200.581204.482207.28320984(210)85(210)86(222)89(227)104(257)105(260)106(263)107(262)108(265)109(266)110(271)111(272)112(285)113(284)114(289)115(288)116(292)1170118658140.159140.960144.261(147)62150.46315264157.365158.966162.567164.968167.369168.9701737117579023291(231)92(238)93(237)94(242)95(243)96(247)97(247)98(249)99(254)100(253)101(256)102(254)103(257)BCNoF人工智能SiPSClFeC你CuZn伽Gе作为SeBrRuRnPdAgCd在SnSb特我OsIrPt奥HgTIPb比泊AtHsMtD_sRqUub乌特UuqUup呜呼UusScTiVCrmn钪Y钇Zr Nb MoTc拉镧Hf塔WReRfDb SgBhPr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ce铈镧钕钷钐铒钆铽镝铒铥镱钌Th帕UNp普阿姆CMBkcfEsFmMarkdown无Lr镧系元素 稀土元素的多方面用途稀土用途稀有地球稀土因其磁、发光和电化学特性而具有独特的性能，使其在许多高科技应用中至关重要，包括： •••••••••••••••••••催化剂金属合金石油炼制化学加工催化转化器柴油添加剂工业污染物洗涤器电子磁铁显示荧光粉（CRT,PDP，LCD)医学成像荧光体激光光纤光学温度传感器玻璃抛光剂光学玻璃抗紫外线玻璃热控镜上色器/去色器陶瓷其他电容器传感器着色剂闪烁体•氢存储（镍氢电池，燃料电池）•钢•轻石•铝/镁•铸铁•超级合金•马达•硬盘驱动器与硬盘驱动电机•发电•执行器•麦克风 & 扬声器•核磁共振成像•防抱死制动系统•汽车零部件•通信系统•Electric drive & propulsion•无摩擦轴承•磁性存储盘•微波功率管•磁制冷•磁致伸缩合金•水处理•荧光灯照明•颜料•肥料•医用示踪剂•涂料 04历史背景稀土（RE）一词起源于18世纪末th和早期19 th数个世纪前这些元素首次被发现时。尽管有此名称，它们既不稀有，也不属于地壳元素。然而，在当时，它们却难以分离，并且仅在相对稀有的矿藏中被发现。实际上，稀土在地球地壳中相对丰富，但与其它金属矿石相比，它们很少以集中且经济可开采的形式存在。 稀土元素如何影响能源转型？稀土永磁体对于提高电动汽车的效率、尺寸和重量至关重要。它们还在直接驱动风力涡轮机的生产中发挥着关键作用，与齿轮驱动替代方案相比，直接驱动风力涡轮机具有效率和可靠性的优势。这使稀土元素成为推动绿色革命和支持能源转型技术发展的关键组成部分。《巴黎协定》的总体目标是将全球变暖温度的增幅控制在2℃以下（相对于工业化前水平），并努力将升温幅度控制在1.5℃。¹⁶然而，专家们越来越认为这难以实现。为了实现这些目标，各国需要实现脱碳，并转向零碳的可再生能源技术，例如风力涡轮机、太阳能电池板、电动汽车（EV）和储能电池。与“传统能源”相比，这些技术对矿产的需求要显著得多。 06202020304030201000255075100%2020201020402040按场景需求（万吨）来源：IEA全球需求和供应趋势稀土对绿色能源转型至关重要来源：IEA声明政策场景可持续开发场景在IEA的可持续发展情景下，电动汽车对稀土的需求将增长15倍2040年。对于风能，需求将增加三倍，特别是对钕和镝当前政府政策来自新能源车销量的需求风能装机容量增加的需求在各种情景下，清洁能源技术在稀土总需求中的占比，2010-2040 20302040403020100实现可持续能源目标中国在全球清洁能源采用方面发挥着领先作用，2023年占全球电动汽车销量的约60%。到2024年8月，中国宣布提前六年实现了其风能和太阳能发电能力目标，超过1,200吉瓦。⁵ 然而，截至目前，太阳能和风能仅占该国电力发电量的14%。因此，需要大量未来的投资才能实现依赖于稀土的可再生能源目标。⁵清洁能源技术比传统的碳氢化合物系统需要显著更高的稀土投入。例如，一辆电动汽车的矿物投入（包括稀土）是内燃机车辆的六倍，而陆上风电场所需的矿物资源比燃气电厂多九倍。¹ 2023年，全球汽车销售的18%是电动汽车¹¹，预计到2040年这一数字将上升到73%。类似地，全球风能装机容量从2022年的904吉瓦增加到2023年的1021吉瓦（陆上和海上），一年内增长了13%。¹² 这种增长严重依赖于钕、镨、镝和铽等稀土，这些稀土对于可再生能源技术发展至关重要。转向清洁能源是稀土需求的关键驱动因素，预计到2040年需求将增加300-700%。清洁能源在总稀土需求中的份额预计也将从2010年的13%上升到2040年的41%。¹ 300200100198519901995200020052010201520200因此，稀土供应安全是一个关键问题。来源：美国地质调查局地域分布中国的稀土产量继续远超其他地区千吨剩余部分世界美利坚合众国中国在生产方面，中国也是稀土的最大生产国，2023年产量达到24万吨，美国生产4.3万吨，缅甸生产3.8万吨，澳大利亚生产1.8万吨。³该行业面临其他问题，例如项目周期长。如果对新项目的投资延迟到出现赤字时才进行，可能会导致市场紧张和价格不稳定，从而引发对增加可再生能源生产能力的质疑。资源质量是另一个重要问题，因为在更难开采的地区开采低品位矿石可能需要更多能源，这会进一步增加生产成本和环境影响。雷诺和Vitesco Technologies等公司对EESM技术的开发推动了性能输出提升，与更常见的永磁同步电机（PMSM）相比，该方案提供了潜在的供应安全性和可持续性，以及成本和节能效益。¹⁴全球稀土总量估计为110万吨，主要分布在中国的44万吨（主要位于白云鄂博矿区）。其他国家的储量较为显著的有越南（220万吨）、俄罗斯（210万吨）和巴西（100万吨）。美国拥有180万吨的储量。²由于这些变量，越来越多的汽车制造商和供应商正在研发不含稀土或对稀土依赖较少的电动汽车，例如2023年全球最大的电动汽车制造商特斯拉，计划每辆车减少25%的重稀土，目标是其下一代电动汽车模型实现无稀土。支持这一转型的关键技术进展是使用外部励磁同步电机（EESM），它与传统电机不同，通过电流产生磁场，因此不依赖由稀土制成的永磁体。⁶稀土供应远比石油和天然气行业集中得多，中国供应了全球市场的60%。开采仅仅是第一步，稀土加工涉及一个高度专业化的多阶段流程（分离、精炼和锻造），中国已经建立了主导性的竞争优势，负责全球90%的加工运营。¹ 中国的影响力进一步扩大，因为该国还投资了海外资产，包括美国、澳大利亚和智利，这增强了其地缘政治实力，从而增加了潜在的贸易限制和供应中断的风险。欧盟，例如，在采矿和加工能力方面微不足道，但该集团在风力涡轮机和电动汽车开发方面是世界领导者。然而，它们依赖来自中国的关键部件。美国在2018年重新开放其唯一的稀土矿（芒廷帕斯矿），该矿在被一个包括中国拥有的公司在内的财团收购后脱离破产（由中国供应商的竞争所导致）。所有稀土都被送往中国进行加工；然而，美国正在努力重新启用一个分离工厂，以在国内加工稀土。⁴ 09 202420242024202420252025稀土价格SEP八十一十二月简二氧化铽欧盟和美国已启动对潜在替代供应方案的调查。联合国欧洲经济委员会（UNECE）在2022年报告称，瑞典拥有大量的稀土储备，其供应能力足以满足欧洲对预测稀土元素（HREE）需求超过20年。¹⁷ 欧洲南部和东部地区也显示出稀土开采潜力，可以进行勘探，然而任何投资决策及其可行性都需要在中国近乎垄断的市场背景下进行评估。自新冠疫情以来，RE市场价格呈下降趋势，主要受中国经济放缓和产能过剩的推动。由于这些因素，生产商发现维持盈利越来越困难，中国以外的两家主要稀土供应商（Lynas Rare Earths Ltd和MP Materials Corp）正在寻求提高运营效率以降低生产成本。¹⁵因此，中国的经济复苏被视为可能扭转价格走势的重要因素。 101520251050-5-10-15-20-25202420242024202420242024%来源：Tradium所选稀土的价格发展供应安全三四五月君七8月钇氧化物钐氧化物钕氧化物最终，需求的方向取决于技术和政策的进步。这种不确定性是由气候政策以及政府和国际机构将如何严格执行法规所驱动的。政策制定者通过明确其目标并将目标转化为行动来减少这种不确定性，发挥着至关重要的作用。这对于建立信任和投资、为绿色科技开辟资金流动至关重要。许多行业都存在技术权衡，然而非可再生能源依赖技术的轨迹引发了更大的问题，即预测的需求能否实现，以及这将如何影响未来投资的可行性。对中国依赖导致了各国供应多样化，尽管在这方面进展甚微。由于中国在稀土供应和处理方面占据主导地位，减少依赖的最有效策略是寻找远离制造商正在追求的稀土的技术解决方案，然而，如前所述，减少稀土的替代技术的扩散仍处于开发阶段。 采矿流程与环境挑战短期内，价格降低可能会导致供应链更加可预测，消费者成本更加稳定，然而未来的投资无疑将受到冲击，需要价格上涨来支持新项目的开发，同时美国行政部门实施的新关税可能导致市场价格进一步波动。稀土的提取带来了各种不可忽视的环境问题。稀土作为可持续解决方案的主要问题在于，在不造成环境破坏的情况下难以开采。一种提取过程涉及移除表层土，并在其中创建一个浸出池，用化学物质将稀土与矿石分离。另一种方法涉及钻入地下，将化学物质泵入地下，将产生的混合物泵入浸出池进行分离。这两种过程都可能导致土地、水和空气污染，传播有毒废弃物，导致森林砍伐和生物多样性丧失，这些往往难以控制。 11在中国白云鄂博