稀土矿物及其在能源转型中的作用

引言随着气候目标和政策制定者强调对绿色技术的投资需求，对更多矿产投入的需求日益增长，特别是稀土矿物，以推动这种增长并实现气候目标。除了它们在实现可再生能源技术中的关键作用外，稀土矿物在现代世界正在经历一场能源转型，因为它试图摆脱对化石燃料的依赖。这种转变创造了对不同种类自然资源的新需求和供应链依赖，而这种资源对普通消费者来说相对比较陌生。 诸如智能手机、电视、计算机、发光二极管（LED）灯和防御系统等科技。当前的关键挑战在于确定是否有安全充足的稀土矿物供应来支持这一能源转型。 11.00836.94149.0121122.991224.311939.102040.083785.473887.6255132.956137.38788202背景周期李是Na MgKCaRb SrCs BaFrRa过渡元素稀土矿产（REM）由一组17种化学性质相似的稀土元素（REE）组成。这些元素分为两组：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倪CuZn嘎Gе作为SeBr鲁RnPdAgCd在SnSb特我OsIPt阿HgTIPb比泊在HsMtDsRqUubUutUuqUupUuh乌斯ScTiVCrMn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锕 钪 钕 钷 钐 钐 欧镝 钆 钇 钪 钫 铥 钬 铒 钶 铥 铷 铕 铽 铈 锎ThPaUNp普阿cmbkcfEsFmMarkdown不Lr镧系元素 稀土的许多用途稀土应用稀有地球稀土因其磁性、发光和电化学特性而具有独特性质，使其在高技术应用的许多领域至关重要，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洗涤器电子磁铁显示荧光粉（CRT，PDP，LCD)医学成像荧光粉激光光纤光学温度传感器玻璃抛光化合物光学玻璃抗紫外线玻璃热控反射镜着色器/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•较轻的石块•铝/镁•铸铁•超合金•电机•磁盘驱动器 & 磁盘驱动器电机•发电•执行器•麦克风和扬声器•核磁共振成像•防抱死制动系统•汽车零部件•通信系统•电动驱动与推进•无摩擦轴承•磁存储盘•微波功率管•磁制冷•磁致伸缩合金•水处理•荧光灯•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世纪后期th和早期19 th当这些元素首次被发现时已是数百年。尽管名称如此，它们既不稀有，也不属于稀土。然而在当时，它们却难以分离，并且仅在相对稀有的矿床中被发现。实际上，稀土在地球地壳中相对丰富，但与其它金属的矿石相比，它们很少以集中且经济可开采的形式被找到。 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。它们还在生产直驱风力涡轮机中发挥着关键作用，与齿轮驱动替代方案相比，直驱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》的总体目标是限制全球变暖温度的增幅不超过2℃（相对于工业化前水平），并努力将升温幅度控制在1.5℃以内。¹⁶然而，专家们越来越认为这是难以实现的。为了实现这些目标，各国需要脱碳并转向零碳的可再生能源技术，如风力涡轮机、太阳能电池板、电动汽车（EV）和储能电池。这些技术比“传统”能源来源明显更密集地使用矿物。 06202020304030201000255075100%202020102040场景需求（万吨）来源：国际能源署全球供需趋势稀土对绿色能源转型至关重要来源：国际能源署声明政策场景在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，需求将增长三倍，特别是对于钕和镨各情景下清洁能源技术占稀土总需求的比例，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处于领先地位，2023年约占全球电动汽车销量的60%。到2024年8月，中国宣布其风电和太阳能发电能力目标提前六年完成，超过1,200吉瓦。⁵ 然而，今年到目前为止，太阳能和风能仅占该国电力发电量的14%。因此，需要未来的大量投资来满足依赖稀土的可再生能源目标。⁵清洁能源技术比传统的碳基系统需要显著更高的稀土投入。例如，电动汽车所需矿物投入（包括稀土）是内燃机汽车的六倍，而陆上风电场所需的矿产资源比燃气发电厂多九倍。¹ 在2023年，全球汽车销量中约18%是电动汽车¹¹，预计到2040年这一比例将上升到73%。¹³ 类似地，全球风电装机容量从2022年的904吉瓦增加到2023年的1021吉瓦（包括陆上和海上），一年内增长了13%。¹² 这种增长严重依赖镝、镨、镝和铽等稀土，这些稀土对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年需求将增长300-700%。清洁能源在稀土总需求中的占比预计也将从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的世界美國中国在生产方面，中国也是稀土的最大生产国，2023年产量达到24万吨，美国产量为4.3万吨，缅甸为3.8万吨，澳大利亚为1.8万吨。³行业还面临其他问题，例如项目周期长。如果对新项目的投资直到出现赤字时才延迟，可能会导致市场紧张和价格不稳定，引发对提高可再生能源生产能力的疑问。资源质量是另一个重要问题，因为在更困难的地方开采低品位矿石可能需要更多的能源，这会进一步增加生产成本和环境影響。雷诺和Vitesco Technologies等公司对EESM技术的研发推动了性能输出的提升，该选项在与其他更常见的永磁同步电机（PMSM）相比时，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全球稀土总储量估计为110万吨，主要分布在中国，中国持有44万吨（主要发现于白云鄂博矿）。其他储量显著的国家包括越南（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稀土依赖度较低的电动汽车，例如2023年全球最大的电动汽车制造商特斯拉，计划将每辆车的稀土用量减少25%，并目标是使其下一代电动汽车模型摆脱稀土依赖。支持这一转型的关键技术进步是使用外部励磁同步电机（EESMs），它与传统电机不同，通过电流产生磁场，因此不依赖于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%。开采只是第一步，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），中国已建立起主导性的竞争优势，负责全球90%的加工运营。¹中国的影响力已进一步扩大，因为该国还投资了海外资产，包括美国、澳大利亚和智利，增强了其地缘政治实力，这也增加了潜在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，而这个联盟在风力涡轮机和电动汽车开发方面是世界领导者。然而，它们依赖于来自中国的关键部件。美国在2018年重新开放了其唯一的稀土矿（芒廷帕斯矿），该矿在被一个包括中国企业在内的财团收购以摆脱破产（由中国供应商的竞争导致）之后。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稀土价格九八月份十一月十二月简二 月镧氧化物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计稀土元素（HREE）的需求超过20年。¹⁷ 南部和东部欧洲地区也表现出稀土提取潜力，可以加以探索，然而任何投资决策及其可行性都需要在中国近似的准垄断市场环境下进行评估。自疫情以来，RE市场价格呈现下行趋势，这主要是由于中国经济放缓和供过于求所驱动。由于这些因素，生产商发现维持盈利变得更加困难，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趋势的重要因素。 101520251050-5-10-15-20-25202420242024202420242024%源：Tradium所选稀土的价格发展供应安全三四五月君七八镝氧化物镨氧化物钕氧化物最终，需求的走向取决于技术的进步和政策制定。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，以及为绿色科技开放资本流动，将至关重要。许多行业都存在技术权衡，然而，不依赖可再生能源的技术发展轨迹则引发了更大的疑问，即预期的需求能否得到满足，以及这对未来投资的可行性将产生何种影响。对中国依赖导致了各国寻求供应多元化，尽管在这方面进展甚微。由于中国在稀土的供应和加工中占据主导地位，减少依赖的最有效策略是寻找制造商正在追求的稀土之外的技术解决方案，然而，如前所述，减少稀土的替代技术的普及仍然处于开发阶段。 采矿过程与环境挑战在短期内，较低的价格可能导致供应链更加可预测，消费者成本稳定，然而未来的投资无疑将受到冲击，需要价格上涨以支持新项目的开发，并且美国政府的新的关税将使市场价格可能出现进一步波动。稀土的提取带来了各种不容忽视的环境问题。稀土作为可持续解决方案的主要问题是，在不造成环境破坏的情况下难以开采。一种提取工艺包括移除表层土壤，并创建一个通过化学物质从矿石中分离稀土的浸出池。另一种方法涉及钻入地下，将化学物质泵入地球，将所得混合物泵入浸出池进行分离。这两种工艺都会对土地、水和空气造成污染，散播有毒废料，导致森林砍伐和生物多样性丧失，这些问题往往难以控制。 11在中国巴彦淖尔矿，世界上最大的矿山，储存着70000吨放射