欧洲航空航天与国防供应链韧性：应对关键原材料供给风险

管理摘要 来自电气化、清洁能源和先进技术的需求增长——加之全球供应链投资不足、采购过度集中于少数国家以及地缘政治紧张局势加剧——已使原材料重新成为航空航天和国防（A&D）领域的战略重点。为此，欧盟和北约已确定钛和稀土元素（REEs）等对生产至关重要的关键材料。 这些材料支撑着几乎所有研发平台，从结构件到推进系统、电池和电子系统，这意味着短缺可能会直接中断生产和能力交付。对上游开采和加工的结构性依赖——尽管非生产国拥有国内资源潜力——造成了重大的供应链脆弱性，特别是在钛锭和稀土等关键瓶颈领域，其加工由中国和俄罗斯主导。 尽管扩大国内生产、回收利用和替代等缓解策略正在涌现，但每一种策略都面临技术、经济和时间上的限制，可能限制其完全弥补预期短缺的能力。因此，该行业正处在一个战略转折点：确保获取关键原材料需要政府与产业协同行动，同时还需要各公司进行有针对性的投资和供应链合作。 我们的论点主张，关注生产所必需的每一种原材料，并制定有针对性的计划来确保供应，对于该行业的长期可持续发展至关重要。 内容 引言：为何原材料变得（甚至更加）关键？ 对原材料控制一直是现代历史上工业强国的一项战略优先事项。从殖民时代的资源开采到冷战时期的战略储备，对关键投入品的获取一直是国家实力的基础。在全球化日益加剧的时代，这一战略需求在一定程度上在一些地区有所减弱，当时供应链以成本和效率为优化目标，并将原材料视为商品而非战略资产。然而，近年来，需求激增（由清洁能源、电气化、数字化和先进技术的应用所驱动）与开采和加工领域的投资不足相结合，使与原材料相关的地缘政治风险重新成为焦点。 为此，欧盟和北约都着手定义并优先考虑对工业和国防韧性至关重要的材料。欧盟的“关键原材料”框架确定了34种兼具高经济重要性和高供应风险的物质。北约则采取了更具针对性的方法，于2024年发布了一份包含12种（组）国防关键原材料的清单，这些材料对于军事战备和技术优势至关重要。其中包括钛、稀土元素以及其他难以替代且高度集中于非盟国供应链的材料和物质。 本出版物首先考察了北约已识别的12种关键原材料在各类航空航天和国防平台上的潜在短缺所带来的实际影响。随后，它深入探讨了这些材料的供应链中的瓶颈，具体研究了钛和稀土元素，分析了航空航天和国防（A&D）行业在未来十年可能面临的潜在缺口及其影响。最终，该行业面临一个关键问题：关键原材料的保障是否应在欧洲层面（如果不是全球层面）加以解决，还是各公司能否独立且/或选择性地通过与政府或其他价值链上下游企业合作来有效保障其特定的材料需求？ 原材料正迅速成为航空航天和国防供应链的一个关键风险。政府和行业必须现在就投资于为采购和回收所需的伙伴关系，以确保为子孙后代持续获得（所需资源）。 短缺的实践影响——哪些材料影响哪些部件？ 这12种A&D关键原材料在几乎所有类型的空中、海上、陆地和太空平台上以某种程度存在，并且存在于多种类型的武器中。这些材料可分为四大类。B 基材 铝（Al）和钛（Ti）： 这些是构成空中平台结构及发动机相当部分质量的金属。铝主要用于民用和军用飞机的机身、机翼和尾翼，而钛是战斗机和客机起落架结构的关键材料，也是航空发动机冷端的主要使用元素。这些材料的短缺将显著影响原始设备制造商交付飞机的能力。 添加剂 钴（Co）、锂（Li）、锰（Mn）、铂（Pt）、钨（W）、石墨：这些主要是金属（除石墨外），在平台和武器结构的质量中占比很小，但其作为合金元素、涂层等存在于发动机和机械系统中，对提升平台性能起着关键作用（例如，通过允许发动机热端高温来提升发动机性能、减轻结构重量、提高装甲的韧性和硬度）。缺乏这些材料将影响航空发动机和装甲平台的交付。 电池材料 钴（Co）、锂（Li）、锰（Mn）、石墨： 这些是用于驱动电动推进系统（例如无人机）的电池的主要组成部分，其电化学特性被利用（当用作添加剂材料时，则利用其冶金和化学特性）。这些材料的短缺将严重影响各领域电动平台的交付，特别是无人机系统。 仪器材料 铍（Be）、镓（Ga）、锗（Ge）、稀土元素： 这些是电子仪器（例如雷达）和电动机（例如永磁体）组件的关键使能因素。这些材料的短缺将因电子系统（特别是传感器，例如电子对抗）以及电池电动平台（例如无人机）的电力和推进系统的供应受限，导致原始设备制造商（OEM）的交付延迟。 值得注意的是，尽管稀土元素被作为一个整体提出，但它们实际上是由17种元素组成的集合，这些元素通常以少量形式存在，在自然界中以化合物的形式出现，并且难以分离。其中，可以说最重要的包括钕（Nd）、镨（Pr）、镝（Dy）、铽（Tb）和钐（Sm），它们都用于生产用于各种应用的强力永磁体，并且是投资采购和回收的重要对象。 潜在短缺的根源——我们在欧洲以及更广泛的西方missing了什么？ 如今，欧洲——以及更广泛的西方——不再掌控大多数关键原材料的价值链。欧洲和北美活动通常集中在下游加工步骤，如最终组件的生产，而上游的提取和选矿通常发生在别处。尽管存在尚未开发的资源储备，可以通过足够的投资来开发，但这种不平衡依然存在。 实际影响体现为结构性脆弱性：如果供应链早期环节出现中断，原始设备制造商（OEM）可能面临重大交付风险，尤其是在其控制范围之外的区域。这些上游依赖可能构成关键瓶颈。为说明潜在风险，我们考察了两个案例研究——钛和稀土元素（REE）——以评估可能面临短缺风险的材料数量。 各国关键战略性原材料的开采与加工分布概述 各国关键原材料采矿和加工产量，2022年 [%] 1 3.1/ 钛：从海绵到最终部件的结构瓶颈 未来十年，航空航天和国防领域的钛需求预计将大幅增长，这主要得益于民用飞机生产的加速以及地缘政治紧张局势加剧下军用平台的预期订单增加。我们的估计显示，未来十年与航空航天和国防相关的钛需求可能达到约60至70万吨，其中约60%归因于机翼结构，其余大部分用于发动机。在此需求上升的背景下，钛供应在两个不同层面面临制约：原材料阶段和半成品/成品阶段。 在原材料层面，高纯度钛（含钛量超过99.5%，氧和铁杂质极少以确保最佳力学性能）的安全本就脆弱。如今，全球约一半的高等级钛锭源自中国和俄罗斯，为西方原始设备制造商带来了集中的地缘政治风险。与俄罗斯对乌克兰战争相关的制裁、出口管制和运输中断，已暴露出依赖钛锭的供应链的脆弱性。 在半成品/成品层面，风险存在于锻件、铸件和机加工部件，其原材料可能来自中国和俄罗斯，或来自日本、哈萨克斯坦或沙特阿拉伯等风险较低的地区。2022年战争之前，西方发动机和机翼项目严重依赖大型俄罗斯锻件，这种依赖性虽然有所减少但并未消除；当前评估仍指出约20%的风险敞口暴露于俄罗斯原产的锻件部件。发动机冷端基于钛的锻件和铸件部件也存在风险，因为尽管目前大多数结构件铸件是在西方生产的，但普遍预计此类铸件的生产能力将在2027-28年达到峰值，而锻件和机加工的A&D级部件的交付周期预计将在持续需求下进一步延长。 A&D用钛需求概述 A&D行业钛需求，1累计2026-35年[千吨]及关键供应链风险 3.2/ 稀土元素：少量，巨大影响 稀土元素在航空航天与国防（A&D）平台中发挥着广泛的功能；然而，钕铁硼永磁体代表了其中最关键和普遍的应用之一。这些磁体对于电动和混合动力无人机中使用的无刷电机至关重要，同时也用于为商业和军用飞机的执行器系统提供动力的电机。 此外，钐钴等材料在其他应用中也发挥着关键作用。由于难以了解国防平台的生产数量——尤其是军用无人机——以及设备物料清单的保密性，量化A&D应用中的实际稀土需求仍然具有固有的难度。虽然指示性估计表明未来十年的需求可能达到数万吨的稀土金属，但这些预测具有很高的不确定性。 在平台层面，单个无人机通常仅含有数十克稀土元素（REE），主要是用于高性能永磁体的钕和镨。然而，无人驾驶航空系统（UAV）的大规模部署预计将成为关键的需求驱动因素。与此同时，民用和军用飞机的生产持续扩张，与执行器相关的磁体系统每架飞机的稀土元素含量达到数十公斤。在潜艇和战舰等大型平台上，由于系统本身的巨大质量，稀土元素含量要高得多。 稀土供应在整个价值链上面临严峻风险，因为中国控制了全球约90%的加工、精炼和磁体生产能力。 F 稀土元素概述 元素周期表 A&D领域稀土金属需求概述 A&D领域稀土金属需求，1,2累积2026-35年[千吨]及关键供应链风险 四种缓解潜在短缺的解决方案——目前的努力是否足够？ 西方缓解关键A&D材料潜在短缺有三种主要途径： 生产能力提升 扩大原材料的开采、精炼和加工规模，这需要大量投资，并可能需要对现行环境法规进行重新评估。 大规模回收 从报废飞机、发动机和无人机（或其他相关行业废料，如清洁能源）中回收材料，为开采新矿提供了一种低能耗、更快捷的替代方案，从而创建了一个可靠的国内储备，以应对进口风险。如果回收工艺不成熟，或者大规模废料数量不易获取，这可能会带来困难。 替代品的开发 先进的合金、复合材料和重新设计的部件可以替代机身、发动机和执行器中的稀缺元素。这需要对性能不产生妥协进行仔细考量，并需要对平台上的部件进行重新认证。 每种材料都需要一种量身定制的缓解方法，以应对其特定的供应风险。 4.1/ 钛：缺乏俄罗斯和中国海绵时的潜在缺口 高纯度钛锭产能在中国和俄罗斯以外主要集中在日本、哈萨克斯坦和沙特阿拉伯，目前日本正通过大阪钛技术公司扩大产量。与此同时，一些回收计划正在推进废料回收工作。在法国，EcoTitanium将锻造和加工产生的航空级钛废料加工成适用于高性能应用的精炼合金。在美国，IperionX将钛废料转化为符合航空航天标准的优质粉末和金属。 尽管采取了这些措施，但如果中国和俄罗斯以外的海绵生产与回收能力未能更快地扩大，未来十年可能会出现约100万吨的累积供应缺口。鉴于钛独特的强度重量比和耐腐蚀性，这对于发动机立柱和冷端发动机部件等航空结构至关重要，因此替代方案在很大程度上仍不可行。 OEMs和发动机制造商正在价值链更靠后的环节进行投资，包括在铸造和锻造领域。例如，空客和萨弗朗对奥贝尔杜瓦尔的投资，后者通过EcoTitanium从事钛回收业务；以及罗尔斯·罗伊斯扩大其先进翼型铸造能力（专注于镍基超合金）的扩张。 Cumulative 2026-35 ['000 metric tons] 任何单一组织都无法独自解决这个问题。构建一个有韧性的原材料生态系统需要原始设备制造商、供应商和政府之间的协调投资。 4.2/ 稀土元素：获取研发产能 中国以外的稀土元素有限的生产能力主要面向电动汽车、消费电子产品和风力涡轮机的钕磁铁。 尽管已规划大幅增加稀土元素（REE）产能，但预计大部分产量——无论是现有产量还是增量——都将被汽车和工业电机应用、消费电子产品（例如笔记本电脑和智能手机中的声学和运动部件）以及直驱风力涡轮机等能源系统所吸收。此外，虽然这些新增产能旨在解决钕镨（NdPr）的供应问题，但在镝（Tb）和钇（Dy）——这两种对钕磁体的功能至关重要的掺杂材料——方面仍存在缺口。 与此同时，鉴于回收技术成熟度有限以及原料聚集方面的挑战，即使存在试点项目和研究正在进行中，大规模稀土回收在短期内也难以做出实质性贡献。 将稀土元素分配给需要这些材料的广泛领域可能会持续下去，除非政府为航空航天和国防领域确保专用份额，或者原始设备制造商及其供应链愿意支付溢价以确保获取其所需的稀土金属——美国国防部投资MP材料就是一个实践中的例子，该投资包括支持其在其Mountain Pass工厂扩大重稀土分离能力，以及一份为期十年的磁体生产采购协议。 若航空航天和国防领域无法确保稀土元素的充足供应，替代方案是一种潜在选择，制造商可能需要转向无磁替代方案（出于成本和性能原因，一些制造商已这样做），但在实践中，这对某些应用而言并不可行。 A&D NdPr需求可能由西方产能满足，但它与更大领域的行业存在竞争。 NdPr金属的供需量（2026-203