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全球能源轉型關鍵原材料競爭態(tài)勢分析
當前全球能源供應鏈處于轉型階段，各國積極搶占清潔能源產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈主導權，與之相關的關鍵原材料成為重中之重。近期國際權威組織相繼發(fā)布研究報告，闡述了全球能源轉型進程中關鍵原材料的競爭趨勢，世界經(jīng)濟論壇評論文章稱關鍵礦產(chǎn)已成為地緣政治議程的重中之重[1]，國際可再生能源署發(fā)布的《能源轉型地緣政治：關鍵原材料》[2]報告認為關鍵原材料供應鏈易受到各種地緣政治風險影響。全球能源轉型委員會發(fā)布的《能源轉型的材料和資源需求》[3]報告顯示，鋰、鎳、石墨、鈷、釹和銅6種能源轉型關鍵材料可能會出現(xiàn)巨大的供應缺口。國際能源署發(fā)布《2023年關鍵礦產(chǎn)市場回顧》[4]報告顯示，太陽能光伏和動力電池等清潔能源技術的創(chuàng)紀錄部署，正推動鋰、鈷、鎳和銅等礦產(chǎn)實現(xiàn)前所未有的增長，清潔能源關鍵礦產(chǎn)市場規(guī)模擴大了一倍。本文梳理總結國際能源轉型關鍵原材料發(fā)展態(tài)勢及主要國家戰(zhàn)略動向，以供參考。
一、碳中和行動加速推動關鍵原材料投資，供需缺口、地理集中、價格波動等突出問題正引起國際社會對供應鏈安全的高度關注
在全球氣候行動目標推動下，清潔能源轉型的資源重點正由化石能源轉向關鍵原材料，供需不匹配問題已是迫在眉睫[5]。首先，能源轉型所需的原材料對多種關鍵礦產(chǎn)的依賴程度極高，包括稀土元素、銅、鎳、鋰、鈷、錳、石墨、硅和鉑族元素等[6]。另外，不同清潔能源技術對關鍵材料的需求程度也不同[7]，風電和地熱占鈦需求總量的64%，光伏和風電占銅需求總量的74.2%，儲能技術占石墨和鋰需求總量的近100%。其次，清潔能源技術關鍵礦產(chǎn)需求迅速增加，國際能源署預測，凈零排放情景下2030年全球清潔能源技術和基礎設施對鋰、鈷、鎳、銅和釹5種關鍵礦產(chǎn)的需求將較2021年高出3~14倍，綜合需求由600萬噸增長至2000萬噸。其中，缺口最大的是鋰，預計擴張產(chǎn)能僅能滿足2030年需求的2/3。此外，關鍵原材料生產(chǎn)能力與開采能力并不一致，一些關鍵礦產(chǎn)精煉存在巨大缺口。對比2030年凈零排放情景，硫酸鎳和鋰產(chǎn)能缺口分別為60%、35%，硫酸鈷和銅的缺口分別為25%、15%，多晶硅產(chǎn)能增長速度低于電池、晶圓和組件等。
關鍵原材料的開采和加工存在地理集中問題，引發(fā)各國對供應安全的擔憂。相較于石油、天然氣和煤炭，關鍵原材料資源分布地理集中度更高，民主剛果鈷儲量占全球70%，中國稀土元素儲量占60%，印度尼西亞鎳儲量達40%，澳大利亞、智利鋰礦儲量分別占55%、25%。其次，關鍵材料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)地理集中度高于開采環(huán)節(jié)，只有少數(shù)國家控制了大部分的開采活動，中國主導下游加工，占據(jù)了90%稀土、60%~70%鋰和鈷的加工市場。對此，主要國家相繼實施一系列貿(mào)易和投資干預措施，在資源豐富的國家中，印度尼西亞、納米比亞和津巴布韋已采取措施禁止出口未加工的原礦石。自2009年以來，全球對關鍵原材料的出口限制增加了5倍。歐盟正推動實施碳邊境調(diào)節(jié)機制等貿(mào)易限制措施。
關鍵原材料價格波動會影響清潔能源轉型進程。隨著可再生能源技術成本的下降，原材料投入占供應鏈的比重越來越大，導致清潔能源技術總成本更易受到相關原材料價格波動的影響[8]。新冠疫情及俄烏沖突等不確定因素導致鋰、鈷、銅和鎳等礦物供應短缺及價格飛漲[9]，2022年鋰的平均價格幾乎是2019年的四倍，鈷和鎳平均價格是2019年的兩倍。在關鍵原材料價格波動下，電動汽車、熱泵、光伏電池板、風力渦輪機等面臨成本飛漲、供應中斷的挑戰(zhàn)，而且推高了上游原材料開采和加工成本。
二、主要國家日益重視清潔能源轉型的安全保障問題，正在積極打造國際聯(lián)盟化、本土化、彈性化的關鍵原材料供應鏈
為確保清潔能源的快速轉型，保障金屬、礦產(chǎn)等關鍵原材料供應鏈安全十分重要。實際上，自2020年以來，歐美主要發(fā)達經(jīng)濟體將原材料供應上升至國家安全戰(zhàn)略高度，重點布局構建本土化、多樣化關鍵原材料供應鏈，以掌控未來全球能源市場的領導地位[10]。2023年，多個國家出臺或更新了關鍵原材料戰(zhàn)略，包括歐盟《關鍵原材料法案》[11]、澳大利亞《關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》[12]、英國《關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》[13]和加拿大《關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》[14]等。主要共性特征如下：
一是建立健全原材料資源形勢監(jiān)測評估制度，結合實際定義關鍵原材料，適時調(diào)整和增補戰(zhàn)略性清單目錄。美國在關鍵原材料的戰(zhàn)略布局力度不斷增強，將關鍵原材料定義為對經(jīng)濟或國家安全至關重要且供應鏈易受破壞的非燃料礦物或礦物材料，美國地質(zhì)調(diào)查局《2022年關鍵礦物清單》[15]新增在電池等領域應用較廣的鎳和鋅，共增補至50種；美國能源部《2023關鍵材料評估》[16]聚焦面向2035年目標支撐高成長潛力清潔能源技術的關鍵原材料，將材料定義從初始礦物擴展到一些工程材料（如電工鋼和碳化硅），確定鏑、釹、鎵、石墨、鈷、鋱和銥7種短期內(nèi)（2020—2025）的關鍵材料，以及鋰、鎳、鈷、石墨、鎵、鉑、碳化硅、鏑、銥、鎂、釹、鐠、鋱13種中期內(nèi)（2025—2035）的關鍵材料。為管控供應鏈風險，歐盟先后于2011年（14種）、2014年（20種）、2017年（27種）、2020年（30種）、2023年（34種）五次評估原材料需求和風險，2023年《關鍵原材料法案》首次將銅和鎳列入，并在此基礎上遴選出16種戰(zhàn)略原材料清單。澳大利亞將關鍵礦產(chǎn)定義為對現(xiàn)代技術、經(jīng)濟和國家安全至關重要的金屬或非金屬材料，自2019年首次發(fā)布戰(zhàn)略并于2022、2023年兩次更新，強調(diào)定期審查并更新關鍵礦產(chǎn)清單，增補鋰電池、半導體所需的高純氧化鋁和硅，共包括稀土、鋰、石墨、鎂、錳、硅、鈦等26種礦物。英國將關鍵礦產(chǎn)定義為重要的高風險材料，2023年更新的關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略列出18種高臨界風險及5種待觀察礦產(chǎn)的動態(tài)清單，并成立專門的關鍵礦物情報中心[17]。加拿大將關鍵礦產(chǎn)定義為對國家經(jīng)濟低碳安全轉型、具有戰(zhàn)略合作意義且受到威脅的可持續(xù)礦產(chǎn)，共確定31種關鍵礦產(chǎn)，并優(yōu)先考慮鋰、石墨、鎳、鈷、銅和稀土元素六種。
二是最大限度擴大國內(nèi)勘探、開采、加工活動，支持安全穩(wěn)健的本土化供應鏈建設。其主要做法包括：
① 政府出臺舉措降低項目開發(fā)各階段風險，簡化行政許可流程并吸引私營投資，以加快項目部署和推進。美國評估認為關鍵原材料是存在風險的四大領域之一，計劃通過《國防生產(chǎn)法》等針對性投資，支持國內(nèi)鋰、鎳、鈷元素的可持續(xù)開采和精煉，并從廢棄物和非常規(guī)資源中回收鎳和鈷元素[18]。澳大利亞政府設立了總額達20億澳元的關鍵礦產(chǎn)基金，幫助符合《關鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》的相關項目克服私營資金的缺口；通過關鍵礦產(chǎn)加速計劃支持早期和中期項目，以構建強大的全球供應鏈，強化關鍵礦產(chǎn)加工主權能力；“現(xiàn)代制造倡議”提供13億澳元資金支持，為技術示范或商業(yè)化流程提供經(jīng)費保障。歐盟對選定的戰(zhàn)略項目將提供及時有效的融資支持和快速簡便的許可認證（開采工藝許可周期為24個月，加工和回收利用工藝為12個月）。
② 設定原材料供應鏈本土產(chǎn)能和利用基準。歐盟提出全價值鏈各階段目標，開采、加工、回收利用環(huán)節(jié)的本土產(chǎn)能占原材料年消耗量的能力分別至少達10%、40%、15%，從單一第三國進口的戰(zhàn)略原材料在加工任何相關階段的年消耗量占比不能超過65%。日本提出加強資源保障支持力度，將電池金屬材料等列為高風險礦種，擴大支持資源保障企業(yè)一攬子政策，完善中游冶煉工序[19]。
③ 完善配套基礎設施，不斷擴大本土生產(chǎn)能力。美國國防部設立“稀土元素獎”以夯實國內(nèi)稀土供應鏈基礎[20]，支持澳大利亞Lynas公司在美國建立首條重稀土冶煉分離生產(chǎn)線；美國能源部撥款1600萬美元，設計、建造和運營首個國內(nèi)關鍵礦物精煉示范設施，實現(xiàn)從褐煤礦廢料中回收、提取稀土元素和關鍵礦物[21]；通過《兩黨基礎設施法》提供28億美元資金[22]，支持新建和擴建商業(yè)規(guī)模的國內(nèi)工廠，以加工鋰、石墨和其他電池材料、制造組件項目，包括利用回收材料制造組件。英國投資建設首家磁鐵材料精煉廠，加工用于磁鐵的關鍵礦產(chǎn)，以制造電動汽車和海上風電關鍵部件[23]。澳大利亞鼓勵開展基礎設施項目和產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，以降低關鍵礦產(chǎn)開發(fā)成本，提高全球競爭力，并促進國際投資。
④ 發(fā)展循環(huán)型關鍵原材料產(chǎn)業(yè)，將原材料回收利用整合到價值鏈以減輕初級供應壓力，并提高環(huán)境效益。美國“礦產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展多年期計劃”[24]提出，建立環(huán)境和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵礦物和含碳礦產(chǎn)資源回收行業(yè)，推動向無碳經(jīng)濟和清潔能源制造轉型。英國目標打造更高效的關鍵礦產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟，通過提供資金支持、優(yōu)化循環(huán)回收監(jiān)管方式，提高回收、循環(huán)再利用以及資源效率。歐盟提出通過關鍵原材料的循環(huán)性和可持續(xù)性進行環(huán)境保護，改進對關鍵原材料副產(chǎn)物和廢棄物的收集，并確保其回收產(chǎn)物為二級關鍵原材料。加拿大重新定義關鍵礦產(chǎn)價值鏈，提出構建勘探、提取、加工、先進制造以及回收利用的全新產(chǎn)業(yè)鏈。
⑤ 加強高技能勞動力資源保障。英國提出重建在采礦和礦產(chǎn)方面的技能，培養(yǎng)下一代礦工、地質(zhì)學家、工程師等，支持產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。歐盟計劃建立大規(guī)模的技能伙伴關系和原材料學院，促進關鍵原材料供應鏈中勞動力相關的技能培訓。澳大利亞提出構建技能嫻熟的多元化人才隊伍，培養(yǎng)并吸引采礦工程師、巖土工程和加工工程師、地質(zhì)學家、水文地質(zhì)學家、冶金學家等高技能人才。加拿大從技能培訓計劃、青年技能計劃、尋求伙伴合作三方面，培養(yǎng)高技能和代表性勞動力。
三是加強關鍵原材料國際合作，布局更具彈性的多樣化供應鏈，并確保從全球需求的增長中受益。其主要做法包括：
① 利用自身優(yōu)勢和政策杠桿，參與海外供應鏈建設。澳大利亞目標到2030年，成為全球重要的礦產(chǎn)強國和首選供應國、國際關鍵礦產(chǎn)供應鏈不可或缺的一部分，以及擁有對全球經(jīng)濟至關重要的技術。加拿大提出利用長期積累的專業(yè)知識、技術和制造業(yè)，繼續(xù)維持在關鍵礦產(chǎn)生產(chǎn)和相關價值鏈方面的全球領先地位。英國定位于負責任的國際礦業(yè)中心，試圖將倫敦打造成世界重要礦產(chǎn)的負責任金融之都，支持英國企業(yè)在海外參與多元化、負責任、透明的供應鏈。
② 尋求戰(zhàn)略互補的可靠合作伙伴，降低供應鏈風險。今年以來，主要國家積極尋求雙邊和多變合作以加強關鍵原材料供應保障。歐盟將推動志在加強全球原材料供應鏈的所有國家建立關鍵原材料俱樂部，強化世界貿(mào)易組織作用，擴大可持續(xù)投資便利化協(xié)定和自由貿(mào)易協(xié)定網(wǎng)絡，并加大執(zhí)法力度以打擊不公平貿(mào)易行為。G7峰會聯(lián)合聲明提出建立彈性全球供應鏈[25]，加強關鍵礦產(chǎn)的開采、加工和回收等供應鏈的負責任、可持續(xù)、透明投資。美、澳[26]及美、日[27]分別達成加強關鍵礦產(chǎn)供應鏈的合作協(xié)議，英、加簽署協(xié)議推動鈷和鋰等關鍵礦產(chǎn)合作[28]，通過同盟國家之間的協(xié)調(diào)建立強大供應鏈，并進一步深化關鍵礦產(chǎn)的資源開采與加工等方面戰(zhàn)略互補。需要注意的是，在科技競爭、貿(mào)易脫鉤等形勢下，歐美等發(fā)達國家正構筑西方同盟主導的關鍵原材料供應體系，以打破中國在鈷、鎳、鋰及稀土等開采和加工方面的主導地位，收緊對中國的鋰、鎳、鈷等關鍵原材料供應。例如，美國聯(lián)合礦產(chǎn)資源大國（加拿大、澳大利亞）、加工強國（日本、韓國、芬蘭）、消費大國（日本、韓國、德國）建立“礦產(chǎn)安全伙伴關系”（MSP）[29]，試圖構建一個完整的、將中國排除在外的“關鍵礦產(chǎn)”供應鏈。
四是加強全價值鏈前沿性、變革性技術研發(fā)布局，以解決關鍵原材料供應鏈脆弱性問題。主要技術方向包括：
① 可持續(xù)資源勘探與開采技術。美國重視非常規(guī)來源的原材料開采和提取技術開發(fā)，投入1.56億美元建立美國首個利用非常規(guī)來源生產(chǎn)關鍵礦物的精煉廠，從采礦廢料等非常規(guī)來源中提取和分離稀土元素和關鍵礦物[30]；投入3200萬美元支持前端工程設計研究，從國內(nèi)煤基資源中提取稀土元素和其他關鍵礦物和材料[31]；投入1200萬美元支持從地熱鹵水中提取和轉化鋰[32]。澳大利亞政府通過2.25億澳元的“探索未來”計劃鼓勵對新項目進行投資，挖掘地球科學數(shù)據(jù)和信息；通過1億澳元的關鍵礦產(chǎn)開發(fā)計劃，開發(fā)先進生產(chǎn)技術。
② 開發(fā)高效率、低排放的精煉與加工技術。加拿大投入4000萬加元支持關鍵礦產(chǎn)研發(fā)和示范，開發(fā)非常規(guī)來源的礦產(chǎn)生產(chǎn)技術和創(chuàng)新的加工技術，降低能源強度和碳強度，改善資源利用和減少廢物[33]。澳大利亞投入5000萬澳元資助清潔能源關鍵礦產(chǎn)開發(fā)利用項目，重點資助釹、鐠、鏑、鋱、鋯、鈮和鉿等關鍵礦物的開采、分離、提煉和生產(chǎn)，首個綜合鎳鈷精煉廠試點、中試、示范，以及鎂、石墨等精煉項目[34]。美國通過小型企業(yè)創(chuàng)新研究計劃，支持新的稀土元素加工技術開發(fā)，降低其提取和分離過程的對外依賴程度。
③ 提高關鍵原材料回收技術成熟度。美國將環(huán)境友好的二次來源安全提取技術作為未來方向，能源部多次資助廢舊電池的回收與二次利用技術研發(fā)，投入1.25億美元支持電子產(chǎn)品電池回收、再加工和再利用，設立“鋰離子電池回收獎”加速推進鋰電池關鍵材料回收再利用（回收率從目前不到5%提高到90%）[35]，投入4000萬美元支持電動汽車廢舊鋰電池和制造廢料的再利用[36]，小型企業(yè)清潔能源技術研發(fā)計劃專注開發(fā)可回收燃料電池和電解槽中鉑族金屬的高效環(huán)保方法[37]。