欧盟关键原材料需求与供应风险分析

冯瑞华 万勇

原材料是工业发展的基础，畅通无阻的原材料供应渠道对社会经济发展至关重要。欧盟定义的关键原材料是指对欧盟经济非常重要的原材料以及供应高风险的原材料。关键原材料不仅可作为供应链各行业各环节的链接，还是现代技术和清洁技术的重要支撑。欧盟关键原材料评估时主要参考2类参数：一是材料的经济重要性；二是该种材料面临的供应风险。2020年9月，欧盟委员会发布了关键原材料行动计划《关键原材料弹性：绘制更高安全性和可持续性路线》（Critical Raw Materials Resilience：Charting a Path towards greater Security and Sustainability）和《欧盟战略技术和行业关键原材料前瞻研究》（Critical Raw Materials for Strategic Technologies and Sectors in the EU-AForesight Study）报告，提出了2020年关键原材料清单和未来的行动计划，并对各电池、风能、无人机、3D打印等行业的关键原材料需求和风险进行了分析。

1 2020欧盟关键原材料清单

欧盟针对66种候选材料，其中包括63种单独材料，重稀土元素、轻稀土元素、铂族金属3种材料组，总计83种材料进行评估（2011年评估了41种材料，2014年评估了54种材料，2017年评估了78种材料）。2020年欧盟遴选出30种关键原材料（表1），而2011年遴选出的关键原材料为14种，2014年为20种，2017年为27种，说明欧盟不断扩大关键原材料范围。2020年欧盟关键原材料清单中，新增加了铝土矿、锂、钛和锶4种关键原材料，说明他们具有重要的经济价值，同时也隐藏着较高的供应风险。全球90%的铝土矿被用来生产金属铝，但欧盟的铝土矿产量非常有限，高度依賴从几内亚等国的进口。钛面临的问题与铝土矿相似。锂和锶在锂电池、原子能、特种合金等领域具有广泛的应用，欧盟高度依赖从智利和澳大利亚的进口。由于氦气的经济重要性下降，已从2020年关键材料清单中消失。

欧盟许多关键原材料的供应高度集中（图1），风险依旧很高。欧盟有98%的稀土元素（REE）供应量来自中国，98%的硼酸盐供应量来自土耳其，71%的铂金需求来自南非，铂族金属铱、铑和钌的对外依赖的份额甚至更高，铪和锶的供应甚至依赖单一的公司。

2 欧盟原材料供应风险分析

《欧盟战略技术和行业关键原材料前瞻研究》报告基于欧盟2050年长期愿景“给所有人一个清洁星球”的模型和情景，估算了锂离子电池、燃料电池、风能、牵引电机、光伏技术、机器人技术、无人机、3D打印、数字技术等增长技术对材料的需求，提供了到2030年和2050年这些技术领域的材料需求前景，并确定了供应链不同层次上的供应风险和瓶颈。

许多因素影响原材料的供应，并且高增长率无法直接转化为未来原材料供应的瓶颈，这取决于总体供求平衡。高需求可能会提高价格，进而使勘探、采矿和精炼项目以及商业化的替代和回收更具吸引力和可行性。另一方面，考虑到这些投资需要长期的大量资本投资，目前某些材料的低价格可能会使对未来产能的投资吸引力降低。

欧盟都集中关键原材料的供应风险进行了分析。镍：为了满足对电池不断增长的需求，所有的额外需求以及新投的产能必须转向高纯度镍；镍市场的这种结构变化面临严峻的技术挑战、地质资源可利用性问题和贸易壁垒。稀土（REE）：由于中国在稀土市场上的主导地位使价值链极为脆弱，供应风险较高。锂：尽管增长速度最快，但与镍和稀土相比，短期前景不那么令人担忧；但从中期来看，需要大量投资以避免2025年以后的巨大市场赤字。钴：由于刚果在全球开采量中所占的份额很大，因此供应集中将继续成为关注的问题。天然石墨：中国在球形石墨生产中占主导地位，但是当价格上涨时，合成石墨可以替代。

为评估未来需求和竞争，必须将原材料、技术和行业结合在一起考虑，因为有几种技术和行业正在争夺相同的原材料（图2）。风能和牵引电机同时竞争各种稀土元素和硼酸盐，机器人技术和无人机又需要使用电动机；燃料电池和数字技术需要大量的铂族金属；电动汽车、光伏、风力发电机、充电站等对电池原材料钴、锂、天然石墨和镍形成需求竞争；数字技术和光伏在锗、铟、镓和结晶硅原材料形成竞争；多个行业竞争铜、铝、镁、镍、铁矿石及钨、钒、锰和铬等合金元素；各行业都越来越需要更加成熟和稳定的高科技特定合金元素市场，如铌、钪、铪和锆等超级合金。

3 欧盟选定技术供应链瓶颈问题

针对欧美选定的锂离子电池、燃料电池、风力发电机、牵引电机、光伏、机器人、无人机、3D打印、数字技术等9类技术，对其进行供应链瓶颈分析详见图3所示。

锂离子电池：欧盟的瓶颈在于原材料阶段和锂离子电池生产，中国以及非洲和拉丁美洲提供了电池原材料的74%份额，中国供应的锂电池原材料占66%，而欧盟目前锂电池的原材料供应量不到1%。

燃料电池：燃料电池行业严重依赖铂基催化剂，铂金占燃料电池成本的一半左右。非洲是世界上最大的铂金生产国，其次是俄罗斯和津巴布韦。尽管与燃料电池中所有原材料相关的供应风险很高，但最大的供应瓶颈还是燃料电池组装，其中美国与加拿大（占48%）和日本与韩国（占51%）占主导地位。目前欧盟燃料电池的原材料供应量不到1%。

风力发电机：风力发电机供应链中最高风险在于原材料阶段。欧盟仅能提供1%的风能原材料。人们对生产永磁体（风力涡轮发电机的关键组件）的稀土供应感到担忧，而中国在稀土供应中处于准垄断地位。欧盟仅在组装阶段发挥主要作用，其份额超过50%。

牵引电机：永磁体中包含的稀土和硼酸盐是至关重要的原材料。与稀土的提取和加工有关的供应风险是主要关注的问题：中国日益主导着这些原材料的供应。日本是牵引电机制造的主要参与者，市场份额占60%，而欧盟仅8%。

光伏：在光伏供应链的每个环节中，欧盟的贡献都微不足道。但是，除了硅基面板之外，多样化的技术集合导致大量的原材料供应商，其中中国占据了一半的市场。在光伏组装阶段，中国也处于准垄断的地位，从而导致了高供应风险。欧盟仅供应1%的硅基光伏组件。

机器人：44种与机器人相关的原材料，欧盟仅能供应2%。中国是机器人技术的主要供应国，占52%，其次是南非（15%）和俄罗斯（9%）。机器人组件的供应中也可能出现类似的潜在瓶颈。欧盟是加工材料和机器人组装的主要参与者，分别占全球供应量的21%和41%。

无人机：欧盟在无人机领域高度依赖外部供应商提供原材料和组件。中国提供了1/3以上的原材料，其次是南非（7%）和俄罗斯（6%）。超过50%的原材料来自众多较小的供应国，为供应多样化提供了良好的机会。中国在民用无人机生产中占主导地位，美国和以色列在军用无人机生产中占主导地位。

3D打印：3D打印迅速破坏了传统供应链和传统制造技术。除了载体材料铝、镁、镍、钛外，金属基3D打印最重要的关键原材料是钴、铪、铌、钪、金属硅、钨和钒。原材料阶段是主要的瓶颈：中国提供35%的原材料，而欧盟仅提供9%。但是，在加工材料阶段，欧盟占供应的一半以上。对于金属3D打印集成系统，欧盟提供了全球供应的34%。

数字技术：数字技术涉及的关键原材料比较多，其中铜、镓、锗、金、铟、铂族金属、稀土和钽等元素的消耗量特别高。中国（41%）和非洲国家（30%）是主要供应商。欧盟在很大程度上依赖于其他国家（主要来自东南亚）的高科技零部件。

4 欧盟关键原材料行动计划

关键原材料行动计划着眼于当前和未来的挑战，建立欧盟工业生态系统的弹性价值链；通过循环使用资源、可持续产品和创新减少对主要关键原材料的依赖；加强欧盟内部原材料的采购；从第三国采购多样化，消除对国际贸易的扭曲，充分遵守欧盟的国际义务。为了实现这些目标，欧盟提出了10项具体行动计划：

行动1：2020年第3季度启动由行业驱动的“欧洲原材料联盟”，保障稀土和永磁体供应链的弹性，以支撑欧盟的汽车、航空和能源领域。未来该联盟的职能范围逐步扩展到其他关键原材料领域。（参与者包括工业界、欧盟委员会、投资者、欧洲投资银行、利益相关者、成员国、地区）；

行动2：2021年底在“分类法授权法案”（Delegated Acts on Taxonomy）中为采矿和采矿业制定可持续的融资标准。（参与者包括可持续金融平台、欧盟委员会）；

行動3：利用地平线欧洲（Horizon Europe）、欧洲区域发展基金和国家研究创新（R&I）计划，在2021年启动废物处理、先进材料和替代品关键原材料的研究和创新。（参与者包括欧盟委员会、成员国、地区、R&I委员会）；

行动4：绘制来自欧盟库存和废物的次要关键原材料的潜在供应链，并确定到2022年可行的回收项目。（参与者包括欧盟委员会、欧洲创新技术研究所原材料）；

行动5：确定可在2025年之前投入运营的欧盟关键原材料采矿与加工项目、投资需求和相关融资机会，并优先考虑煤矿地区。（参与者包括欧盟委员会、成员国、地区、利益相关者）；

行动6：在采矿、提取和加工技术方面发展专业知识和技能，作为2022年以后转型地区平衡转型策略的一部分。（参与者包括欧盟委员会、工业、工会、成员国和地区）；

行动7：部署地球观测计划和遥感，进行资源勘探、运营和封闭后环境管理。（参与者包括欧盟委员会、工业界）；

行动8：2021年开发地平线欧洲R&I项目，该项目涉及关键原材料的开发和加工以减少对环境的影响。（参与者包括欧盟委员会、R&I社区）；

行动9：2021年开始与加拿大、非洲感兴趣的国家和欧盟邻国建立试点伙伴关系，建立战略性国际伙伴关系和相关资金以确保关键原材料的多样化和可持续供应。（参与者包括成员国、工业界和第三国的同行）；

行动10：通过欧盟监管框架（2020-2021年提案）和相关国际合作促进关键原材料的负责任采矿实践。（参与者包括欧盟委员会、成员国、工业界、民间社会组织）。

5 建议

欧盟成功实现经济转型和现代化的关键在于可持续获得欧盟清洁能源和数字技术所需的主要和次要原材料。COVID-19危机的教训之一是需要减少依赖并加强供应的多样性和安全性。欧盟机构、国家和地方政府机关以及工业界在确保关键原材料的可持续供应方面应该变得更加敏捷和有效。为此，欧盟委员会将与其他欧盟机构，如欧洲投资银行、成员国、地区、工业界等主要利益相关者紧密合作，监督实施上述战略优先事项和行动进展，探索所需的任何其他支持措施，并提出相关建议。

欧盟需增加电池原材料的生产，加工和组装能力将需要投资，以减少对亚洲市场的依赖。太阳能电池制造能力不足是欧盟太阳能光伏价值链中最薄弱的环节，因此欧盟生产能力有待提高。无人机领域欧盟面临着错过在关键技术上赶上全球领导者机会的严重风险。数字技术主权要求欧盟确保对关键原材料和加工材料的获取，并为欧盟重新开发关键数字组件和组件的制造机会。

欧盟要想在强大的价值链中保持领先地位，就需要在研发方面进行大量投资，以适应其他国家和地区的发展步伐。燃料电池方面主要行动是通过研发提高可靠性并降低成本，目的是减少燃料电池催化剂中铂的使用。风能方面更安全的稀土供应（可能通过回收利用）可能有助于保持欧盟在磁体制造能力。机器人技术方面要确保原材料的获取和提高组件的能力，提供熟练的劳动力，使欧盟在全球市场上保持竞争地位。掌握特定3D打印技术和3D打印材料质量是维持欧盟竞争力的关键。因此，多样化的材料供应以及研发投资对于保持当前的强势地位至关重要。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.01.006