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近日，馬斯克在“特斯拉投資者日”發(fā)布上再度放出豪言，“給我10萬億美元，我來解決地球清潔能源問題。”在會上，馬斯克公布了自己的“宏圖計劃”（Master Plan）。未來，電池儲能將達到240太兆瓦（TWH）、可再生電力30太兆瓦（TWH）、下一代汽車組裝成本降低50%、用氫氣來完全替代煤炭等一系列大動作。其中，引發(fā)國內網(wǎng)友熱議的是，馬斯克說，下一代電動車的永磁電機將沒有稀土。 網(wǎng)友熱議的焦點是關于稀土的問題。因為稀土是我國重要的戰(zhàn)略性出口資源，中國是全球最大的稀土出口國。在全球稀土市場中，需求的變化會對稀土的戰(zhàn)略地位造成影響。網(wǎng)友關心的是，馬斯克說的下一代永磁電機不用稀土，會對稀土造成多少影響？ 要說清楚這個問題，需要把問題分解一下。第一，稀土具體用在哪些方面；第二，稀土用于永磁電機的數(shù)量占總需求數(shù)量多少；第三，稀土被替代的潛在空間有多大。 首先，先看一下第一個問題，稀土具體用在哪些方面。 稀土是一種較為稀缺的資源，挖掘出來后，經(jīng)過加工變成各種稀土材料。稀土材料的下游需求按大類可被分為傳統(tǒng)領域和新材料領域兩大塊。 傳統(tǒng)應用領域包括冶金工業(yè)、石油化工、玻璃陶瓷、農(nóng)輕紡及軍事領域等；而在新材料領域中，不同稀土材料相對應的則是不同的下游細分賽道，比如用于儲存氫電池的儲氫材料、用于熒光粉的發(fā)光材料、用于釹鐵硼的永磁材料、用于拋光器件的拋光材料、用于尾氣凈化器的催化材料。 稀土的用途可以說非常廣泛非常，而且，全球稀土儲量也就上億噸，我國占了約三分之一。正因為稀土有用又稀缺，所以才具有非常高的戰(zhàn)略價值。 在眾多稀土新材料中，稀土永磁材料的發(fā)展速度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模皆居前列。稀土永磁材料是眾多磁功能器件的物質基礎，已成為電子技術通訊中的重要材料，其應用程度是一個國家和地區(qū)科學研究水平和應用技術高低的一個重要標志。稀土和智能手機看起來毫無聯(lián)系，實際上，應用于聲學、自動對焦、振鈴、傳感器等，一臺智能手機用到超過10塊稀土“磁石”——釹鐵硼永磁體；制造一臺新型電動汽車更能需要近百塊稀土永磁體；直驅永磁風力發(fā)電機其核心材料為釹鐵硼永磁體，經(jīng)技術人員測算，一臺1.5WM的直驅使用釹鐵硼永磁體達到1.2噸；“十三五”期間，城市軌道交通規(guī)劃線路總規(guī)模為7305.3公里，若全部采用永磁牽引系統(tǒng)，大約需要釹鐵硼1827噸，我國軌道交通對釹鐵硼的總需求約4577噸；工業(yè)機器人市場在不斷擴大中，工業(yè)機器人核心零部件為控制器、永磁同步伺服電機、減速器，而制造一臺165kg焊接機器人需要消耗25公斤高性能釹鐵硼。汽車行業(yè)則是稀土永磁材料的第一大消費領域。全球新能源車需求爆發(fā)，帶動了稀土永磁材料需求的快速增長。據(jù)IEA《全球電動汽車展望》假如到2030年，全球純電動車到1.45億輛，預計消耗高性能釹鐵硼在43.5萬噸，消耗氧化鐠釹13萬噸；如果到2.3億輛，預計將消耗高性能釹鐵硼69萬噸，消耗氧化鐠釹20.7萬噸。2021年氧化鐠釹全球供應量預計在7萬噸，純電動車按照400萬輛算，氧化鐠釹消耗量在3600噸，未來純電動汽車對于鐠釹的需求大幅增加。稀土永磁驅動電機作為新能源汽車的核心部件，可以大幅減輕電機重量、縮小電機尺寸、提高工作效率，特斯拉大眾版車型Model3已全部采用稀土永磁電機
氫作為二次能源，關鍵是解決氫的高密度安全儲存問題。目前主要用液態(tài)氫的高壓容器儲存法，但最好的方法是利用儲氫材料。稀土儲氫材料目前主要有兩個應用方向，鎳氫電池和儲氫裝置。鎳氫電池廣泛用于混合動力汽車、電動工具及工業(yè)和民用電池。鎳氫蓄電池是目前大部分商業(yè)化的混合動力汽車（例如豐田普銳斯）非常重要的組成部分。眾所周知，作為鎳氫電池的負極材料，儲氫合金是制約其性能的關鍵因素。根據(jù)材料成分和結構的不同，目前研究和開發(fā)應用中的儲氫電極合金主要可分為四種類型：稀土系AB5儲氫合金，AB2型Laves相合金，Mg基合金和V基固溶體型合金。根據(jù)晶體結構的特點，目前開發(fā)較多的金屬儲氫材料可分為：以LaNis為代表的稀土系AB5型（CaCus結構）；鋯、鈦系Laves相AB?型（MgCu?或MgZn?結構）；鈦系AB型（CsCl結構）以及鎂系A?B、AB?型等幾種。其中稀土系AB5儲氫合金和AB?型Laves相合金作為Ni/MH電池用負極材料已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。固體氧化物燃料電池（solidoxidefuelcell，SOFC）是最高效率的燃料電池，也稱作陶瓷燃料電池，是一種在中高溫下將各種燃料氣（天然氣、垃圾填埋氣、煤氣、甲醇等）的化學能高效地轉化為電能的全固態(tài)燃料電池。SOFC由電解質（陶瓷材料）、陽/陰極、連接體（陶瓷或合金）構成單電池，再由多個單電池構成電堆。稀土鎂合金指含有稀土元素的鎂合金，是近年來材料領域的研究熱點之一。與其他金屬結構材料相比，鎂合金具有密度低，比強度、比剛度高，減震性能好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩(wěn)定，資源豐富，鑄造性能、阻尼性能、切削加工性能好以及容易回收，對環(huán)境無污染等一系列優(yōu)點，被譽為是“21世紀綠色環(huán)保工程材料”。被廣泛應用在交通、制造、3C電子和航空航天等領域。不過鎂合金也有絕對強度低，高溫下力學性能較差，室溫變形加困難，易腐蝕等缺點。在汽車工業(yè)的應用：從20世紀90年代開始，鎂合金廣泛應用于汽車工業(yè)。高性能稀土鎂合金主要用于汽車發(fā)動機殼體、變速箱殼體、發(fā)動機氣缸蓋等零部件中。福特、通用、戴姆勒—克萊斯勒、奔馳、大眾、豐田、菲亞特—阿爾法等汽車公司紛紛采用稀土壓鑄鎂合金。豐田汽車的方向盤加裝安全氣囊后質量增加，采用AM60B壓鑄鎂合金后，與鋼制品、鋁制品相比，質量減少了45%和15%，并減少了轉向系統(tǒng)的震動。中國奇瑞汽車已100%采用鎂合金方向盤，并力爭實現(xiàn)單車鎂合金達到30kg。中國一汽和中國科學院長春應用化學研究所（下稱“長春應化所”）合作開發(fā)高性能稀土鎂合金，已經(jīng)形成年產(chǎn)1500噸鎂合金壓鑄件(包括輪轂、發(fā)動機殼體、變速箱殼體等)的批量生產(chǎn)能力，建成了我國最大的高性能稀土鎂合金產(chǎn)業(yè)化示范基地，批量生產(chǎn)耐熱、抗蠕變的稀土鎂合金汽車發(fā)動機缸蓋。為了使汽油汽車尾氣中所含的未能完全燃燒的碳氫化合物（CxHy），一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）變?yōu)闊o害的CO?和N?來排放，要用到鉑和銠等貴金屬。為了穩(wěn)定其效果，要添加以氧化鈰（CeO?）為主的氧化物（稱為助催化劑）。由于CeO?可以儲存氧氣，因此可以應對廢氣中氧氣濃度的變化來幫助燃燒有害物質。陶瓷材料一般具有較高的燒結溫度，很難直接通過純相燒結達到致密化，當加入燒結助劑后，由于它在高溫下可以生成液相，就能使得燒結溫度大為降低，從而獲得燒結致密的陶瓷材料。而稀土氧化物高溫揮發(fā)性弱，可以在高溫下與其他原料生成穩(wěn)定的液相，甚至可以形成固溶體，從而促進陶瓷材料的燒結，因此作為有效的燒結助劑已經(jīng)獲得了廣泛應用。在硅晶片的制造過程中，干法刻蝕是重要的環(huán)節(jié)之一。通常是利用等離子體來對晶圓進行轟擊，同時活性原子或原子團與晶圓材料反應，生成揮發(fā)性的物質被真空系統(tǒng)帶走，從而達到刻蝕的目的。但在生產(chǎn)過程中，氟等離子體同樣會對刻蝕腔內器件造成侵蝕，導致設備零部件壽命降低，維護成本升高。同時，形成的刻蝕產(chǎn)物以懸浮微粒的形式從內壁脫落，彌散在腔體中，也會導致晶圓污染，成品率下降。因此應當提高刻蝕腔內零部件的耐等離子刻蝕性能。MLCC是目前世界上用量最大、發(fā)展最迅速的片式元器件之一。MLCC不斷向微型化、高疊層、高可靠性和低成本方向發(fā)展，這對工藝技術、工藝設備及原材料制備都提出了很高的要求。BaTiO?是典型的鐵電材料，是一種重要的電子陶瓷材料，廣泛用在如陶瓷電容器、正溫度系數(shù)的熱敏電阻、壓電和鐵電器件等各種電子元件中。而正是它在室溫下具有高的介電常數(shù)和低的介電損耗，是作為片式多層陶瓷電容（Multiplayer Ceramic Chip Ca-pacitors，英文縮寫MLCC）的優(yōu)良陶瓷介質材料。但隨著作為內電極的鈀價格不斷攀升，為降低MLCC產(chǎn)品的成本，采用摻入熔點低的銀，因而減少鈀的含量以及滿足低溫共燒技術（LTCC）就必須實現(xiàn)鈦酸鋇基陶瓷的低溫燒結。況且燒結溫度高不僅會促進陶瓷晶粒長大，導致陶瓷介電常數(shù)降低，也會增加能量消耗，減少設備的使用壽命。因此鈦酸鋇基陶瓷的低溫下燒結具有很重要的實際意義。高溫超導體并不是大多數(shù)人認為的幾百幾千的高溫，只是相對原來超導所需的超低溫高許多的溫度，通常是指在液氮溫度（77K）以上超導的材料。液氮溫度以上釔鋇銅氧超導體的發(fā)現(xiàn)，使得普通的物理實驗室具備了進行超導實驗的條件。高溫超導體包括四大類：90K的稀土系，110K的鉍系，125K的鉈系，和135K的汞系。釔鋇銅氧超導體和鉍系超導體已制成了高質量的超導電纜。核磁共振（NMR）裝置和核磁共振成像（MRI）裝置使用超導磁鐵，磁場強度越高，裝置的性能（靈敏度和分辨率）就越高。目前實現(xiàn)實用化的NMR裝置和MRI裝置使用鈦（Nb）系金屬低溫超導線材，但受線材的物理特性限制，預計最大只能產(chǎn)生24特斯拉左右的磁場。而稀土（RE）系和鉍（Bi）系銅氧化物高溫超導線材被認為在大幅超過24特斯拉的強磁場中也能保持超導狀態(tài)。釓通常以氧化釓（GdO?）的形式存在，利用GdO良好的中子吸收性和耐高溫性，可將其用作核反應堆中的中子吸收材料。釓吸收熱中子的能力非常高，因此被用作控制核裂變的材料。另外，涂有氧化釓的墻壁和基材以及釓箔都是熱中子吸收材料。用數(shù)十至數(shù)百μm厚的涂膜或箔片就可吸收熱中子從而防止放射線泄漏，未來厚屏蔽墻或許不再需要。稀土光學玻璃主要是指含有稀土氧化物的硼酸鹽和硅酸鹽系統(tǒng)的光學玻璃。在普通光學玻璃中加入稀土元素對玻璃的光學特性會產(chǎn)生很大的影響。在普通光學玻璃中加入稀土元素能形成具有特殊性質的特種玻璃，即稀土光學玻璃。
稀土玻璃徠卡鏡頭 除了用于光學鏡頭鏡頭外，用稀土元素的氧化物也可以作為高級有色玻璃的著色劑。
稀土能吸收特定的波長的波并發(fā)光。利用這種性能，稀土作為激光晶體和熒光材料被廣泛應用。比如用于加工等各種用途的Nd激光器（1.06μm），也有用于通信的Er激光器（1.5μm），還有用于醫(yī)療的Er激光器（2.9μm）。熒光材料也途廣泛（如顯像管、熒光燈等）而且已有很長的使用史。近些年Ce：YAG（黃色）等則用于白光LED。我們一起再看一下，稀土用于永磁電機的數(shù)量占總需求數(shù)量多少。 實際上，這種說法并不準確。因為，討論永磁電機中有多少稀土是沒意義的。稀土是作為永磁電機的原材料，而非零配件。既然馬斯克說新一代永磁電機是沒有稀土的，也就是說，在永磁材料方面，馬斯克已經(jīng)找到了可以替代稀土的技術或新材料。所以，準確來說，這個問題該討論，稀土用于永磁材料的部分有多少。 根據(jù)Roskill數(shù)據(jù)顯示，2020年，稀土永磁材料為全球稀土材料下游應用領域中最大的需求占比，高達29%，稀土催化材料占比21%，拋光材料占比13%，冶金應用占比8%，光學玻璃應用占比8%，電池應用占比7%，其他應用占比共計14%，其中包括了陶瓷、化工等領域。 受益于新能源汽車、風力發(fā)電、變頻家電等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，稀土永磁材料的需求高速增長。經(jīng)測算，預計未來我國稀土永磁需求增速約為15.2%。而在稀土永磁的需求推動下，預計未來幾年我國稀土需求將保持7.8%的增速，2017年至2020年稀土(折合氧化物)消費量預計將分別達到10.9萬噸、11.8萬噸、12.7萬噸、13.7萬噸。由于下游對稀土的消費量持續(xù)增長，受強大需求的拉動，庫存降低后的稀土價格也將有望震蕩向上。其實，新興產(chǎn)業(yè)與稀土行業(yè)的發(fā)展是相輔相成的。自2016年11月國務院《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布以來，在我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的大背景下，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增速全面回升，產(chǎn)業(yè)結構不斷優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)投資不斷升溫，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，成為宏觀經(jīng)濟平穩(wěn)運行的重要力量。在國家面臨制造業(yè)轉型升級、經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)大背景下，關鍵性材料將成為新階段的重中之重，產(chǎn)業(yè)有望迎來持續(xù)的突破。其中稀土磁性材料、航空航天裝備材料等成為“十三五”重點突破對象，產(chǎn)業(yè)化、國產(chǎn)化將得到提速。近年，新材料產(chǎn)業(yè)的國家戰(zhàn)略地位也不斷提升，通過 綱領文件、《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》指導文件以及各產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展任務規(guī)劃，國家已構筑起新材料政策金字塔，給予新材料全產(chǎn)業(yè)鏈、全方位指導。其中先進基礎材料、關鍵戰(zhàn)略材料和前沿新材料成為重點發(fā)展方向。作為新材料之一的稀土，在未來我國七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，幾乎每一個產(chǎn)業(yè)都要用到，都有所需求。而且這種需求往往是不可替代的。換言之，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展將為稀土行業(yè)插上騰飛的翅膀，因為增加有效供給將進一步啟動稀土的需求，確保稀土在我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要作用。從產(chǎn)業(yè)來看，未來稀土行業(yè)將成為節(jié)能環(huán)保方面的支柱產(chǎn)業(yè)。稀土在尾氣凈化、廢物處理、清潔生產(chǎn)等領域都有重要應用。高端制造業(yè)上，稀土將提升先進軌道交通裝備水平，做大做強智能制造設備，未來目標是促進制造業(yè)智能化、精密化、綠色化。高鐵將成為稀土發(fā)展新的應用領域。稀土永磁電機將提高效率、大大節(jié)省耗能；而稀土鎂、稀土鋁合金可用于高鐵車身、門窗等結構件。從需求來看，新興領域對稀土材料需求穩(wěn)步增長，其中釹鐵磁硼磁性材料是重點。新能源汽車到2020年有望給釹鐵硼帶來4500噸至7500噸增量空間。新能源汽車的發(fā)展應當是未來的大趨勢，并將帶動稀土業(yè)一大批相關產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。特別是對混合動力車、電動汽車、燃料電池汽車來說，小型化大功率的驅動電機是必須的，而現(xiàn)在這些電機又要大量使用稀土。同時，受益于我國稀土永磁下游應用市場的快速發(fā)展，我國永磁材料需求十分旺盛。近年來，稀土永磁材料用于核磁共振成像儀、電機、音響、磁選機、電度表、磁化器、傳感器等器件上的應用有擴大之外，在高新技術、國防軍工、工農(nóng)業(yè)和家用電器等領域的應用取得了很大的進步。而下游應用領域的快速發(fā)展也帶動了我國稀土需求的不斷增長，在新能源汽車領域尤為明顯。在新能源汽車、風力發(fā)電、工業(yè)永磁電機及變頻空調、消費電子等其他領域的帶動下，預計2030年全球釹鐵硼需求量將達36萬噸以上。
所以很明顯，永磁材料是稀土需求量最大的下游應用。如果考慮近兩年新能源車行業(yè)高速發(fā)展的實際情況，永磁材料的稀土需求量占比應該早就超過30%。（注：目前新能源汽車的永磁電機所用的材料都是稀土永磁材料）這就可以得出結論，永磁材料的稀土需求量是很高的。 最后一個問題，稀土被替代的潛在空間有多大。 當有新技術或新材料能夠滿足永磁材料的功能需求時，按理說，除了永磁電機外，其他使用稀土永磁材料的應用都可以被替代。但是，能夠替代不一定意味著就會替代。因為在實際使用時，必須要考慮商業(yè)價值。而衡量商業(yè)價值大小的無非是綜合兩方面指標，一方面是，新技術或新材料對產(chǎn)品產(chǎn)生的功能性提升從而轉變?yōu)槭找嬗卸嗌伲涣硪环矫媸?，新技術或新材料的成本相比原來的稀土永磁材料是高還是低。只有當新技術或新材料在綜合考量下的商業(yè)價值高于稀土永磁材料時，才會形成全面性替代。 有專家估計，目前全球電機市場中，稀土永磁電機的滲透率僅為3-5%，潛在空間很大。即便如此，特斯拉仍舊對交流異步電機“念念不忘”，很大程度是因為永磁電機的關鍵材料不在美國手里。稀土是工業(yè)味精，是很多工業(yè)供應鏈的上游。除了電機，稀土元素也是生產(chǎn)半導體、鋰電池的關鍵材料，對國防和可持續(xù)性發(fā)展至關重要，屬于戰(zhàn)略礦產(chǎn)。中國的稀土儲量占到了全球稀土儲量的三成以上，根據(jù)中國地質調查局2019年的一項研究，在美國列為關鍵的35種礦物中，中國是13種礦物的最大供應國，同時也是歐盟21種主要礦物的最大來源地，比如用于電池的銻。雖然拜登政府致力于減少美國對中國的鋰、稀土、鈷和其它關鍵礦物的依賴，并強調“美國制造”是令美國擺脫對從其他國家獲取關鍵必需品的依賴的一種途徑。美國國防部還為“山口礦業(yè)”(MP Materials)運營的重稀土元素分離設施提供的3,500萬美元補貼，山口礦業(yè)是美國加州山口(Mountain Pass，又稱芒廷帕斯)稀土礦的所有者，其部分股權屬于一家中國公司盛和資源(Shenghe Resources)。但美國?？怂关斀?jīng)網(wǎng)的報道則提出了質疑，他們以稀土為例指出，中國坐擁全球幾乎所有稀土加工中心，即便白宮落實給山口礦業(yè)的補貼，也無法把全部加工流程留在國內，很難如愿完全排除中國。可以說我國雖然在釹礦產(chǎn)量上占絕對優(yōu)勢，卡住了全球永磁電機的脖子，但要形成能出口的高端釹鐵硼永磁材料，也被日本的工藝專利卡著脖子?？紤]到日本、美國和中國之間當前關系，三方是一個互相制衡的狀態(tài)，中國企業(yè)只有在高端工藝上加強自主研發(fā)，才能說把握了全球永磁電機，乃至新能源汽車行業(yè)的命脈。不過可以確定的是，在特斯拉的供應鏈環(huán)境下，這套替代性方案的商業(yè)價值是高于稀土永磁材料的，否則也沒有投入研發(fā)的必要了。至于馬斯克的新技術或新材料是否有通用性，這套方案是否可以被復制、被普及。這個要根據(jù)屆時馬斯克兌現(xiàn)諾言后才能判斷。 如果未來馬斯克的這套新方案符合商業(yè)規(guī)律（商業(yè)價值更高），能夠被推廣的話，那全球稀土需求量至少要減少30%。當然，這種替代是需要一個過程的，不是一眨眼就能完成的。反應在市場中的情況是全球稀土需求逐漸遞減。而30%的需求減少，對于稀土的戰(zhàn)略價值是會造成明顯影響的。 對此，不少網(wǎng)民心有不甘，甚至有一些人說馬斯克在畫大餅。這種心情可以理解，但結論實在不敢恭維。馬斯克是世界級的名人，同時也是美國上市公司的老板，如果他在公開場合說出誤導投資者的話，代價是非常大的，正常人是不會做這種事的。而且，從馬斯克的經(jīng)歷看，他也不是那種紙上談兵的人。當初他說要做電動車時，也是一群人說他吹牛；他說計劃登陸火星時，也是一群人嗤之以鼻。然而，結果呢…… 人類科技水平的發(fā)展是不以個人感情和意志而轉移的。無論個人喜歡不喜歡、接受不接受，技術永遠是向前發(fā)展的。與其抵觸技術的進步，不如加入技術發(fā)展的隊伍，去引領時代的方向。
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