全球能源轉(zhuǎn)型關(guān)鍵原材料競爭態(tài)勢分析
當(dāng)前全球能源供應(yīng)鏈處于轉(zhuǎn)型階段，各國積極搶占清潔能源產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈主導(dǎo)權(quán)，與之相關(guān)的關(guān)鍵原材料成為重中之重。近期國際權(quán)威組織相繼發(fā)布研究報告，闡述了全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中關(guān)鍵原材料的競爭趨勢，世界經(jīng)濟(jì)論壇評論文章稱關(guān)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(zhuǎn)型地緣政治：關(guān)鍵原材料》[2]報告認(rèn)為關(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈易受到各種地緣政治風(fēng)險影響。全球能源轉(zhuǎn)型委員會發(fā)布的《能源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)型關(guān)鍵材料可能會出現(xiàn)巨大的供應(yīng)缺口。國際能源署發(fā)布《2023年關(guān)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(shù)的創(chuàng)紀(jì)錄部署，正推動鋰、鈷、鎳和銅等礦產(chǎn)實(shí)現(xiàn)前所未有的增長，清潔能源關(guān)鍵礦產(chǎn)市場規(guī)模擴(kuò)大了一倍。本文梳理總結(jié)國際能源轉(zhuǎn)型關(guān)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(guān)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(yīng)鏈安全的高度關(guān)注
在全球氣候行動目標(biāo)推動下，清潔能源轉(zhuǎn)型的資源重點(diǎn)正由化石能源轉(zhuǎn)向關(guān)鍵原材料，供需不匹配問題已是迫在眉睫[5]。首先，能源轉(zhuǎn)型所需的原材料對多種關(guān)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(shù)對關(guān)鍵材料的需求程度也不同[7]，風(fēng)電和地?zé)嵴尖佇枨罂偭康?4%，光伏和風(fēng)電占銅需求總量的74.2%，儲能技術(shù)占石墨和鋰需求總量的近100%。其次，清潔能源技術(shù)關(guān)鍵礦產(chǎn)需求迅速增加，國際能源署預(yù)測，凈零排放情景下2030年全球清潔能源技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施對鋰、鈷、鎳、銅和釹5種關(guān)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(yù)計擴(kuò)張產(chǎn)能僅能滿足2030年需求的2/3。此外，關(guān)鍵原材料生產(chǎn)能力與開采能力并不一致，一些關(guān)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(guān)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(yīng)安全的擔(dān)憂。相較于石油、天然氣和煤炭，關(guān)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(dá)40%，澳大利亞、智利鋰礦儲量分別占55%、25%。其次，關(guān)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(dǎo)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(shí)施一系列貿(mào)易和投資干預(yù)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?qū)﹃P(guān)鍵原材料的出口限制增加了5倍。歐盟正推動實(shí)施碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制等貿(mào)易限制措施。
關(guān)鍵原材料價格波動會影響清潔能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程。隨著可再生能源技術(shù)成本的下降，原材料投入占供應(yīng)鏈的比重越來越大，導(dǎo)致清潔能源技術(shù)總成本更易受到相關(guān)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(dǎo)致鋰、鈷、銅和鎳等礦物供應(yīng)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(guān)鍵原材料價格波動下，電動汽車、熱泵、光伏電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)等面臨成本飛漲、供應(yīng)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(zhuǎn)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(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈
為確保清潔能源的快速轉(zhuǎn)型，保障金屬、礦產(chǎn)等關(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈安全十分重要。實(shí)際上，自2020年以來，歐美主要發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體將原材料供應(yīng)上升至國家安全戰(zhàn)略高度，重點(diǎn)布局構(gòu)建本土化、多樣化關(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈，以掌控未來全球能源市場的領(lǐng)導(dǎo)地位[10]。2023年，多個國家出臺或更新了關(guān)鍵原材料戰(zhàn)略，包括歐盟《關(guān)鍵原材料法案》[11]、澳大利亞《關(guān)鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》[12]、英國《關(guān)鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》[13]和加拿大《關(guān)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(jié)合實(shí)際定義關(guān)鍵原材料，適時調(diào)整和增補(bǔ)戰(zhàn)略性清單目錄。美國在關(guān)鍵原材料的戰(zhàn)略布局力度不斷增強(qiáng)，將關(guān)鍵原材料定義為對經(jīng)濟(jì)或國家安全至關(guān)重要且供應(yīng)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(guān)鍵礦物清單》[15]新增在電池等領(lǐng)域應(yīng)用較廣的鎳和鋅，共增補(bǔ)至50種；美國能源部《2023關(guān)鍵材料評估》[16]聚焦面向2035年目標(biāo)支撐高成長潛力清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵原材料，將材料定義從初始礦物擴(kuò)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(guān)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(guān)鍵材料。為管控供應(yīng)鏈風(fēng)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(fēng)險，2023年《關(guān)鍵原材料法案》首次將銅和鎳列入，并在此基礎(chǔ)上遴選出16種戰(zhàn)略原材料清單。澳大利亞將關(guān)鍵礦產(chǎn)定義為對現(xiàn)代技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和國家安全至關(guān)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(qiáng)調(diào)定期審查并更新關(guān)鍵礦產(chǎn)清單，增補(bǔ)鋰電池、半導(dǎo)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(guān)鍵礦產(chǎn)定義為重要的高風(fēng)險材料，2023年更新的關(guān)鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略列出18種高臨界風(fēng)險及5種待觀察礦產(chǎn)的動態(tài)清單，并成立專門的關(guān)鍵礦物情報中心[17]。加拿大將關(guān)鍵礦產(chǎn)定義為對國家經(jīng)濟(jì)低碳安全轉(zhuǎn)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(guān)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(kuò)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(yīng)鏈建設(shè)。其主要做法包括：
① 政府出臺舉措降低項(xiàng)目開發(fā)各階段風(fēng)險，簡化行政許可流程并吸引私營投資，以加快項(xiàng)目部署和推進(jìn)。美國評估認(rèn)為關(guān)鍵原材料是存在風(fēng)險的四大領(lǐng)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(shè)立了總額達(dá)20億澳元的關(guān)鍵礦產(chǎn)基金，幫助符合《關(guān)鍵礦產(chǎn)戰(zhàn)略》的相關(guān)項(xiàng)目克服私營資金的缺口；通過關(guān)鍵礦產(chǎn)加速計劃支持早期和中期項(xiàng)目，以構(gòu)建強(qiáng)大的全球供應(yīng)鏈，強(qiáng)化關(guān)鍵礦產(chǎn)加工主權(quán)能力；“現(xiàn)代制造倡議”提供13億澳元資金支持，為技術(shù)示范或商業(yè)化流程提供經(jīng)費(fèi)保障。歐盟對選定的戰(zhàn)略項(xiàng)目將提供及時有效的融資支持和快速簡便的許可認(rèn)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(shè)定原材料供應(yīng)鏈本土產(chǎn)能和利用基準(zhǔn)。歐盟提出全價值鏈各階段目標(biāo)，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(dá)10%、40%、15%，從單一第三國進(jìn)口的戰(zhàn)略原材料在加工任何相關(guān)階段的年消耗量占比不能超過65%。日本提出加強(qiáng)資源保障支持力度，將電池金屬材料等列為高風(fēng)險礦種，擴(kuò)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(chǔ)設(shè)施，不斷擴(kuò)大本土生產(chǎn)能力。美國國防部設(shè)立“稀土元素獎”以夯實(shí)國內(nèi)稀土供應(yīng)鏈基礎(chǔ)[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(shè)計、建造和運(yùn)營首個國內(nèi)關(guān)鍵礦物精煉示范設(shè)施，實(shí)現(xiàn)從褐煤礦廢料中回收、提取稀土元素和關(guān)鍵礦物[21]；通過《兩黨基礎(chǔ)設(shè)施法》提供28億美元資金[22]，支持新建和擴(kuò)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(xiàng)目，包括利用回收材料制造組件。英國投資建設(shè)首家磁鐵材料精煉廠，加工用于磁鐵的關(guān)鍵礦產(chǎn)，以制造電動汽車和海上風(fēng)電關(guān)鍵部件[23]。澳大利亞鼓勵開展基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，以降低關(guān)鍵礦產(chǎn)開發(fā)成本，提高全球競爭力，并促進(jìn)國際投資。
④ 發(fā)展循環(huán)型關(guān)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(yīng)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(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵礦物和含碳礦產(chǎn)資源回收行業(yè)，推動向無碳經(jīng)濟(jì)和清潔能源制造轉(zhuǎn)型。英國目標(biāo)打造更高效的關(guān)鍵礦產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，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(guān)鍵原材料的循環(huán)性和可持續(xù)性進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，改進(jìn)對關(guān)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(guān)鍵原材料。加拿大重新定義關(guān)鍵礦產(chǎn)價值鏈，提出構(gòu)建勘探、提取、加工、先進(jìn)制造以及回收利用的全新產(chǎn)業(yè)鏈。
⑤ 加強(qiáng)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(xué)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(guān)系和原材料學(xué)院，促進(jìn)關(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈中勞動力相關(guān)的技能培訓(xùn)。澳大利亞提出構(gòu)建技能嫻熟的多元化人才隊(duì)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(xué)家、水文地質(zhì)學(xué)家、冶金學(xué)家等高技能人才。加拿大從技能培訓(xùn)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(qiáng)關(guān)鍵原材料國際合作，布局更具彈性的多樣化供應(yīng)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(yīng)鏈建設(shè)。澳大利亞目標(biāo)到2030年，成為全球重要的礦產(chǎn)強(qiáng)國和首選供應(yīng)國、國際關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈不可或缺的一部分，以及擁有對全球經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要的技術(shù)。加拿大提出利用長期積累的專業(yè)知識、技術(shù)和制造業(yè)，繼續(xù)維持在關(guān)鍵礦產(chǎn)生產(chǎn)和相關(guān)價值鏈方面的全球領(lǐng)先地位。英國定位于負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)任金融之都，支持英國企業(yè)在海外參與多元化、負(fù)責(zé)任、透明的供應(yīng)鏈。
② 尋求戰(zhàn)略互補(bǔ)的可靠合作伙伴，降低供應(yīng)鏈風(fēng)險。今年以來，主要國家積極尋求雙邊和多變合作以加強(qiáng)關(guān)鍵原材料供應(yīng)保障。歐盟將推動志在加強(qiáng)全球原材料供應(yīng)鏈的所有國家建立關(guān)鍵原材料俱樂部，強(qiáng)化世界貿(mào)易組織作用，擴(kuò)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(luò)，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(yīng)鏈[25]，加強(qiáng)關(guān)鍵礦產(chǎn)的開采、加工和回收等供應(yīng)鏈的負(fù)責(zé)任、可持續(xù)、透明投資。美、澳[26]及美、日[27]分別達(dá)成加強(qiáng)關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈的合作協(xié)議，英、加簽署協(xié)議推動鈷和鋰等關(guān)鍵礦產(chǎn)合作[28]，通過同盟國家之間的協(xié)調(diào)建立強(qiáng)大供應(yīng)鏈，并進(jìn)一步深化關(guān)鍵礦產(chǎn)的資源開采與加工等方面戰(zhàn)略互補(bǔ)。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(dá)國家正構(gòu)筑西方同盟主導(dǎo)的關(guān)鍵原材料供應(yīng)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(dǎo)地位，收緊對中國的鋰、鎳、鈷等關(guān)鍵原材料供應(yīng)。例如，美國聯(lián)合礦產(chǎn)資源大國（加拿大、澳大利亞）、加工強(qiáng)國（日本、韓國、芬蘭）、消費(fèi)大國（日本、韓國、德國）建立“礦產(chǎn)安全伙伴關(guān)系”（MSP）[29]，試圖構(gòu)建一個完整的、將中國排除在外的“關(guān)鍵礦產(chǎn)”供應(yīng)鏈。
四是加強(qiáng)全價值鏈前沿性、變革性技術(shù)研發(fā)布局，以解決關(guān)鍵原材料供應(yīng)鏈脆弱性問題。主要技術(shù)方向包括：
① 可持續(xù)資源勘探與開采技術(shù)。美國重視非常規(guī)來源的原材料開采和提取技術(shù)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(guān)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(guān)鍵礦物[30]；投入3200萬美元支持前端工程設(shè)計研究，從國內(nèi)煤基資源中提取稀土元素和其他關(guān)鍵礦物和材料[31]；投入1200萬美元支持從地?zé)猁u水中提取和轉(zhuǎn)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(xiàng)目進(jìn)行投資，挖掘地球科學(xué)數(shù)據(jù)和信息；通過1億澳元的關(guān)鍵礦產(chǎn)開發(fā)計劃，開發(fā)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。
② 開發(fā)高效率、低排放的精煉與加工技術(shù)。加拿大投入4000萬加元支持關(guān)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(shù)和創(chuàng)新的加工技術(shù)，降低能源強(qiáng)度和碳強(qiáng)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(guān)鍵礦產(chǎn)開發(fā)利用項(xiàng)目，重點(diǎn)資助釹、鐠、鏑、鋱、鋯、鈮和鉿等關(guān)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(diǎn)、中試、示范，以及鎂、石墨等精煉項(xiàng)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(shù)開發(fā)，降低其提取和分離過程的對外依賴程度。
③ 提高關(guān)鍵原材料回收技術(shù)成熟度。美國將環(huán)境友好的二次來源安全提取技術(shù)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(shù)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(shè)立“鋰離子電池回收獎”加速推進(jìn)鋰電池關(guān)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(shù)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]。