繞不開的中國稀土

今年6月，鈴木汽車突然宣布，受限于稀土出口管制，零部件采購出現延誤，經典緊湊型轎車鈴木雨燕（Swift）被迫停產。

無獨有偶，歐洲汽車零部件供應商也在同時期關閉生產線，美國企業同樣如臨大敵，福特探險者車型生產緊急按下暫停鍵。

在電動車中，從車燈、雨刮器、攝像頭，到安全帶、音響，凡是需要微電機和傳感器的部件，稀土幾乎不可或缺。尤其主驅動電機，其性能與稀土永磁材料息息相關。

即便在舊能源汽車中，電動助力轉向（EPS）也離不開稀土。

按照大摩的測算，中國企業控制全球65%的重稀土開采、88%的精煉，超過90%的釹鐵硼永磁體供應。這也是為什么CNN將稀土引發的供應危機稱為“升級版的芯片短缺”[1]。

2010年日本巡邏船釣魚島沖撞中國漁船事件發生后，中國對日稀土出口配額驟降，主要稀土氧化物價格漲幅超過5倍，鏑鋱銪三種金屬漲幅同比達到15-20倍[4]，歐美國家一時草木皆兵。

從2011年開始，美日等國就以擺脫依賴為目的開啟了一系列替代計劃。當時普遍預計，防止稀土危機再次到來普遍需要10年左右。

15年過去，稀土危機再次上演，按照美國能源部的測算，重建完整稀土供應鏈依然需要10年時間。看來歷史有時候真的會重演。

稀土不是真的土

2016年Model 3上市，在電池容量比Model S 100D少了20度的情況下，續航相差無幾。馬斯克將其歸功于碳化硅MOSFET，但特斯拉首席電機設計師Konstantinos Laskaris認為功勞是自己部門的[2]：

我們的Model 3有一臺永磁電機，它可以在兼顧續航里程和性能目標的同時，做到成本最小化。

Konstantinos Laskaris

2021年，搭載三臺永磁電機的Model S Plaid上市，零百加速只需要2.1秒。馬斯克在發布會現場難掩得意，將其形容為“物理工程的極限”。

但無論是Model 3的續航還是Model S的加速，都要歸功于一種名為釹的稀土元素。

Model S Plaid發布會只開了20分鐘，像它的速度一樣快

主流的驅動電機有兩種：永磁同步電機和感應異步電機，兩者的結構大同小異，工作原理也沒有脫離磁鐵的原理：同性相斥，異性相吸。

但相比感應電機，永磁電機不僅功率密度更高，輸出轉矩也更大。不但動力輸出更強，體積也可以做到更小。

永磁電機中廣泛使用的釹鐵硼俗稱“萬磁王”，屬于地表磁性最強的磁體，讓電機最高效率可以無限接近99%。普通的N35牌號（數字代表磁能積/磁力強度），可以吸附自身重量600倍以上的金屬。

這就是天賦與努力之間的差距。賽博坦星能提煉出稀土，變形金剛也得電動化轉型。

釹的發現可以追溯到1841年，瑞典化學家Gustav Mosander將自己發現的鐠釹化合物命名為“迪迪姆”（Didymium，希臘語“雙胞胎”）。

1885年，奧地利化學家Carl von Welsbach又成功完成鐠釹分離手術。百年后，釹在電動車產業里大放異彩。

稀土實際上是17種金屬元素的統稱，身世頗為坎坷，從發現第一個元素釔到最后一個元素钷，化學界用了整整153年。

“稀土”指鈧、釔和15種鑭系元素

1966年，RCA在顯像管電視中采用稀土紅色熒光粉，開啟了稀土的大規模產業化。此后，大部分電子和汽車零部件都廣泛運用了稀土元素，但由于用量有限，導致稀土的戰略地位非常高，市場規模卻很有限。

隨著新能源車的滲透，稀土的用量大幅提高。一般來說，一輛電動車會使用1.5–3kg稀土。加上永磁同步電機的裝機量份額高達96%，讓釹鐵硼永磁體的戰略地位進一步提高。

而針對釹鐵硼永磁體耐熱性較差、高溫易退磁的特點，解決方案通常是在配方中添加鏑或鋱。

舉例來說，通用基于奧特能平臺的SUV，每輛要使用約160克鏑[3]，用量看著不多，但相比電子產品不算少。

CNN將稀土稱為中國的“Powerful card”，是因為扼住了關鍵原材料等同扼住汽車生產的咽喉。只是如今因稀土焦頭爛額的美國，曾經也是一個稀土生產大國。

曾經的優勢產業

今年4月《福布斯》雜志發文，標題風格非常標題黨：美國唯一的稀土礦將從關稅中大獲全勝。

所謂“唯一的稀土礦”，指的是位于加州的芒廷帕斯（其實就是Mountain Pass的音譯）礦，屬于老天爺賞飯吃的典型：上世紀30年代發現了金礦，在勘探鈾礦的過程中，又發現了世界級的稀土礦藏。

后來，美國鉬業公司（Molycorp）拿到采礦權，成功分離出稀土元素銪，在彩電革命中大賺特賺。1965到1995年間，芒廷帕斯供應了全球大部分稀土金屬，整整躺贏了30年。

Mountain Pass稀土礦

和石油不同，稀土的壁壘不在開采，而在加工環節。從開采到利用，稀土的鏈條大致分為幾個步驟：選礦產出精礦-分離出稀土氧化物-冶煉分離單一金屬-加工成為功能材料。

稀土元素的化學性質十分接近，15種鑭系元素更是孿生兄弟，分離提純很難。同時，稀土的分離還要盡量剔除伴生雜質元素，純度直接影響下游材料性能。

因此與芯片類似，在稀土行業，越是接近最終產品，創造的附加值越高。提煉高純單一的稀土金屬，是整個鏈條中最核心的環節。

換句話說，大部分國家缺的不是礦，而是生產加工能力。

1999年，中國開始針對稀土出口施行配額制，其核心并非出口規模，而是對出口結構的有意識引導，即限制初級產品的出口，推動下游環節高附加值產品的出口，倒逼企業轉向以提純為代表的高附加值環節。

目前，國內稀土元素已經可以提純到6N（99.9999%）的超高純級別，美國還在攻堅2N-3N級別。加工工藝的鴻溝直接帶出一個問題：美國的稀土精礦需要運到中國加工，再返銷回美國。

按照美國戰略與國際研究中心（CSIS）的說法，中國稀土精煉產量占全球份額達到92%，重稀土精煉產能更是高達99%[5]。

以永磁電機中的釹鐵硼永磁體為例，其中釹是輕稀土，鏑是重稀土。鏑作為添加劑，純度至少要達到3N。

海外稀土產業面對的另一個問題是：一些技術環節并非只有中國掌握，但只有中國掌握了規模化生產，做成了萬噸級生產線。

除了有意識引導產業向高附加值環節轉移，國內政策也在有意推動行業的整合。2011年，工信部提出了“1+5”方案，即“北方一家南方五家”的規劃，并在2014年相繼完成備案。

2021年，在國資委的主導下，六家稀土集團又整合為四家。2023年再次整合，形成了北方稀土和中國稀土兩家公司。在不到十年的時間里迅速完成了行業整合，規模優勢和議價能力得以顯現。

這種情況下，即便海外公司突破技術壁壘，也難以形成規模優勢。

2010年中國對日稀土限供后，因為虧損停產芒廷帕斯礦的Molycorp獲得日本住友1.3億美元注資，重啟了稀土生產。但伴隨中國放寬稀土出口配額，稀土價格暴跌，芒廷帕斯礦于2015年再次破產。

2017年，一家名為MP Materials的公司收購了閑置的芒廷帕斯礦。目標是構建從稀土開采到精煉再到磁鐵生產的垂直整合優勢，重振美國的稀土產業。

由于精礦依然需要運到中國進行分離，直到2024年，芒廷帕斯礦仍有80%的營收來自向中國出售精礦。

缺失的三角關系

2023年3月投資者日上，馬斯克高調宣布要減少75%的碳化硅用量，并徹底拋棄稀土永磁體，制造一款不含稀土的永磁電機。

這兩張大餅在馬斯克的畫餅生涯中存在感較低，但從2017年到2022年，特斯拉通過提高傳動系統的效率，將Model 3電機里的稀土使用量減少了25%。

馬斯克的執著固然有成本因素——永磁同步電機中，稀土永磁體的成本約占30%，前提是稀土價格不漲，出口不受限制。但也有供應鏈環節的考量。

特斯拉的Roadster與Model S最初都使用感應電機，原因就在于永磁電機對海外供應鏈的依賴。無獨有偶，豐田最初也抱有同樣想法，曾向特斯拉慷慨解囊6000萬美元，代為研發感應電機。

但從Model 3開始，特斯拉還是出于性價比的考慮，義無反顧用上了永磁電機。

除了稀土永磁，鐵氧體永磁也能用于電機，而且成本更低，但性能遠不及稀土永磁體。即便性能最好的鐵氧體，磁能積也大幅落后于釹鐵硼[8]。

上一個讓特斯拉欲罷不能的材料是石墨。4680電池因采用硅碳負極，差點把石墨掃進歷史的垃圾堆。但事實證明，替代石墨任重道遠，也只有中國能夠生產滿足特斯拉標準和規模的石墨。

不久前，加拿大負極材料制造商Graphite One貼心為美國政府算了一筆賬，只需投入50.5億美元，其就能為美國打造一條石墨供應鏈，但石墨精礦投產時間被鎖定在2030年。

作為一個上游產業，無論規模還是技術含量，往往都需要下游產業的規模與附加值推動。特斯拉作為美國電動車獨苗，多少有些獨木難支。

釹鐵硼永磁體最早由日本住友（后被日立金屬收購）和通用汽車分別開發，雙方曾為專利對簿公堂，最后達成交叉授權。但和豐田普銳斯的暢銷不同，美國汽車工業對電動化性質寡淡，客觀導致永磁體缺乏下游訂單。

后來，通用汽車的永磁體業務被中國公司收購，專利大戰主角也變成了中國磁材聯盟和日立金屬。2016年，日立金屬的兩項燒結釹鐵硼專利被美國專利商標局裁定無效，專利特權的故事逐漸翻篇。

不過，當時中國的釹鐵硼磁材產量雖然占據全球的80%，但大多為中低端產品。

2020年后，中國新能源汽車開始提速發展，進一步推動稀土產業鏈升級。到2022年，中國高性能磁體出口量提升到了全球的70%。

這個過程中，“稀土礦開采-精煉加工-新能源汽車”組成了穩固的三角關系，稀土生產大國變成了稀土消費大國，實現了內循環。

目前，全球釹鐵硼磁鐵生產商集中在中國和日本。去年，日本國內生產了4500噸釹鐵硼磁體，自給率可以達到60%[6]，但原料還依賴中國供應鏈。

作為對比，中國全年釹鐵硼產量超過30萬噸，大部分產能都被以新能源車為代表的下游產業消化，其余出口海外。

綠牌的含金量，又在此刻提高了。

參考資料

[1] Rare earths shortage could cause pandemic-era disruptions, experts say，CNN

[2] Tesla’s top motor engineer talks about designing a permanent magnet machine for Model 3，Charged EVs

[3] Goodbye to China’s total control – the Asian giant loosens its grip on rare minerals, and GM and Ford celebrate the change，El Adelantado de Segovia

[4] 2011年中國稀土產業在震蕩中前行，新華網

[5] The Consequences of China’s New Rare Earths Export Restrictions，CSIS

[6] Japan Neodymium Iron Boron Magnet Market to Hit Valuation of US$ 1,211.92 Million By 2033， Astute Analytica

[7] 30年巨變，中國釹鐵硼的戰略之路，新材料在線

[8] What Is Tesla’s Mystery Magnet，IEEE Spectrum

編輯：李墨天

責任編輯：徐珊珊

封面圖片來自ShotDeck