“双碳”背景下我国稀土产业发展路径研究

● 郭咏梅 张文灿 杨丽 王路 汪鹏/文

气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放量的骤增，导致全球气候变暖、海平面上升，对人类安全和社会的可持续发展带来重大威胁。政府间气候变化专门委员会2018 年度报告提出，为避免极端危害，世界必须将全球变暖幅度控制在1.5℃以内。这意味着，只有各国于21 世纪中叶，即30～50 年内实现温室气体净零排放，才有可能实现这一目标。在此背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，极大促进了全球应对气候变化的政治共识和重大行动。目前全球已经有54 个国家实现碳排放达峰，占全球碳排放总量的40%，其中大部分属于发达国家。马绍尔群岛、墨西哥、新加坡等国家已承诺在2030 年以前实现达峰，届时全球将有58 个国家实现碳排放达峰，约占全球碳排放总量的60%。

我国是世界上碳排放总量最多的国家，碳减排刻不容缓。2020 年9 月22 日，国家主席习近平在联合国大会上郑重宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”。基于此，国家各部委、各行业和企业纷纷提出落实“3060”碳目标的规划与具体实施路径，一场正在进行的面向全行业广泛而深刻的社会系统性变革正加速演进。

一、“双碳”背景下稀土材料应用现状

碳达峰、碳中和的刚性约束和紧迫目标，使得全球各国尤其是碳排放量较大的国家，必须采取有效措施减少化石能源的消耗。稀土是支撑我国实现“双碳”目标，促进经济社会低碳绿色转型的关键金属资源，也是新能源车、风力发电、节能电机、储氢、环境催化设备等低碳清洁技术的关键原材料，其资源需求量正快速增长。

1.稀土永磁材料

稀土永磁材料产业下游应用主要是各类电机产品，它们渗透到了工业体系的各个方面，其中低碳能源领域主要有风力发电机、新能源汽车电机、工业电机、节能电梯、节能空调等。

（1）新能源汽车

在全球碳达峰、碳中和带来的节能减排压力推动下，新能源汽车已成为世界各国产业发展战略的重点领域。国务院印发的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》中阐述，到2025 年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右；中国汽车工程学会编制的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》显示，2025、2030 和2035 年，新能源汽车销量占比将分别达到20%、40%和50%。根据中汽协的数据，2022 年1～9 月，新能源汽车产销分别达到471.7 万辆和456.7 万辆，同比增长1.2倍和1.1 倍，市场占有率达到23.5%，未来几年新能源汽车的市场空间广阔。

作为新能源汽车的三大核心部件（电池、电控、电机）之一，驱动电机性能直接决定了爬坡、加速、最高速度等指标。电机主要分为交流异步电机和永磁同步电机两种。永磁电机体积小、响应速度快、高效节能，可在提升转速保证功率的同时降低35%的重量。根据工信部数据，97%的新能源汽车都安装永磁电机。新能源汽车将成为未来钕铁硼永磁材料的主要需求领域。

随着新能源汽车战略规划和政策的持续推进，未来新能源车将呈现高速发展态势，新能源车所需高性能钕铁硼永磁材料的需求潜力可观，将为全球节能降碳做出巨大贡献。

（2）风力发电

应用钕铁硼永磁材料的永磁直驱和半直驱同步发电机能效较高，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。未来受碳中和背景下的能源结构调整和风电平价上网带来的经济性驱动，会提升后续装机增量，从而拉动钕铁硼永磁材料需求提升；除了风电装机量增加的拉动，直驱电机对双馈电机的替代也将提升风电对钕铁硼的需求。目前直驱电机在风电装机中的渗透率仅为30%，未来有望逐渐提升。稀土永磁材料在风力发电领域的碳中和贡献持续向好。

（3）变频空调与节能电梯

2020 年7 月1 日开始实施的《房间空气调节器能效限定值及能效等级》（GB 21455-2019），变频空调渗透率大幅提升，国家统计局的数据显示2020年的渗透率由2019 年的32%大幅上升至40%。变频空调压缩机大多使用钕铁硼磁钢和铁氧体材料，但铁氧体压缩机无法满足新国标的高能效要求，因此，变频空调和钕铁硼永磁变频压缩机渗透率的提升将拉动空调对钕铁硼的需求。

应用钕铁硼永磁同步曳引机的节能电梯在新增电梯量中占比超80%。节能电梯技术更新主要有两点：一是电梯拖动系统采用变频技术；二是驱动系统为钕铁硼永磁同步无齿轮曳引技术。电梯变频技术相对于普通的异步电动机而言可节省25%的电能。据中国电梯协会测算，我国平均每部电梯每天耗电量约40kWh，约占整个建筑能耗的5%。应用钕铁硼的曳引机拥有体积小、损耗低、效率高、噪声低等优点，已占据市场主流地位，在新增电梯产量中占比超80%。应用钕铁硼永磁同步曳引机的节能电梯也将成为节能降碳的重要领域。

（4）工业电机

我国60%的电能被工业电机消耗，降低电机的能耗和效率提升是我国节能减排最重要的方向。2021 年11 月22 日，工信部和市场监管总局发布了《电机能效提升计划（2021-2023 年）》，进一步强化重点用能设备节能管理，加快高效节能电机推广应用，持续提高能源资源利用效率，推动工业绿色高质量发展，助力实现碳达峰碳中和目标。到2023 年，高效节能电机年产量达到1.7 亿千瓦，在役高效节能电机占比达到20%以上，实现年节电量490 亿千瓦时，相当于年节约标准煤1500 万吨，二氧化碳减排量2800 万吨。

因此，体积小、能效高和运行可靠的稀土永磁电机是工业领域实现碳达峰、碳中和的首选电机。未来工业各领域对稀土永磁电机的需求不可限量。钕铁硼永磁、钐钴永磁等各种稀土永磁材料在工业电机节能领域贡献巨大。

2.稀土储氢材料

氢能具有储量大、效率高、无温室气体排放、便于贮存和运输且安全性高等优势，被认为是未来能源替代的终极解决方案。稀土储氢材料在镍氢电池、氢能储运、氢气纯化、氢同位素分离、热泵、压缩机、催化剂、传感器等众多领域有广泛应用。近年来，风能等间歇性新能源的储存、燃料电池的高密度氢源、太阳能光热发电储热正逐渐成为稀土储氢材料新的应用重点，氢能源利用技术已经在燃料电池汽车、家庭热电联供等领域取得成效，也逐步在氢能的无碳排放生产、氢能发电、氢能社区等领域进行示范试验，氢能作为可再生能源目前已成为碳中和路径的替代能源之一。

3.稀土镁铝结构材料

稀土镁铝结构材料被誉为“21 世纪最具发展潜力和前途的绿色工程材料”。稀土镁铝结构材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、韧性及延展性好等优点，可大幅度增强其应用产品的质量和性能，其运用可明显提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能，对于全球结构材料轻量化节能减排发展贡献巨大，同时也是碳中和所需要的重要节能降碳材料。

4.稀土催化材料

稀土分子筛催化剂用于石油催化裂化，能够增加轻质油产率，降低炼油成本；稀土三元四元汽车尾气净化器的应用，大大减少了汽车等移动源的有害气体和粉尘排放，减少了温室气体的产生。稀土催化材料为节能降碳、实现碳中和做出贡献。

二、“双碳”背景下，稀土行业面临的挑战

对稀土行业而言，实践“3060”双碳目标既是大势所趋，也是行业升级与绿色发展的重大机遇。一方面，双碳目标是稀土行业完成供给侧结构性改革的重要动力。长期以来，稀土生产过程被普遍认为具有环境污染大、生态破坏性强的特征。但目前缺乏对稀土生产全生命周期的环境影响的量化评估和关键环节的定位识别，进而无法明确其碳减排的关键路径。双碳目标作为“推进器”可以极大程度地推进稀土行业的环保治理、能源高效管理和资源二次利用等清洁生产环节的进程，进而提升稀土生产企业的社会形象。另一方面，双碳目标的实践也将极大促进稀土的应用。稀土被誉为“新材料之母”，以稀土永磁材料为代表的稀土功能材料是各行业实现节能降碳的关键材料，是实现“3060”碳目标的重要材料基础，其中稀土永磁材料、稀土轻质合金、稀土镍氢电池等中间产品在风电装备、新能源存储设备和低碳交通等领域发挥着重要的作用，具有巨大的市场潜力。

为实现双碳目标，稀土产业面临两大关键挑战。首先，稀土生产流程复杂，排放源众多，全生命周期碳排放测算存在极大困难。稀土行业具备生产流程长、生产工艺复杂、输入输出物质繁杂等特征。基于此，围绕稀土生产的物质投入、能源消耗以及设备使用，厘清稀土全产业链各环节的碳排放极为重要。其次，由于稀土广泛应用于风机、新能源汽车等低碳清洁技术，其需求将在短期内迎来迅猛增长，进而可能导致稀土生产规模的扩大及其碳排放的增加。在此背景下，研判未来稀土消费与生产的变化情况，明确碳排放核算方法，模拟碳排放变化趋势，对稀土行业可持续发展及稀土—能源协同减碳实施路径规划至关重要。

未来，稀土产业发展一方面会遭受客观环境变化带来的直接影响，比如投资选址或者项目本身所面临的环境风险，另一方面还将面临监管、声誉、经济和法律等多维度的社会风险。并且，随着碳中和目标的提出及可持续发展逐渐成为社会共识，稀土产业将面临来自国家、社会和企业内部的多重减碳诉求。因此，亟需通过对自身的碳排放情况进行全面、系统的梳理，建立全生命周期的企业碳中和管理体系，用以支撑长期的碳减排、碳达峰和碳中和发展目标，打造行业示范标杆，强化品牌影响力。我国稀土企业应主动把碳作为一项资产进行全面规划和管理，碳规划和管理做得好，就是机遇；做不好就会被市场淘汰。

三、“双碳”背景下，稀土产业升级路径思考

1.开展稀土产品全生命周期环境影响评价，打破绿色贸易壁垒

目前国内外已经初步形成多种碳排放核算方法，可分为自上而下的宏观层面核算和自下而上的微观层面核算两类。其中，自上而下的碳核算方法以政府间气候变化委员会（IPCC）的《国家温室气体清单指南》为代表，用于探查国家宏观层面的碳排放情况，主要做法为先按国民经济部门对主要的碳排放源进行分类，进而在此基础上构建子目录，实现自上而下的碳排放核算和层级分解；自下而上的碳核算方式多用于企业、组织和消费者在生产与消费过程中的碳排放情况，其常用方法可分为基于产品的生命周期碳排放核算和基于企业的碳排放核算两种，其中生命周期评价方法是应用最广泛、方法最成熟、国际认可度最高的环境影响评价工具。

生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）是量化评价产品生产消费全过程的资源效率与环境影响的国际标准方法（ISO 14040 国际标准，GB 24040 国家标准），为各行业和各种产品的绿色低碳发展提供了科学、规范的分析方法，是核算目标产品碳排放国际公认的主要的甚至是唯一的方法。

为了建立规范、统一的LCA 评价体系，保证LCA 结果的可信度与可比性，ISO 14025 国际标准进一步提出了制定各类产品LCA 评价细则（即产品种类规则PCR，Product Category Rules）的概念和基本要求。PCR 是LCA 评价细化与规范化、迈向实际应用的重要基础，也是编制EPD 报告的准则。目前国内PCR 涵盖行业少、数量少，但国外已制订了覆盖行业广、数量多的PCR。

环境产品声明（Environment Product Declaration，EPD）是国际标准化组织ISO 发布的环境标志之一，是由第三方验证的、科学的、可比的、国际认可的，对产品整个生命周期的综合环境影响及其可持续性进行披露的绿色产品认证。EPD 基于PCR 标准发布，被认为是对政府绿色采购和产品生态设计最有力的支持工具。目前欧盟、美国、日本等国家部分产品的进口要求必须有产品EPD 认证，因此随着各国碳中和目标的制定，无EPD 认证的产品出口将会受到越来越大的限制，直接关乎企业的生存。

2.开展稀土材料对节能降碳的贡献研究，强化“双碳”支撑能力

稀土材料因其独特的性能在节能减排的各个领域发挥了突出作用，如稀土电机每年可节电上千亿千瓦时，减少碳排放近亿吨。基于此，稀土产业需面向国家“双碳”战略需求，以风电、电动车、工业电机、轻量化结构材料、储能储氢产业等支撑“双碳”目标的重点产业为对象，通过对稀土产品及其下游应用的调研分析，利用技术清单分析、生命周期评价等方法，构建典型稀土元素与下游节能降碳应用关联模型，量化单位产品在“双碳”重点领域中的用途、规模及节能降碳效应。

基于我国双碳路径设计，识别我国风电、电动车、工业电机、轻量化结构材料、储能储氢产业等稀土降碳产业演变趋势，预测未来稀土产品的需求规模，在考虑企业资源禀赋、产能规划等条件约束下，以高值、低碳、绿色、循环发展为目标，基于多目标优化方法，分析通过矿产资源进口、新兴产品研发、稀土资源回收、产品结构调整等措施，探索稀土企业“全生命周期碳中和”的潜力及实施路径，基于稀土具备“下游应用减排”与“上游生产增排”的双重属性特征，开发涵盖稀土全生命周期过程的碳排放综合量化模型，选择稀土企业生产及研发的典型产品作为研究对象，采用物质流分析的方法，追踪稀土产品流向下游节能降碳产业的路径和数量，分析稀土企业与节能降碳产业的关联关系，结合稀土企业生产端的碳排放情况，量化典型产品对节能降碳产业的支撑作用，综合评估稀土产品全生命周期过程的综合碳排放效果。

3.研发面向节能降碳的稀土功能材料，拓展发展空间

我国碳达峰、碳中和战略规划的实施为稀土在新能源发展和节能降碳做出重要贡献，也对稀土材料的性能和性价比提出了更高的要求。风能、太阳能、氢能和光伏等可再生新能源发电就是最好的替代和减排方式；对于节能降碳提高能源效率，最有效的措施就是减碳材料的应用和降碳技术的研发。

由于稀土元素的独特性能，在目前碳达峰、碳中和目标下，面对能源和交通系统低碳转型的巨大宏观需求，需要大量的稀土产品和稀土材料。以稀土永磁电机为代表的稀土永磁材料在低碳能源和节能降碳装备中具有重要贡献；以稀土储氢装置和镍氢动力电池为代表的稀土储氢材料应用于氢能源和新能源汽车领域，作为清洁能源不仅从源头减少碳排放，更在终端应用领域起到节能降碳作用；以稀土铝镁合金为代表的稀土结构材料在材料轻量化、节能降耗方面有突出作用；以尾气净化催化剂为代表的稀土催化材料在节能环保和减少温室气体排放方面有很大贡献。

稀土产业应该加大力度研发服务于这些领域的稀土产品和稀土材料，并开展这些产品投入应用后的节能降碳效益分析，进一步为稀土产业链延伸开拓更大的市场空间，满足我国低碳能源等领域更大范围的产品需求，担当更大的政治任务，为节能降碳做出更大贡献。

当前中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，碳达峰、碳中和既是我们向世界的庄严承诺，也是我国高质量发展的必然要求，是现代化进程的必由之路。“双碳”作为当前的新兴课题，尽管目前全行业对于碳目标下的发展方向尚未提出清晰的规划和路径，但不难预测，未来围绕碳达峰、碳中和提前布局相关项目，推动行业绿色转型发展，将成为我国稀土产业提升综合竞争力有效抓手。为此，围绕双碳目标，我国稀土产业需从全产业链视角，建立稀土行业的碳排放核算方法，明确稀土生产的碳排放现状与稀土产品的碳减排贡献，提升产品绿色竞争力。同时，也需要迅速研判稀土行业未来需求与生产格局变化趋势，制定碳达峰、碳中和技术路线，规划产业发展路径，明确稀土产业发展对我国碳减排的支撑作用及其全生命周期的碳减排效益，为国家制定稀土产业发展规划及实现“双碳”目标提供科学依据，为积极稳妥推动中国经济行稳致远，促进中国生态环境从根本上实现好转，美丽中国建设基本实现贡献力量。