稀土,一个不太经常被提及的名词,在新能源汽车的时代开始扮演着越来越重要的角色……
小到车载扬声器、硬盘驱动器,大到驱动电机,都离不开稀土资源。虽然一辆新能源汽车可能用不了多少稀土,但却是不可或缺的一种原材料。而在稀土产业,中国占据着举足轻重的地位。随着5G信息时代、汽车电气化时代席卷而来,稀土自然也变得愈加重要。
然而就在2023年3月2日特斯拉“投资日”发布会上,特斯拉负责动力总成工程的副总裁Colin Campbell却谈到,特斯拉的下一代电机将完全不使用稀土材料。是特斯拉的技术有了新的突破,还是另有原因?
稀土,对新能源汽车有多重要?
新能源汽车相比燃油车最直观的变化,自然是用电驱动,电池、电机和电控就成了新能源汽车最为核心的大件。
目前新能源汽车最为主流的电机,是永磁同步电机。永磁同步电动机的特点在于其利用永磁体提供励磁,使电动机结构较为简单,降低了加工和装配费用,且省去了容易出问题的集电环和电刷,提高了电动机运行的可靠性;又因无需励磁电流,没有励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。
永磁材料,也就成了新能源汽车电机的核心原材料。而稀土,尤其是钕、钐、镨、镝,则是制造现代超级永磁材料的主要原料,比如钕铁硼磁性就高出普通永磁材料4-10倍,被誉为“永磁之王”。
除了电机,稀土对于三元锂电池也有着重要意义,“三元”这个名字,就是因为制造工艺需要将镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分比例进行调整而来。与此同时,由于稀土元素分子普遍较大,一些元素可以让电池充放电更快、使用寿命更长、电池使用更稳定,新一代动力电池很有可能会向着稀土锂电池方向发展。
此外,稀土对车身钢材、齿轮、轮毂、轴承甚至一颗螺丝都有着举足轻重的分量,甚至轮胎制造业也需要稀土高分子材料作为稳定剂。
可以看到,稀土早已是一种不可或缺的原材料,堪称现代工业的“维生素”,尤其在新能源领域占据着重要地位。那么稀土资源在世界范围是如何分布的?产量如何?
没错,中国就是稀土界的“扛把子”
美国地质勘探局USGS数据显示,我国是全球第一大稀土生产国,2022年稀土矿产量为21万吨,占全球稀土矿总产量的70%。同时,我国是全球稀土储量最高的国家,稀土储量达到4400万吨,占全球总储量的33.8%,是越南、巴西或俄罗斯的两倍。
为什么只有中国能把如此重要的稀土产业做到这样的规模?是因为只有中国拥有稀土矿产吗?答案当然是否定的。
实际上,稀土资源本身并不稀缺。稀土其实并非一种土,而是多种稀有金属的集合,地壳中的含量也比较丰富。从USGS公布的数据来看,近年来全球已探明稀土资源储量保持在1.2亿吨左右,2022年全球稀土储量为1.3亿吨。相比于其他矿产资源来看,稀土资源的储量并不十分稀缺。
稀土产业的难点,在于完整稀土产业链的建立。要知道,目前中国是目前世界上唯一能够提供17种稀土金属的国家,我国的稀土萃取提纯所占据的技术优势,更是难以被超越。
其实我国在稀土产业发展的历程中,也经历过不少波折。20世纪50年代,美国发现芒廷帕斯稀土矿之后曾一度掌握着全球90%的稀土供应。同时,技术方面的封锁让我们面对大把的稀土资源也只能在产业链的底层做原材料的供应,萃取加工的工艺都得交给美国,稀土只能卖到和泥土差不多的价格不说,还要出高价向美国购买稀土深加工产品。
正是在这危急时刻,被称为“中国稀土之父”的徐光宪院士站了出来。在没有经验和先例的情况下,徐光宪院士带领自己的团队从零开始,通过非常长时间的努力,最终完成了我国在稀土萃取提纯领域的技术进步,在国际社会引起了轩然大波。到20世纪80年代,中国的稀土成品开始走向世界,并成功让国际单一稀土价格下降了30%-40%。
如今,中国稀土已经掌握着绝对的控制力,对整个世界现代工业体系都有着深远的影响。2010年,我国曾针对稀土产业之前的不规范导致的环境污染和资源浪费问题开启整顿,并限制稀土出口配额。此后的2011年,上半年稀土价格最高暴涨了20倍。
限制稀土出口的政策,也一度让美欧日开始担忧影响电动汽车产业的发展。很多人说,这次我们也终于可以用稀土“卡”一下他们的脖子了。但实际上所谓的“卡脖子”并不存在,稀土作为重要的、不可再生的资源,理应被保护起来。我国也只是基于保护环境和资源的考虑,为实现可持续发展,针对稀土的开采、生产和出口各个环节均实施了管理措施,并不仅仅在出口环节。
随着今年7月3日,有关部门发布公告,决定自8月1日起对镓和锗两种关键金属实行出口管制,正处在电气化转型关键阶段的海外车企也开始慌了神。
特斯拉去稀土化,或许是无奈之下的倒退
早在风声刚刚传出的6、7月份,以美国为首的西方国家就开始疯狂地囤积镓、锗原料,以便应对中国可能出现的出口管制。可是,镓、锗金属的应用范围极广,使用量也相当惊人,美国等西方国家临时抱佛脚,可想而知,几个月时间东拼西凑获得的镓、锗等金属原料,远远满足不了这些国家巨大的生产需求。此前美国也曾尝试重启芒廷帕斯稀土矿,但投资高、回报率低的稀土生产链也难解燃眉之急。
对于汽车产业来说,影响自然也是巨大的。为了摆脱未来可能会出现的稀土材料短缺,特斯拉在早些时候就放出狠话,称要实现无稀土化。其实特斯拉也不用等到下一代产品,此前在Model S和Model X上,特斯拉使用的就是不需要稀土的交流异步电机。到了2017年,特斯拉却主动为Model 3换上了新的永磁直流电机。主要原因在于交流异步电机的功率密度比较低,整体效率一般,并且体积也更大,用作辅助驱动会更合适。
相比之下稀土永磁体电机的性能就优异不少,在同样的有效体积条件下,稀土永磁的最大磁能仅次于超导励磁。哈尔滨理工大学博导教授蔡蔚这样说到,“在工况以低速轻载为主的汽车上应用,目前还没有综合性能(包括体积和可靠性等)明显比稀土永磁电机更好的电机。”
按照当时特斯拉负责动力总成工程负责人Colin Campbell的原话,特斯拉“设计了下一代永磁驱动电机,它完全不使用任何稀土材料。”既然还是采用永磁驱动电机技术路线,除非直接研发出更强大的新元素。
有不少人认为,特斯拉一定是研发出了新的技术才会有这样的底气。但很可惜,马斯克不是钢铁侠,特斯拉也不是史塔克工业。正如中国电子科技集团公司首席专家、中国电子材料行业协会磁性材料分会秘书长、中国稀土学会常务理事张明在一次采访中所说,马斯克的策略更多是一种“迫不得已”的交代,特斯拉下一代电动车不使用稀土,是“顺应美国发展电动汽车计划”的投资策略。对于商人马斯克来说,控制成本才是重中之重,至于性能、效率,可以通过其他方式增益。
写在最后
身为稀土第一大国,限制稀土出口配额从来都不是为了卡别人脖子,而是保护自身利益和发展前景的重要举措。对于中国车企来说,虽然不必像特斯拉们一样担忧稀土问题,但也应该清醒地认识到在世界范围内的竞争和压力。只有不断加强核心技术实力和产业升级,优化产业结构,才能真正实现弯道超车。
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