双碳目标下，稀土关键元素供应不足或制约新能源汽车发展
稀土元素是制造新能源汽车驱动电机必不可少的关键原材料。在碳中和目标下，中国稀土需求将随新能源汽车产业的迅猛发展而快速增加。因此，预测新能源汽车产业未来发展所需的稀土元素资源量，制定与新能源汽车产业发展相协调的稀土产业政策，对实现中国碳中和目标至关重要。
本研究构建了纯电动乘用车产业发展的3情景：基准情景、现有政策情景和1.5℃温控情景（碳中和情景），时间边界为2010-2060年，空间边界为中国31个省、直辖市和自治区（不含港澳台）。具体参数如下：
2060年1.5℃温控情景下的新能源乘用车保有量是现有政策情景的1.3倍、基准情景的3.7倍。在1.5℃温控情景中，纯电动乘用车保有量呈现S型增长趋势，2021-2060年复合年增长率约为11.9%。
在现有政策情景中，纯电动乘用车保有量匀速增长，在2060年达到最高，约3.55亿辆，2021-2060年复合年增长率约为11.3%。在基准情景中，纯电动乘用车保有量始终处于小幅上升状态，2021-2060年复合年增长率为8.0%，2060年达到最高，约1.09亿辆。
纯电动乘用车发展催生稀土元素的巨大需求
在1.5℃温控情景下，钕、镝和镨的需求量在2020-2035年匀速增长，在2035-2045年增速加快，2045年后增速放缓，2056-2057年达到峰值，分别为25900 t、6100 t和2600 t。2020-2060年纯电动乘用车年复合增长率为8.4%。
在现有政策情景下，钕、镝和镨的需求量保持8.3%的年增长率，2060年达到峰值，分别为22100 t、5200 t和2200 t。在基准情景下，钕、镝和镨的需求量持续增长但增速较缓，2060年需求量分别为5700 t、1400 t和600 t，年复合增长率为4.5%。
稀土元素钕、镝和镨的当前国内产能（本研究取2014-2018年产量平均值作为当前产能）分别为15220 t、630 t、4510 t，当前全球产能为19640 t、840 t、5810 t。稀土供需状况因情景和元素不同各有差异：
（1）镝元素：供应产能无法满足任何情景下的需求。在基准情景下，纯电动乘用车对镝的需求量将持续增长但增速放缓，峰值为1400 t，是目前国内年产量的2.2倍。现有政策情景和1.5℃温控情景下镝元素需求的峰值为4500 t和5800 t，分别为目前国内产量的7.1倍和9.2倍。
（2）钕元素：供应产能需要快速扩张，以应对2040年后面临的供应缺口。在现有政策情景和1.5℃温控情景下，汽车电气化对钕的需求量峰值分别为21300 t和25600 t，是当前国内年产能的1.4倍和1.7倍。
（3）镨元素：产能充足，可以满足未来纯电动乘用车发展的需求。在基准情景、现有政策情景和1.5℃温控情景下，乘用车电气化对于镨元素的需求峰值分别为600 t、2100 t和2500 t，是当前国内产能的13.3%、46.6%和55.4%。
本节基于低（50%）、中（70%）和高（90%）的电动车稀土回收率，评估了钕、镝和镨3种元素在不同情景下的可回收量、一次供应需求量和一次供应与二次供应的占比。主要发现如下：
（1）在新能源汽车中，钕、镝、镨的在用存量巨大，具有很大的回收潜力。在稀土永磁低回收率情景下，钕、镝、镨3种元素的峰值报废量分别是当前国内产量的0.2~0.8、1.1~4.3、0.1~0.2倍。相比于低回收率情景，稀土中、高回收率情景中稀土可回收量将会上升1.4倍和1.8倍。
（2）回收纯电动乘用车中的稀土元素可以有效减少原生稀土矿的消耗量。在1.5℃温控情景中，若考虑到稀土高回收率设定的影响，对于钕元素，其原生矿产需求量将不会超过当前钕产能；对于镨元素，其原生矿产需求量将在不超过镝产能的基础上进一步降低，扩大镨元素的战略储备；对于镝元素，其原生矿产需求量仍远超过当前产能，原生矿产供应面临极大挑战。
（3）通过大力发展循环经济，中国未来有望构建以再生资源为主的稀土供应结构。在基准情景下，通过大力发展稀土永磁回收，2060年再生资源的占比将升高到50.1%（低回收率情景）～90.1%（高回收率情景）；在现有政策情景下，2060年再生资源的占比将升高到35.4（低回收率情景）、49.6%（中回收率情景）和63.8%（高回收率情景）；在1.5℃温控情景下，2060年再生资源的占比将升高到45.6%（低回收率情景），63.9%（中回收率情景）和82.2%（高回收率情景）。
1）纯电动乘用车保有量在1.5℃温控情景、现有政策情景和基准情景下均显著增长。2060年中国纯电动乘用车保有量在3种情景下分别达到4.56亿、3.55亿和1.09亿辆，是2020年的101倍、61倍和25倍。
2）在上述三种情景下，稀土元素需求量的年复合年增长率分别为8.4%、8.3%和4.0%。其中，镝元素的供需矛盾最突出，钕元素在1.5℃温控情景和现有政策情景下会存在供需矛盾，而镨元素暂时不存在供需矛盾。
3）目前纯电动乘用车中，稀土元素具有较高的回收潜力，可以成为我国稀土供应的主要来源。据估算，钕、镝和镨3种稀土元素理论报废量的峰值分别是当前国内产量的0.4~1.5、2.2~8.6和0.1~0.5倍。在基准情景、现有政策情景和1.5℃温控情景下，稀土一次供应量在2060年总供应量中的比例分别降至49.9%、64.6%和54.4%。
1）大力发展新能源汽车对我国应对气候变化、保障能源安全、实现碳中和目标至关重要。然而，在新能源汽车的快速发展的背景下，其供应链、产业链及配套环境尚不成熟，导致新能源汽车整体供应链风险凸显。
为此，建立健全支持汽车产业发展的政策措施，对上游资源进行有效整合与掌控，加强产业链布局与技术研发创新，保障新能源汽车的产业链、供应链自主安全可控。
2）促进稀土产业与新能源汽车产业协同发展，增强我国新能源汽车与稀土产业的国际竞争优势。在“双碳”战略下，大力发展新能源汽车是大势所趋。对于稀土产业而言，要紧密结合新能源汽车的发展需求，促进稀土产业向新能源汽车发展发展延伸。
同时，新能源汽车厂商也要同步加快对永磁电机等上游关键技术的布局，推动电动车产业和稀土产业的协同发展，极大提升我国新能源汽车产业在全球竞争中的稀土优势。
3）加快推进稀土永磁电机循环回收产业布局，提升我国稀土资源绿色供应水平。从报废的纯电动乘用车中回收稀土元素可以减少环境污染，有效缓解稀土元素的供需矛盾，建议结合稀土循环回收需求，提前布局稀土分离、提纯等方面的工艺、技术和设备，建立科学的稀土回收体系，提升纯电动乘用车产业发展的稀土资源安全保障能力。
本文作者：王晨阳、汪鹏、汤林彬、陈玮、陈伟强
作者简介：王晨阳，中国科学院城市环境研究所，研究实习员，研究方向为金属供需预测；汪鹏（通信作者），中国科学院城市环境研究所、中国科学院赣江创新研究院，副研究员，研究方向为稀土等关键金属资源管控与国际战略研究；陈伟强（共同通信作者），中国科学院城市环境研究所、中国科学院赣江创新研究院、中国科学院大学，研究员，研究方向为环境系统工程、城市矿产与循环经济、资源安全与可持续发展。
论文全文发表于《科技导报》2022年第8期，原标题为《碳中和背景下中国电动车产业稀土需求预测》，本文有删减，欢迎订阅查看。
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