今年 6 月，铃木汽车突然宣布，受限于稀土出口管制，零部件采购出现延误，经典紧凑型轿车铃木雨燕 （Swift）被迫停产。
无独有偶，欧洲汽车零部件供应商也在同时期关闭生产线，美国企业同样如临大敌，福特探险者车型生产紧急按下暂停键。
在电动车中，从车灯、雨刮器、摄像头，到安全带、音响，凡是需要微电机和传感器的部件，稀土几乎不可或缺。尤其主驱动电机，其性能与稀土永磁材料息息相关。
即便在旧能源汽车中，电动助力转向 （EPS）也离不开稀土。
按照大摩的测算，中国企业控制全球 65% 的重稀土开采、88% 的精炼，超过 90% 的钕铁硼永磁体供应。这也是为什么 CNN 将稀土引发的供应危机称为 「升级版的芯片短缺」[1]。
2010 年日本巡逻船钓鱼岛冲撞中国渔船事件发生后，中国对日稀土出口配额骤降，主要稀土氧化物价格涨幅超过 5 倍，镝铽铕三种金属涨幅同比达到 15~20 倍[4]，欧美国家一时草木皆兵。
从 2011 年开始，美日等国就以摆脱依赖为目的开启了一系列替代计划。当时普遍预计，防止稀土危机再次到来普遍需要 10 年左右。
15 年过去，稀土危机再次上演，按照美国能源部的测算，重建完整稀土供应链依然需要 10 年时间。看来历史有时候真的会重演。
一、稀土不是真的土
2016 年 Model 3 上市，在电池容量比 Model S 100D 少了 20 度的情况下，续航相差无几。马斯克将其归功于碳化硅 MOSFET，但特斯拉首席电机设计师 Konstantinos Laskaris 认为功劳是自己部门的[2]：
我们的 Model 3 有一台永磁电机，它可以在兼顾续航里程和性能目标的同时，做到成本最小化。
2021 年，搭载三台永磁电机的 Model S Plaid 上市，零百加速只需要 2.1 秒。马斯克在发布会现场难掩得意，将其形容为 「物理工程的极限」。
但无论是 Model 3 的续航还是 Model S 的加速，都要归功于一种名为钕的稀土元素。
主流的驱动电机有两种：永磁同步电机和感应异步电机，两者的结构大同小异，工作原理也没有脱离磁铁的原理：同性相斥，异性相吸。
但相比感应电机，永磁电机不仅功率密度更高，输出转矩也更大。不但动力输出更强，体积也可以做到更小。
永磁电机中广泛使用的钕铁硼俗称 「万磁王」，属于地表磁性最强的磁体，让电机最高效率可以无限接近 99%。普通的 N35 牌号 （数字代表磁能积/磁力强度），可以吸附自身重量 600 倍以上的金属。
这就是天赋与努力之间的差距。赛博坦星能提炼出稀土，变形金刚也得电动化转型。
钕的发现可以追溯到 1841 年，瑞典化学家 Gustav Mosander 将自己发现的镨钕化合物命名为 「迪迪姆」（Didymium，希腊语 「双胞胎」）。
1885 年，奥地利化学家 Carl von Welsbach 又成功完成镨钕分离手术。百年后，钕在电动车产业里大放异彩。
稀土实际上是 17 种金属元素的统称，身世颇为坎坷，从发现第一个元素钇到最后一个元素钷，化学界用了整整 153 年。
「稀土」 指钪、钇和 15 种镧系元素
1966 年，RCA 在显像管电视中采用稀土红色荧光粉，开启了稀土的大规模产业化。此后，大部分电子和汽车零部件都广泛运用了稀土元素，但由于用量有限，导致稀土的战略地位非常高，市场规模却很有限。
随着新能源车的渗透，稀土的用量大幅提高。一般来说，一辆电动车会使用 1.5~3kg 稀土。加上永磁同步电机的装机量份额高达 96%，让钕铁硼永磁体的战略地位进一步提高。
而针对钕铁硼永磁体耐热性较差、高温易退磁的特点，解决方案通常是在配方中添加镝或铽。
举例来说，通用基于奥特能平台的 SUV，每辆要使用约 160 克镝[3]，用量看着不多，但相比电子产品不算少。
CNN 将稀土称为中国的 「Powerful card」，是因为扼住了关键原材料等同扼住汽车生产的咽喉。只是如今因稀土焦头烂额的美国，曾经也是一个稀土生产大国。
二、曾经的优势产业
今年 4 月 《福布斯》 杂志发文，标题风格非常标题党：美国唯一的稀土矿将从关税中大获全胜。
所谓 「唯一的稀土矿」，指的是位于加州的芒廷帕斯（其实就是 Mountain Pass 的音译）矿，属于老天爷赏饭吃的典型：上世纪 30 年代发现了金矿，在勘探铀矿的过程中，又发现了世界级的稀土矿藏。
后来，美国钼业公司 （Molycorp）拿到采矿权，成功分离出稀土元素铕，在彩电革命中大赚特赚。1965 到 1995 年间，芒廷帕斯供应了全球大部分稀土金属，整整躺赢了 30 年。
和石油不同，稀土的壁垒不在开采，而在加工环节。从开采到利用，稀土的链条大致分为几个步骤：选矿产出精矿-分离出稀土氧化物-冶炼分离单一金属-加工成为功能材料。
稀土元素的化学性质十分接近，15 种镧系元素更是孪生兄弟，分离提纯很难。同时，稀土的分离还要尽量剔除伴生杂质元素，纯度直接影响下游材料性能。
因此与芯片类似，在稀土行业，越是接近最终产品，创造的附加值越高。提炼高纯单一的稀土金属，是整个链条中最核心的环节。
换句话说，大部分国家缺的不是矿，而是生产加工能力。
1999 年，中国开始针对稀土出口施行配额制，其核心并非出口规模，而是对出口结构的有意识引导，即限制初级产品的出口，推动下游环节高附加值产品的出口，倒逼企业转向以提纯为代表的高附加值环节。
目前，国内稀土元素已经可以提纯到 6N（99.9999%）的超高纯级别，美国还在攻坚 2N~3N 级别。加工工艺的鸿沟直接带出一个问题：美国的稀土精矿需要运到中国加工，再返销回美国。
按照美国战略与国际研究中心 （CSIS）的说法，中国稀土精炼产量占全球份额达到 92%，重稀土精炼产能更是高达 99%[5]。
以永磁电机中的钕铁硼永磁体为例，其中钕是轻稀土，镝是重稀土。镝作为添加剂，纯度至少要达到 3N。
海外稀土产业面对的另一个问题是：一些技术环节并非只有中国掌握，但只有中国掌握了规模化生产，做成了万吨级生产线。
除了有意识引导产业向高附加值环节转移，国内政策也在有意推动行业的整合。2011 年，工信部提出了 「1+5」 方案，即 「北方一家南方五家」 的规划，并在 2014 年相继完成备案。
2021 年，在国资委的主导下，六家稀土集团又整合为四家。2023 年再次整合，形成了北方稀土和中国稀土两家公司。在不到十年的时间里迅速完成了行业整合，规模优势和议价能力得以显现。
这种情况下，即便海外公司突破技术壁垒，也难以形成规模优势。
2010 年中国对日稀土限供后，因为亏损停产芒廷帕斯矿的 Molycorp 获得日本住友 1.3 亿美元注资，重启了稀土生产。但伴随中国放宽稀土出口配额，稀土价格暴跌，芒廷帕斯矿于 2015 年再次破产。
2017 年，一家名为 MP Materials 的公司收购了闲置的芒廷帕斯矿。目标是构建从稀土开采到精炼再到磁铁生产的垂直整合优势，重振美国的稀土产业。
由于精矿依然需要运到中国进行分离，直到 2024 年，芒廷帕斯矿仍有 80% 的营收来自向中国出售精矿。
三、缺失的三角关系
2023 年 3 月投资者日上，马斯克高调宣布要减少 75% 的碳化硅用量，并彻底抛弃稀土永磁体，制造一款不含稀土的永磁电机。
这两张大饼在马斯克的画饼生涯中存在感较低，但从 2017 年到 2022 年，特斯拉通过提高传动系统的效率，将 Model 3 电机里的稀土使用量减少了 25%。
马斯克的执着固然有成本因素——永磁同步电机中，稀土永磁体的成本约占 30%，前提是稀土价格不涨，出口不受限制。但也有供应链环节的考量。
特斯拉的 Roadster 与 Model S 最初都使用感应电机，原因就在于永磁电机对海外供应链的依赖。无独有偶，丰田最初也抱有同样想法，曾向特斯拉慷慨解囊 6000 万美元，代为研发感应电机。
但从 Model 3 开始，特斯拉还是出于性价比的考虑，义无反顾用上了永磁电机。
除了稀土永磁，铁氧体永磁也能用于电机，而且成本更低，但性能远不及稀土永磁体。即便性能最好的铁氧体，磁能积也大幅落后于钕铁硼[8]。
上一个让特斯拉欲罢不能的材料是石墨。4680 电池因采用硅碳负极，差点把石墨扫进历史的垃圾堆。但事实证明，替代石墨任重道远，也只有中国能够生产满足特斯拉标准和规模的石墨。
不久前，加拿大负极材料制造商 Graphite One 贴心为美国政府算了一笔账，只需投入 50.5 亿美元，其就能为美国打造一条石墨供应链，但石墨精矿投产时间被锁定在 2030 年。
作为一个上游产业，无论规模还是技术含量，往往都需要下游产业的规模与附加值推动。特斯拉作为美国电动车独苗，多少有些独木难支。
钕铁硼永磁体最早由日本住友 （后被日立金属收购）和通用汽车分别开发，双方曾为专利对簿公堂，最后达成交叉授权。但和丰田普锐斯的畅销不同，美国汽车工业对电动化性质寡淡，客观导致永磁体缺乏下游订单。
后来，通用汽车的永磁体业务被中国公司收购，专利大战主角也变成了中国磁材联盟和日立金属。2016 年，日立金属的两项烧结钕铁硼专利被美国专利商标局裁定无效，专利特权的故事逐渐翻篇。
不过，当时中国的钕铁硼磁材产量虽然占据全球的 80%，但大多为中低端产品。
2020 年后，中国新能源汽车开始提速发展，进一步推动稀土产业链升级。到 2022 年，中国高性能磁体出口量提升到了全球的 70%。
这个过程中，「稀土矿开采-精炼加工-新能源汽车」组成了稳固的三角关系，稀土生产大国变成了稀土消费大国，实现了内循环。
目前，全球钕铁硼磁铁生产商集中在中国和日本。去年，日本国内生产了 4500 吨钕铁硼磁体，自给率可以达到 60%[6]，但原料还依赖中国供应链。
作为对比，中国全年钕铁硼产量超过 30 万吨，大部分产能都被以新能源车为代表的下游产业消化，其余出口海外。
绿牌的含金量，又在此刻提高了。
参考资料：
[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 年中国稀土产业在震荡中前行，新华网
[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 年巨变，中国钕铁硼的战略之路，新材料在线
[8]What Is Tesla』s Mystery Magnet，IEEE Spectrum
