【技术帖】新能源汽车关键原材料全球供应风险评估

摘　要：近年来，新能源汽车井喷式的发展对关键原材料形成了强劲的需求，使原材料面临更加严重的供应风险。本文界定了钴、镍、锂、稀土等23种新能源汽车关键原材料，从地质性、技术性及经济性因素，社会发展水平和监管政策因素以及地缘政治因素3个影响因素出发，设计了5项二级指标，对新能源汽车关键原材料的全球供应风险进行定量评估，并进一步分析了城市矿产循环利用对新能源汽车关键原材料供应风险的调节效应。结果显示：不考虑城市矿产循环利用的情景下，新能源汽车23种关键原材料中，锡的风险最高，铬、锗、钴的风险依次降低，锂的风险最低；在考虑城市矿产循环利用的情景下，这些关键原材料的全球供应风险有不同程度的下降，中高风险原材料种类减少，中低风险原材料种类增加。鉴于新能源汽车快速发展对其关键原材料的强劲需求，应尽快实施关键原材料的分类管理，加强城市矿产的开发利用，以提升新能源汽车关键原材料的保障能力。

关键词：新能源汽车；关键原材料；供应风险；城市矿产；资源循环

引言

现有文献对新能源汽车的研究多集中在商业模式、产业政策、产业联盟等方面，如谢青、刘颖琦对新能源汽车的商业模式创新进行了研究分析；王静宇等基于社会网络视角，对中国新能源汽车产业联盟进行了实证研究；李华晶等基于绿色技术创新视角研究了新能源汽车企业研发投入与绩效的关系；王燕妮引入社会技术系统理论和多层次视角模型，分析了新能源汽车社会技术系统面临的宏观环境；程广宇、范如国、王宏起等对新能源汽车产业发展、补贴政策、生态系统等进行了分析研究。当然，也有文献从未来可持续技术、战略性新兴产业发展的视角对全球稀有矿产资源的供应风险进行了分析，但并没有针对新能源汽车的关键原材料做出评估，并且多从原生资源角度考虑，忽略了城市矿产循环利用对原材料供应的影响。在此背景下，本文界定新能源汽车关键原材料，建立原材料全球供应风险评估指标体系，对新能源汽车关键原材料进行全球供应风险评估，为提高新能源汽车关键原材料的保障能力提供科学依据。

1、研究方法

1.1 研究对象的界定

通过整理现有文献、汽车生产商报告等资料，并结合新能源汽车和新材料领域多位专家意见，本文最终确定了铬、铝、锗、钴、锡、铁、铟、锌、锰、锆、银、金、镍、铜、镓、稀土、石墨、硒、镁、硅、铂、钛和锂23种关键原材料作为研究对象(见图1)。

1.2 指标体系的构建与测量

目前关于新能源汽车关键原材料供应风险评估的研究还比较少，尚未形成完善的评估体系，但对原材料供应风险评估方法的研究有很多。美国国家研究委员会、欧盟委员会、中国国土资源部等组织和机构根据各国或地区产业发展的重点从不同层面构建指标体系对稀有矿产资源的供应风险进行评价。从具体评估指标来看，生产集中度、资源耗竭时间、世界治理指标、人类发展指数在矿产资源供应风险评估中出现的次数较多，也有一些机构使用了进口依赖、进口集中度等指标，但使用频次较少。本文是从全球尺度进行研究，不考虑进出口对原材料全球供应风险的影响。

其中，调整分

为功效系数，25为档间距。通过式(1)的转化，SRR/P的值越大，表示原材料的地质性、技术性及经济性因素所隐含的供应风险越高。

(2)社会发展水平和监管政策因素。社会发展水平和监管政策因素主要对矿产资源的开发能力有重要影响，反映出原材料供应能力，主要通过人类发展指数(HDI)、矿业政策潜力指数(PPI)两个指标来衡量该因素隐含的供应风险：

① 人类发展指数(HDI)。现有研究通常采用人类发展指数作为衡量社会经济发展水平的评价指标。一个国家或地区的人类发展指数越高，经济活动的稳定性也就越高，原材料开发的稳定性也就越高。本文参考Graedel的处理方法，先对人类发展指数进行处理转化，以原材料生产国占全球生产总额的比重为权重，进行加权平均。社会发展水平隐含的原材料供应风险的表达式如下：

其中，Wi表示原材料的某生产国产量占全球产量的比重，HDIi表示该国的人类发展指数。通过式(2)转化，SRHDI值越高，社会发展水平隐含的供应风险就越高。

其中，Wi表示原材料的某生产国产量占全球产量的比重，PPIi表示该国的矿业政策潜力指数。通过式(3)转化，SRPPI值越高，矿业监管政策隐含的供应风险就越高。

(3)地缘政治因素。地缘政治因素是影响资源供应能力的另一个重要因素，主要通过政治稳定与无暴力程度和全球供应集中度两个指标衡量该因素对原材料供应风险的影响：

其中，Wi表示原材料生产国产量占全球产量的比重，WGI-PVi表示该国家的政治稳定与无暴力程度。通过式(4)转化，SRWGI-PV值越高，隐含的供应风险就越高。

② 全球供应集中度(HHI)。矿产资源的生产供应若集中在某一个国家或地区，一旦该国家或地区的矿业监管政策、政治局势等条件发生变化，就会对矿产资源的供应产生很大的影响。按照产业组织的研究方法，采用赫芬达尔-赫希曼指数(HHI)对矿产资源的全球供应集中度进行测量。某矿产资源各个国家生产占比平方的总和即是该种矿产资源的全球供应集中度。根据美国司法部指南，市场集中度可以HHI划分为三个等级，低于0.15属于低度集中市场，0.15～0.25属于中度集中市场，高于0.25属于高度集中市场。采用功效系数法对HHI进行转化，如表2所示。

其中，调整分

0.03%为功效系数，为档间距。通过式(5)转化，HHI的得分越高表示原材料全球供应集中度隐含的风险越高。

最后，通过加权平均法对指标进行汇总，得到各关键原材料的全球供应风险,计算公式如下：

1.3 风险等级划分

本文参考耶鲁大学、通用公司等的研究，将风险划分为高风险、中高风险、中风险、中低风险和低风险五个等级，如表3所示。

1.4 数据来源

本文数据来源主要是2017年最新公开出版的文献、报告以及政府或其他国际组织的统计数据。其中，原材料的全球及各国家或地区的产量、储 量数据来源于美国地质调查局(USGS)2017年公布的Mineral Commodity Summaries；人类发展指数(HDI)来源于联合国开发计划署发布的报告；矿业政策潜力指数(PPI)由加拿大菲莎研究所获取；世界治理指标(WGI-PV)来自世界银行发布的数据。

1.5 不确定性分析

2、研究结果

2.1 新能源汽车关键原材料全球供应风险评估

(1)新能源汽车关键原材料全球供应风险结果分析。新能源汽车关键原材料全球供应风险评估结果如表4所示，在新能源汽车23种关键原材料中，锡的供应风险最高，铬、锗次之，锂最低。

从社会发展水平来看，钴资源全球储量的53.66%分布在刚果(金)，该地区的人类发展指数较低，钴资源的供应存在着很大的风险。从矿业监管政策来看，锡、铬、石墨的矿业潜力政策所隐含的供应风险较高。锡资源主要分布在矿业政策潜力指数相对较高的中国、印度尼西亚、巴西等国家，矿业监管政策不确定性较大，该项隐含的供应风险较高。对于铬、石墨来说，主要产出国是南非、印尼、菲律宾、中国、印度等发展中国家，出口、开采等矿业政策同样面临着很大的不确定性，矿产勘探、投资等稳定性较差，导致铬、镍和石墨的全球供应面临较大的风险。而硒资源的主要生产国是德国和日本，社会发展处于较高水平，因而风险较低。综合考虑社会发展水平和矿业监管政策因素，锡的风险最高，硒的风险最低。

从政治稳定与无暴力程度指标来看，在新能源汽车所需的23种关键原材料中，石墨、的风险最高，硒的风险最低。整体看来，政治稳定与无暴力程度和矿业监管政策对原材料风险的影响基本一致。石墨、锡的生产国主要集中在印度、印尼、中国等发展中国家，WGI-PV值较低，导致供应风险较高。从全球供应集中度来看，83.33%的稀土资源都由中国生产供应导致稀土资源的风险最高，镍、钛等资源较均衡的分散在世界各国而风险最低。综合考虑政治稳定与无暴力程度和全球供应集中度两个指标，稀土的风险最高，钛的风险最低。

2.2 进一步情景分析

随着自然资源的生产和消费，大量矿产资源蓄积在产品中，以在用存量或废弃物的形态不断堆积在城市中，形成丰富的城市矿产，且矿产种类越来越丰富。资源的循环性使得城市矿产对资源供给具有重要的乘数效应。对于一单位的任意资源，如果其回收利用率达到90%，则一次循环可增加0.9倍的资源量，二次循环可增加1.7倍的资源量，无限次循环则可增加9倍资源量。因此，城市矿产的循环利用能够降低对原材料的开采需求，提高可开采年限，缓解供应压力，为新能源汽车关键原材料的供给开辟了新的渠道。本部分分析了新能源关键原材料在一次、二次以及无限循环的情景下其全球供应风险的变化，其中回收率采用Graedel研究中的全球平均报废后回收率。

(1)城市矿产循环利用对新能源汽车关键原材料供应风险的调节效应。从整体来看，考虑城市矿产循环利用对供应风险的调节后，新能源汽车关键原材料的全球供应风险发生了一定的变化。不考虑资源循环情景下，新能源汽车关键原材料全球供应风险均值为46.52；一次循环情景下，全球供应风险平均值为44.00，平均降低5.30%；二次循环情景下，全球供应风险平均值为42.57，平均降低8.13%；无限循环情景下，全球供应风险平均值为35.00，平均降低22.66%，如表5所示。

城市矿产循环利用对新能源汽车关键原材料全球供应风险调节效应如图5所示，根据分析，可将调节效应分为三类:

新能源汽车关键原材料全球供应风险等级变化。通过城市矿产循环利用对原材料供应风险的调节效应评估结果，可以发现，新能源汽车关键原材料的全球供应风险等级发生了较大变化，中高风险原材料种类减少，中低风险、低风险原材料种类增加，如图6所示。具体来看，一次循环后，铁、铝由中风险降为中低风险；二次循环后，新增铜由中风险降为中低风险；无限循环后，铬、锡由中高风险降为中风险，钴、锌、锰、银、镍、金6种关键原材料由中风险降为中低风险，铜由中低风险降为低风险。

3、 结论与建议

3.1 结论

3.2 建议

(1)建立关键原材料供应风险动态评估机制。应紧盯国际市场技术创新，结合新形势及时调整、开发新能源汽车关键原材料，并进行风险评估。

(2)对新能源汽车关键原材料实行分类管理。考虑到不同原材料的供应风险存在差异，应对其实施差别化管理。对于供应风险较高的原材料，一方面加强地质勘查工作，寻找潜在的资源；另一方面提高资源利用效率，减少浪费；此外还需加强替代材料的研发。而对于目前风险较低的原材料，则应优化资源的长短期配置，确保资源的长期可持续供应。

(3)加强城市矿产开发利用。城市矿产作为关键原材料的重要来源，其循环利用将会缓解关键原材料的供应压力，具有战略性开发价值。建立城市矿产储量数据库，加强城市矿产回收体系建设，提高城市矿产资源化利用率，完善城市矿产开发政策支持体系，以有效降低对原生矿的需求。

来源：中国科技论坛

作者：王昶、孙晶、左绿水、宋慧玲