週密老謀深算的中國稀土政策,讓日商蔓延「因買不到稀土所以可能被迫停產」的困局中。為了彌補稀土的過度依賴,日本政府將斥資上千億日圓,向私營公司提供補貼,幫助國內工業降低對於中國稀土供應的依賴。2011/3/11世紀巨震襲擊日本,對台灣電子產業衝擊甚大。我們必須要覺悟到一件事情,不是自己的東西遲早會被拿走,利用別人的資源開發的科技如同沒根的樹,這種事實慢慢會越來越多。我們該如何來避開風暴、另創新局。
陳乃塘
「稀土」可以說是不可再生的戰略資源,被廣泛應用在國防、航太、電子、IT、核工業、綠色經濟等各項領域。中國「稀土」儲量佔全球三成多,卻供應了九成七以上的產量。每個國家擔心一旦受到限制,勢必會影響他們的科技工業發展。
中國大陸對日本祭出大嵩陽手。2010/12,對於稀土的輸出政策打出兩大規制,對於稀土的穩定供應問題,挑起莫大的效應。其中之一,中國商務部2010/12/28發表了2011上半年的稀土輸出(EL),大幅度地削減為1.4446萬噸,相對於2010年上半年的2.2283萬噸,減少了35%。其中,衝擊最大的國家該是電子產品大國之一的日本,畢竟,日本依賴中國的層次超過九成。
「確保2011年稀土(稀土族元素)*的穩定供應將變得困難」,日本稀土材料廠商如是說。 「因買不到稀土所以可能被迫停產」,更是日商的集體焦慮。如今又有大地震的雪上加霜。而台灣與日本的依存關係甚高,值得留意。
其中之二,中國財政部2010/12/15發表了稀土輸出關稅的對象物質(元素、化合物)以及稅率的修正。比如說,使用於馬達的原材料銣(Nd),輸出關稅的稅率從15%提高到25%。而且,有些課稅對象外的鐵合金(稀土的質量比例超過10%以上的對象),也是25%的輸出關稅。
稀土影響產業如此深遠。故,從事電子產業者,對於稀土(rare earth)實在有了解的必要性。
第一門課:認識稀土的基礎
稀土是哪些玩意兒?
若是從元素週期表來觀察,第三族4,5,6週期的元素就是「稀土(rare earth)」。換句話說,鈧(Sc)、釔(Y)、原子序號57~71的鑭係元素,合計起來的17個元素的總稱,就是稀土。
而鑭係元素,則包括有鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鉅(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、餌(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)。
<<< 稀土在化學元素週期表中的分布。>>>
有一個名詞「Rare metal」,無妨就稱之為稀有金屬。稀土,就是包含在稀有金屬之中。。而稀有金屬通常就是泛指鈷(Co)、鋰(Li)、錳(Mn)等金屬,不同於從古至今使用鐵、銅、金以外的金屬。而今銀銅鐵鋁等金屬,即以「Common Metal」來歸類之。
稀土真的非常”稀”嗎?
就某些元素而言,稀土元素並不一定稀有。從顯示地殼中含量多少的存在度來看,鈰(Ce)為66.5ppm,含量甚至大於銅(Cu)的50ppm。La和銣(Nd)也分別為40ppm左右,多於鋰(Li)和鈷(Co)。但是稀土在地球上的分佈很分散,因此具有可開採出礦石的地點少、分離困難等特徵,所以是非常稀缺的材料。
<<< 稀土樣貌。>>>
為何中國的禁止輸出會引起稀土風暴?
原因很簡單,全世界所產出來的稀土,97%由中國大陸生產出來。故,中國的停止輸出風吹草動,皆會引起漣波效應。
<<< 稀土當前被中國所掌控。>>>
其實,若是觀察地球的稀土分布,澳洲、加拿大、美國都有稀土的礦山。多是因為中國的低價攻勢,無利可圖而停止了開發。然而,隨著原物料的價格高漲,這些礦山的再開發,當然是意料中的事情了。但是,唯有欠東風,那就是「時間」。
稀土與電子產業之間的關係為何?
很多人都知道稀土應用在各種電子零組件上,比如說,
—. 電動車、油電混合車用的馬達所使用的銣磁鐵有銣(Nd)、镝(Dy)。
—. 使用LED、雷射為光源等螢光體,需要銪(Eu)。
—. 鎳氫充電電池中作為氫氣吸藏合金,就需要鑭(La)。
—. 為了改善電容器特性,也有添加鑭(La)的案例。
—. 超導體材料使用到釔(Y)。
—. 此外,液晶用玻璃基板或是數位相機的光學鏡頭,研磨時需要用到鈰(Ce)。
總之,我們可以用途分門別類將它所使用到的稀土,整理如下:
—. 超導體材料:Y。
—. 光學玻璃:Y、La、Gd。 Æ. 影響到相機、智慧型手機產品。
—. 鎳氫充電電池:La。 Æ. 影響到電池、油電混和車。
—. 玻璃研磨:Ce。 Æ. 影響到液晶面板、硬碟
—. 陶瓷電容器:La。
—. 銣磁鐵:Nd、Dy。 Æ. 影響到馬達。
—. 螢光體:Y、La、Nd、Eu。 Æ. 影響到液晶面板。
—. 釤鈷永久磁鐵: Sm。 Æ. 影響到音頻機器、手錶。
—. 醫療用品 Æ. 影響到X光底片。
由此可知,電子產業對於稀土的依賴度很高。
稀土難道真的無可替代嗎?
當然是有其他材料替代的實際例子,但是,特性往往卻會滑落。畢竟,稀土特別是在磁力、發光等面向,是其他元素難以替換的。即使,不是磁力、發光等應用,當前的試行錯誤也發現難以替代材料的窘狀。
<<< 磁鐵的磁力特性仰賴著稀土。>>>
<<< 強力磁鐵是馬達與硬碟中的重要組件。>>>
稀土包括原子序數21的鈧(Sc)、39的釔(Y)、57的鑭(La)到71的鎦(Lu)等15種鑭係元素在內的17種元素的總稱。另外,原子序數61的 鉅(Pm)半衰期僅為17.7年,因此在自然界中不存在穩定同位素。
稀土危機:
從電子產品到油電混合動力車,稀土是眾多產品中不可缺少的材料。隨著中國限制稀土出口的政策,爾後稀土的穩定採購產生了重大的「危機」感。
這場稀土危機將會持續。中國政府對於稀土出口限制的強化會導致稀土供應短缺和價格暴漲。如果稀土問題長期化,不光是部材、材料廠商,甚至家電與汽車廠商經營產品的量產計劃和製造成本都很可能會受到重大影響。
實際上,2010年夏季之後持續至年末的稀土供應短缺和價格暴漲都源於中國的調整政策的影響。在中國的出口限制下,稀土價格紛紛暴漲。比如說,La和Ce的價格暴漲至原來的近10倍。
又,過去La和Ce因為價格低,資源量豐富,各家廠商的儲備量很少。而La卻是對於提高光學透鏡性能不可或缺的元素。如果再持續漲價,就只能反映到透鏡的價格中了。
中國稀土出口限制對汽車電子影響又是如何呢?經過研究,至少有9種稀土元素會經常使用在汽車電子產品裏。 中國是世界上唯一擁有全部17種稀土礦產的國家,汽車電子需要的以上9種稀土礦儲量都很豐富。如果中國在2011年繼續加強對稀土出口的管控,勢必會影響到汽車電子業,進而連帶影響整個汽車產業。
<<< 稀土會波及到油電混合車的價格。>>>
對於廠商或是消費者來說,悄悄地來了一場危機,這就是稀土風暴。危機發生的關鍵,就來自於『生產處於中國壟斷狀態 』。
有趣的問題來了。為什麼稀土的供應量和價格會受制於中國政策的左右呢?若是從資源儲量來看,稀土礦山除了中國外,還分佈在俄羅斯、哈薩克等獨聯體、美國、澳大利亞、印度等世界各地。中國的儲量其實僅佔全世界約37%。上個世紀80年代,以美國帕斯山(Mountain Pass)為首的各地礦山都曾經供應過稀土。
但隨著中國的礦山業者價格攻勢,情況發生了改變。中國低價供應稀土最終導致世界各地的稀土礦山被迫關閉。現在,全球稀土產量的約97%為中國所壟斷。最終「導致了稀土價格由中國政策決定的局面」。
當然,中國發起價格攻勢所依靠的並不只是低廉的人工費,還有開採的稀土礦石的特殊性。在中國南部開採的稀土礦石中更是含有與其他地區迥異的元素。 中國南方的龍南(Longnan)等地開採到的「離子吸附礦」則大量含有釤(Sm)、釓(Gd)、鋱(Tb)和Dy等稀土*。由於這些元素是磁鐵和螢光體的原材料,因此需求量大。而且,離子吸附礦基本不含Th、U等放射性物質,精煉比其他礦石簡單。
即使澳大利亞、美國、加拿大等地,此前因與中國打價格戰而被迫停止稀土開採的礦山將重新啟動開發。目的是即使沒有中國的出口,在某種程度上也可以通過從其他地區的進口來維持生產。但是,需要時間,最快也要進入2012年以後。
注:從太空來探索礦物資源,乃是活用光學感應器-Hyper Spectral Sensor,測定來自地表的太陽光反射,而比對各種礦石資料。
<<< 太空探索礦物資源寫真範例。>>>
中國減少稀土出口,主要的謀略是要實現中國產業結構的高度化,希望自身成為電動汽車等必需的釹磁鐵等稀土族高附加值材料生產國的目的。中國為了實現培育發展國內產業的願望,今後可能還會圍繞稀土發起第2、第3輪攻勢。 因此,當前很難說危機就此可以化解。
如何來對付稀土風暴:
就算中國的說辭,是保護環境與避免資源枯竭。明眼人一看就知道這是中國垂直整合的目的、培養自主產業、限制稀土出口可能意在促進中國產業的轉型 。舉例來說,以電子產業為中心,中國掌握了圍繞稀土的供應鏈的原材料和組裝,也就是產品的「上游和下游」。以個人電腦的硬碟為例,玻璃基板需要的研磨劑原材料——氧化鈰在中國開採,個人電腦組裝也由EMS代工企業的中國工廠承擔。唯獨供應鏈中央的硬碟用玻璃基板是在日本生產。 故,全吃上游-中游-下游的產業鏈,該是中國的終極目的。
但是,凡事進軍中國之後,生產經驗等技術外流的風險很大。
面對中國在稀土方面的戰略性攻勢,世界上企業該如何應對呢?方法大致有幾個方向。
1.首先是開發中國地區以外的稀土礦山。隨著稀土價格暴漲,世界各地的礦山正在計劃重新動工和進行新的開發。但是,有兩個變數。之一,需要時間。之二,來自中國的另一波低價攻勢。
2.其次是盡可能節約使用,對於設計上就是要找出或是開發『減量技術』。這是當前最可用的方案之一。比如說,螢光體省量化就相當有機會。將照明或是液晶光源轉向用量較少的LED,就能快速達成目標。
3.最後是開發不使用稀土的替代材料。這是要仰賴深度的研究開發。此即開發替代技術。麻煩是需要大量的研究時間,二來,有些稀土特性很難有替代材料。以銣磁鐵來說,正在加速「無Dy化」的研究。光學鏡頭也可以考量用塑膠鏡頭或是其他方案來替代。
4.導入回收再利用機制。從市場上流通的產品回收利用稀土的方式成本偏高,因此,除螢光體等材料外幾乎未予實施。稀土回收利用要想步入正軌,必須解決「降低回收成本」和「確立回收利用方法」這兩個課題。
日本地區,有「家電回收利用法」和「汽車回收利用法」的效果備受關注。由於回收對象—家電和汽車的回收利用費用由用戶自身負擔。因此沒有回收成本。目前,日立製作所和三菱材料已經開始著手開發從空調等產品使用的馬達回收磁鐵的技術。
總而言之,稀土材料的使用現狀,論述了釹磁鐵、鎳氫充電電池負極材料和螢光體等使用稀土的理由,省量化技術和替代材料的可行性。
以中國政府限製出口為開端的「稀土危機」在2011年後依然是個難題。其背後是中國決心培養自主產業的戰略。這不僅對於材料廠商,對於資訊家電、汽車廠商都很可能造成巨大影響。
若無遠慮必有近憂,稀土風暴帶來的現代啟示,該值得警惕並加速基礎研究與對策才是。
[ 參考資料暨延伸閱讀:]
1.http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element。稀土。
2.http://sun-bin.blogspot.com/2010/10/rare-earth-elements-what-do-they-look.html。
3.http://en.wikipedia.org/wiki/Hyperspectral_imaging。
4.http://www.globalsecurity.org/intell/library/imint/hyper.htm。
5.http://www.bm.ust.hk/bm/PDF/20101019.pdf。
6.日經電子,No.1048, 2011/1/24。