第11章在稀有金属时代,如何获得成功

20世纪70年代,占领桌面的东西是黄色信笺簿、打字机、两格推拉盒而不是图标。尽管计算机尚未出现在普通的书桌上,资源的变革即将到来。并行接口已被用于点阵打印机上,英特尔开始出售芯片,程序设计员刚刚在阿帕网(Advanced ResearchProjects Agency Network,简称ARPANET,现在的互联网就是在它的基础上建立起来的)上发送了第一封电子邮件。1995年,施乐公司(Xerox Corporation)研究中心的领导者乔治·帕克(George Pake)预测到,办公桌上键盘与显示器的组合将要敲响纸的丧钟。“我能在屏幕上的文件夹中找到我的文件,通过按键也行。”他说,“我能收取邮件和任何消息。我不知道我还需要多少打印稿。”正如事情后来进展的那样,他还可以期待更多。

尽管所有的高科技产品似乎都在否定对纸张的需要,从帕克的时代到现在,美国的用纸量还是几乎翻了一番。我们现在比以前消费了更多的纸张——全球共4亿吨,这个数字还在不断上涨。每个办公室员工平均每天都要消费近2磅纸。

纸并不是用量增加的唯一资源。技术进步常常承诺会使用更少的材料,而实际上它们使材料的使用量增加了,于是,我们要依赖于越来越多的自然资源。这个世界现在消费的东西比之前要多得多。我们现在使用的建筑材料如砖石和水泥比一个世纪前多34倍,现在消费的矿石和工业材料如金、铜、稀有金属是一个世纪前的27倍。同样,我们每个人也使用了更多的资源。现在,我们每人的材料用量是20世纪初的10倍以上。这些,在很大程度上都要归因于我们高科技的生活方式。

20世纪80年代,美国人会围聚在电视机旁玩儿雅达利游戏(Atari game)。而现在的平板娱乐设备可以连接到硬盘录像机、扬声器和装有摄像头和运动传感器的游戏系统上。先前的磁带和磁带播放器被发配到了古董店,但新产品只能是现有的产品的补充,而不能做到完全取代。微波炉对西方的厨房造成了革命性的影响,但却不能取代火炉、烤箱和烧烤。与之类似,因为平板电脑和智能手机可以相互同步,我们发现了它们之间的互补关系,尽管它们有着类似的功能。早在2013年,就有超过三分之一的美国人同时拥有平板电脑、笔记本电脑和个人手机。这种功能上的冗余似乎并未给美国人带来烦恼。根据消费电子协会(ConsumerElectronics Association)的研究,一般的美国家庭拥有28种不同的电子设备,其中还不包括厨房电器、电动工具和洗衣机。

为了证明这种消费模式的全球性,我们仅需考察一下我们的垃圾。世界电子垃圾每年会增长约17%,即便在某些国家垃圾收集的总量已开始趋于稳定。这不仅是因为我们拥有了更多的电子设备,还因为我们将它们丢弃得太快。一台智能手机的平均生命周期只有21个月。与之类似,笔记本电脑、平板电脑和很多电子设备的使用时间都不足3年。这并不是因为它们在被丢弃时已不能使用,更多的情况是它们在设计上已经过时了。

iFixit,一家致力于维修那些不可修复的电子产品的站点,曾指出:“通过向我们出售带有‘内嵌式死亡时钟’的硬盘,苹果公司赚取了几十亿美元。”所谓“时钟”是一种内嵌电池,iFixit认为它会在保修期结束时开始失去电力。要换掉这种手机电池,你就必须跑一趟苹果商店,或是将它连同80美元一起寄回给苹果公司。很少有人愿意在维修期间放弃使用手机,所以人们更多地是选择升级。美国多家手机公司也通过每6个月就推出一款新的“免费”手机来使稀有金属的消费制度化。因此,产品的生命周期是以月计而不是以年计。而这又对人类的资源使用产生了深远的影响。

一项日本的行业研究表明,在20世纪70年代,商品的平均生命周期是5年,其中约有80%的生命周期在3年以上。千禧年刚过,这一数据就降低了一半。所有商品中有20%使用不到一年就会被丢弃,有50%在两年内就会被丢弃。

现在,消费者能够轻易地购买多种高科技产品,因为与其他物品相比它们十分便宜,在某些情况下甚至比食物还便宜。从20世纪80年代初到现在,电视和其他视频设备的售价下降了90%以上。但这些趋势都还没有提到未来稀有金属的最大用途——未来的技术。

国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory.位于科罗拉多古尔登市)的高级研究员罗伯特·泰能特(RobertTenent)使用少许稀有金属将普通玻璃制成了高科技窗户。泰能特的窗户可以让阳光通过,但不会带来热量,或是让热量通过但隔绝阳光。有的窗户还设有开关,能在5分钟内变暗。这些窗户一半遮光一半隔热,毫无疑问是先进的科技产品。泰能特的秘密配方是几克的钨和锢。

他的窗户是实验室陈列楼的一部分。这栋建筑的面积达33,445平方米,且没有外部供电,所以要使房间保持冬暖夏凉十分关键。泰能特的窗户并不只适用于实验室,它还预示着巨大的环保良机。用这种新产品来替代原来能源效率低下的窗户可以帮助美国省下4%的能源消费。但与此同时,这种窗户也面临着稀有金属供应链方面的挑战,因为单单是美国就有1813平方公里的传统玻璃窗。这些窗户标示出稀有金属时代下一个阶段的特点:当支撑我们现代生活方式的基础设施也变得越来越高科技——电动公交车穿梭于各处,马路由太阳能板制成,电梯升降使用的是磁体而不是绳索——时,人类对稀有金属的需求就会飙升。材料科技公司美国元素(American Elements )的首席执行官迈克尔·西尔弗告诉我:“创意之箭已蓄势待发。在未来的十年里你将见证无数种新材料的问世。”

新创新不仅局限于新产品,还包括找到现有技术的新用途。请想象衬有扁平面板的卧室内壁,它的颜色可以随着你的心情而改变;浴室中的“镜子”可以显示你的生命体征,这些信息是由遍布整个房间的传感器和摄像头收集而来的。通用电气预见了一种厨房,带有炉面的轮毂用声音、动作和面部识别技术帮助你将你的烹饪大作分享到互联网上。

这些产品似乎离我们很远,但新技术的增殖速度非常快。让我们来看看智能手机吧。智能手机问世后仅4年,世界上就有6%的人口拥有了它,这种手机也因此成了有史以来增长最快的技术。几年后,平板电脑仅用一半的时间就完成了同样的壮举,而现在有近一半的美国人都拥有一台。取得技术突破的速度已成为新的衡量标准,推动了稀有金属用量的增加。美国网络设备公司思科(Cisco)的报告指出,2010年共有125亿台设备接入了互联网。这一数字到2020年将达到500亿。“互联”推升了稀有金属的需求——不仅是产品本身,支撑它们的技术设施也同样需要大量的稀有金属,特别是在新型环保技术领域。

在发达国家使用越来越多的稀有金属的同时,发展中国家实施技术赶超的速度也空前迅猛。例如,在1995年中国只有7%的城市家庭拥有电冰箱,在12年后,这一比例攀升至95%。

美国政府的国家情报委员会(National Intelligence Council)预测,全球的中产阶级队伍在未来的20年内将成长为现在的3倍,在原来的基础上要增加约20亿人——相当于2个中国、9个美国。委员会在2012年的一份报告中指出:“这种爆炸式的增长意味着原材料和工业制成品会出现抢购。”再加上全球对绿色替代性能源的寻求,稀有金属的需求将会飙升。与此同时,日本金属学会(Japan Institute of Metals)报告说,到2050年,稀有金属如钻、钨、锂的需求量将增长为现在的5倍,超过当前的稀有金属储备。

即将出现的资源问题增加了如下的可能性,即资源丰富国将利用价值不断攀升的资源为自己赢得战略和经济上的优势。随着这些国家不断收紧对金属资源的控制甚至切断稀有金属贸易,资源稀缺的公司和国家就到了决定生死的紧要关头。矿业巨头淡水河谷公司(Vale)的前任董事长、首席执行官罗杰·阿格内利(Roger Agnelli)对此感到恐惧。他在2013年告诉我:“现实是,对如此多的居民而言,这个星球太小了,我们在2025年将看到这一点。随着技术变得越来越廉价,资源需求也在不断增加。我们将面临地缘政治的改变。这是真的。”

然而,我要论证的是,回避使用并不能解决我们对稀有金属的忧虑。我们给出的答案应该是去寻找更多的资源来源、更有效率地使用它们,并不断更新我们在地质、冶金、材料科学方面的知识。

为了应对潜在的资源短缺,我们必须在多重维度上思考稀有金属的供应问题。世界和每个国家都需要足量资源的安全供应——以最少的环境成本并通过可靠的供应链送达。因此,我们需要将稀有金属变成商品——我们要尽力使它们更便宜、更丰富、在生产过程中对环境的影响达到最小。也就是说,国家间的努力非常重要,包括:开发、理解各种材料,并推进材料的研发和流通;对以使用和保护资源为内容的教育进行投资;调整规则以更好地对新兴采矿企业进行治理。

在稀有金属时代,我们的选择有二:一是要更好地预测未来,二是要为所需的各种稀有金属建立起强大的供应链。但从以往的记录来看,专家在预测未来方面很难说是成功的。

“电视机没有能力在上市6个月之后维持住任何市场。人们很快就会对盯着一个合成胶板盒看感到厌倦。”20世纪制片公司(Twentieth Century Pictures)的创始人达里尔·扎努克(Darryl Zanuck)在1946年表示。

“没人有理由在家里放上一台电脑。”数字设备公司(DigitalEquipment Corporation)的创始人肯·奥尔森(Ken Olsen)在1977年表示。

“我预测互联网很快就能成为令人瞩目的新星,而它在1996年将会遭到灾难性的失败。”3Comand the Ethernet的创始人罗伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe)在1995年表示。

不知道何种创新会成功,我们就不能估计哪种稀有金属的用量会增加。30年前,摘还很少被使用。而现在,部分由于其在磁体中的使用,它对我们的高科技生活十分重要。傢因其低熔点而被广泛应用于3D打印。——一种与镐类似的金属——长期以来都被认为是制造磁制冷材料的关键金属。这种未来的技术能够革命性地改变冰箱市场,使数十亿人受惠。它将成为一种未来的技术。

相较于预测未来,我们更应该做的是为未来做准备。为此,我们需要培养更多像冈部彻那样的人才。冈部是东京大学材料科学的教授,他对钛痴心迷恋,甚至把它作为礼物送人。在中国南部见到他时,他递给我一个密封袋,袋中装有一盘钛线圈。他以此来向我解释形状记忆的概念。(他告诉我,这圈线被展开后会变回原来的形状。)钛不仅是一种科研材料,它还有着其他丰富的用途。如果没有那么贵,它就能改变我们的整个资源需求结构,因为钛比钢更强、更轻(轻45%)且不会被腐蚀。

钛——地壳中含量第四多的金属——的问题是生产成本高昂,因为它需要在高温环境下进行加工,这会对环境造成负担。部想要提高钛的加工效率,把钛变成一种高产商品。如果他成功了,钛就能够取代一部分桥梁、建筑物甚至工具中的钢。钛可称得上是一种环保的选择。制造同样的产品,钛比钢的用量更少,这就意味着开采量的减少和二氧化碳排放的降低。

冈部的研究条件比其他地方的研究员要好。他住在日本,他所在的大学可以获得少量的政府支持,生活在其他地方的大多数冶金学家就没有这么幸运了。在美国,自从政府在1995年关闭了矿产局(Bureau of Mines ),科罗拉多矿业大学的教授帕特里克·泰勒(Patrick Taylor)几乎没有办法确保得到政府对萃取冶金研究的资金支持。所以他必须加强与海外业内人士的合作。资金非常关键,但由于行业关注的是供应链的底端,公司投资者对实验研究并不感兴趣,而恰恰是实验研究在不断推进着行业的发展,正如泰勒所说,研究能够真正革新这个行业。对泰勒来说,政府支持是一种福利。此外,多项研究表明,在许多国家,政府对物理、化学领域的研究投入是经济增长的最佳预测器,在材料研究中每投入1美元将会获得10美元的回报。

除了经济增长,世界也需要在大学层面设立更多的采矿、冶金、材料科学项目以缓和开采和金属专家的短缺。人们需要这些专家取得世界所需的科学突破。增加政府支持很重要,但这并不是全部。

不幸的是,最好的材料和物理专业人士并没有在做研究。他们跑到硅谷和华尔街发展事业,麻省理工学院的材料科学家爱丽莎·阿隆索告诉我。当我询问她的同事中是否有很多会在十年之后继续留在材料科学领域,她笑道:“你不会留下的。”其他工作太有吸引力又太能赚钱了,大家很难拒绝它们。我们需要将威望和浪漫带到艰苦的金属工作中,并成立提出大问题的公司。这些大问题只能由材料科学的进展来回答,例如如何制造一辆燃料效率更高的轿车,以及如何将太空旅行商业化。

像埃隆·马斯克(PayPal联合创始人,曾被斯坦福大学材料科学的博士项目录取)这样的梦想家已经开始建立提出这种问题的公司(特斯拉和太空探索技术公司)了。我们需要更多这样的人。很简单,我们需要为材料科学创造“企业家精神”之类的激动人心元素。现在,70%的千禧一代都想在企业之外付出企业家一般的努力来进行工作。他们不仅对找到稀有金属领域的新突破十分关键,还对开发新方式以更有效率地利用我们当前使用的金属,以及发现更丰裕、更环保的材料以减少我们对特定资源的依赖来说非常重要。

科研是揭开材料奥秘的钥匙,但我们还必须改变消费者的习惯和商业模式以确保资源的可持续供应。因此,我们需要从根本上改变我们与电子设备的关系;我们不能像原来那样在电池失效之后就购买一个新手机。电子产品或许能使用更长时间。调整智能手机破碎的屏幕必须变得像在远程控制中调整电池那样简单。高科技修理服务需要像干洗那样普遍。苹果那样的公司必须通过售卖替代性元件、让后盖内部的材料易于获得等方式来延长产品的生命周期。本质上说,苹果需要打开其产品的生态系统来帮助拯救我们星球的生态系统。

售出更少且生命周期更长的产品听起来像是对市场经济的诅咒,但这并不是一种厄运。卡特彼勒在1972年就设立了再制造项目,对设备进行回收成为业务的核心部分。实际上,再制造帮助该公司在发展中国家打开了市场并获取了新利润,因为再制造产品的生产成本更低,其价格仅为新拖拉机的60%。公司也可以像轿车代理商那样出租产品,在产品用完之后收回。他们需要在产品报废后付出与产品开发时同等的努力。

政府要让公司对其产品的影响负责。一家回收了几百万部手机的公司所创造的收益要比一一询问几百万人是否要回收手机的公司所产生的收益要高,操作起来也更容易。这样做不仅效率更高,还能促成原料循环和规模经济,有助于创造一个能带来收益的供应链。

监管方可以要求企业将报废品处理纳入产品生产的范围,就像戴尔所做的那样。命令公司回收自己的产品能够激励公司更有效率地利用材料——特别是稀有金属,还能促使公司设计更易于回收和再利用的产品、开发对环境危害小且易于回收的合金材料。有效率的循环回收可以延长稀有金属的生命周期,降低开采需求。但美国电子行业只有一个地区建立了有效的回收系统。现在,在缅因州的南波特兰等地,公司已经开始“开采”垃圾填埋场中有价值的金属,这些垃圾是在20世纪70年代被我们的上一代人丢弃的。我们不能重蹈覆辙继续丢弃含有稀有金属的电子产品。

提升稀有金属使用效率的一个方法就是贴标签。人们可以参考标签做出资源消费决策,他们需要知道自己究竟消费了什么。贴标签同样会激励公司知晓其产品中使用了何种材料,如果信息被制成条形码显示在产品的外侧,回收就会便利起来。

麦克阿瑟基金(Ellen MacArthur Foundation)的一项报告显示,基于再制造、再利用和回收的循环经济到2025年可以节省1万亿美元的材料成本,仅在欧洲就能创造100万个工作岗位。此外,它还可以刺激回收技术的更新换代,这正是这个世界迫切需要的。

还有一种更好的方式能够改善资源的使用情况,它毫无疑问是一种低端技术:节约。能源节约手段如提高电网、电子设备和建筑物的使用效率可以降低建设或扩建基础设施的需求,这些基础设施的建设都有赖于稀有金属。例如,比起安装太阳能板来生产能源,使用新的绝缘材料来降低能源需求要好得多。这无疑是减少稀有金属消费的一个好方法。

要保障资源安全,政府投资不是唯一的办法,恰当的立法和监管也会产生巨大的影响。除了扩大生产者的责任范围、为技术创新提供更多的资金、开发新的能源节约手段,政府还应进行长期规划以增加稀有金属供应。对拥有资源的国家来说,最好应着手厘清时间框架、检查新的开采运营程序,并确定能够进行无限制勘探的具体地点。开矿常常需要十年以上的时间,所以政府应检视矿产的开采方式,加快环境友好的开发进程。富裕的国家不应出口污染。

政府的另一个作用是帮助收集和公开市场数据,解决我们在第5章所提到的问题。美国地质调查局(U.S.Geological Survey)应充当该角色,尽管经费的逐年缩减已在多个层面影响到了数据的一致性。这类研究能够帮助利益相关者确认供应缺口并预测未来的趋势。各国政府还应与研究机构和技术产业建立更为紧密的合作关系,以便更好地理解稀有金属的未来需求。

政府也可以通过税收来激励生产,提供保险补贴来降低开采投资的风险,并通过债权或股权为企业提供资金。更少地使用传统的激励方式如购买协议,可以保证稀有金属在价格波动期的生产和投资。对于加拿大阿瓦隆稀有金属公司这样的创业企业,广泛的政策支持可以确保它们获得长期的资金投入。不过,亚洲以外的大多数政府都无意“挑选”这样的赢家。

有些研究认为,囤积是在短缺时代保证稀有金属供应的关键政策工具。然而,囤积不太可能成功,因为制造业需要许多不同品位等级的材料,要囤积足够的特定品位的材料几乎不可能。此外,如果一个囤积金属的国家缺乏加工设施,囤积稀有金属就像是囤积金枪鱼罐头却没有开罐器:用意是好的,但毫无用处。囤积的成本可能非常高昂,因为政府常常在高价时买入,而这种行为又会进一步推高价格。

尽管在政治上不那么有吸引力,对政府来说更有用的可能是确立法规或为企业提供激励,让它们囤积自己所需的稀有金属和稀有金属元件。企业知道自己的需求,因此相对于政府来说更有优势选择囤积何种材料。但正如我们在第6章所看到的那样,企业对将现金与可能贬值的资源捆绑在一起非常谨慎。

确立正确的政策十分关键,避免草率的决策也同样重要。在中国2010年限制稀土出口后,东京迅速做出战略决策,减少本国对中国稀土的依赖,鼓励企业不再使用中国的稀土。日本预知了2011年稀土价格的飙升,但却没有想到价格会迅速回落,于是此前的计划完全破产。

在最初风风火火地囤积之后,日本公司对这些稀土元素的使用量开始骤减。在随后的两年里,稀土的价格一直在下降,而日本需求的急剧减少又使价格跌落到更低的水平。更低的价格使西方稀土公司在生死线上挣扎,所以从长期看,日本对中国的依赖更强了。

东京方面的草率决定促使各家公司转而使用稀土以外的材料,这一政策还有另一个不易察觉的影响。紧随政府政策的公司减少了自己产品中的稀土,这常常意味着从空调到电梯等一系列产品中使用了不节能的马达。尽管更换了效率更低的磁体或系统对每件产品来说只损失了一小部分功效,但如果世界都在购买每台效率仅低了百分之几的空调,整体的影响就大了。

政府要让企业自己解决市场的短期异常。真相是,除非政府想在财政上保证原材料国际供应链的建设,并不断对其进行评估,保障材料的稳定供应就是不可能的。眼下政府唯一应该涉足的,就是提供避免经济崩溃的短期解决方案,或是确保国防供应链的持续稳定。

正如我们所看到的那样,各国只能在提高自身的资源安全上多做文章,因为供应链是全球性的。稀有金属的供应链有其独特性,但用以保证其生命力的诸多策略与保证其他自然资源供应链的策略十分类似。例如,资源依赖型国家需要加强与邻国,特别是与资源丰富国家的政治联系,就像美国在20世纪前半叶对拉丁美洲所做的那样。通过设定贸易目标、签订合同贸易协议来增加资源的贸易和投资会使美国受益,而因此增加的生产也会使整个世界受益。然而,正如一国不可能确保自己的资源安全,世界同样也做不到这一点。这是一个协同合作的问题。

为了避免未来的冲突,在全球论坛上探讨稀有金属的供应问题或许有用。但这个论坛尚不存在,是时候建立一个了。在20世纪70年代初石油短缺之后,16个国家成立了国际能源署(International Energy Agency,IEA)来保证石油的不间断流通。该组织的使命是“推进所有能源部门的多样性、高效性和灵活性”。现在我们需要一个国际材料署——矿产资源(包括稀有金属)的IEA。

拥有一个组织来收集统计数据、撰写行业报告,并为各国提供一个讨论自然资源问题的论坛很重要。一个拥有自己员工的国际材料署可以为资源管理提供诸多最佳实践战略。对话和推进市场透明的努力是防止未来冲突的希望。此外,对于消除分歧,特别是稀土材料方面的分歧,材料署是比世界贸易组织(WTO)更有效的组织。

相较于2010年中国限制对日出口之前,现在的稀土磁体制造商在其产品中使用的稀土(包括销)减少了。部分原因在于各家企业的用效率提高了。还有公司发现,加入钛能够减少对镐的需求。

当我就该问题询问佐川时,他警告我:“轼的稀缺性比摘更严重。”钛的丰富程度只有的四分之一,所以使用只是一个暂时性的方案。不过铺的加入令我想起30年前的一个决定——佐川决定将主加入磁体。企业或许能在5年的时间里将磁体中的钛、摘含量减少20%~30%,但与此同时,磁体的产量可能会增加50%以上。这就意味着尽管每件磁体中稀土元素的用量减少了,我们对稀土的整体需求还是会增加。

这一个命运攸关的时刻,技术变革的速度很快就会超过稀有金属的供应能力。为了满足我们对稀有金属不断增长的需求,我们需要对使用和出售产品的方式进行深层的变革。我所恐惧的是,人们缺乏对这个稀有金属时代的关注和理解,也没有意识到这些关键金属会限制经济的繁荣并破坏环境。我希望本书在某种程度上可以激发新一代更多地了解电子产品和武器的成分,建设人类可持续的未来。

 

出版后记

很少有人察觉,我们当下乃至未来的生活会越来越依赖稀有金属。就拿我们片刻不离手的智能手机来说,仅电池每年所需的微量稀土材料就超过了500吨,仅钻这一种稀有金属每年就需要消耗约7500吨。为减少化石燃料用量、遏制全球变暖而大力推广的风力涡轮机和电动汽车,在未来25年会使钩的需求量增加700%,摘的需求量增加2600%。

高新技术的时代就是稀有金属的时代。这绝不是夸大其词,因为炫目的技术设想脱离了稀有金属根本不能实现。然而,受自然条件及化学规律所限,其产量逐渐不能满足人类的肆意求取。美国化学学会预测,下个世纪有44种元素将面临供给危机。有鉴于此,要掌控新兴产业的命脉、创造人类可持续的未来,首先就要洞察稀有金属行业的运行逻辑。

《决战元素周期表》是白宫智囊大卫·S.亚伯拉罕对遍布全球的稀有金属供应网络的全景式扫描。他亲自探访数十个国家,将数百份行业分析报告和对数百位业内人士的访谈结合起来,客观细致地透析了世界稀有金属行业的现状和发展趋势。在贸易关系复杂多变,地缘政治博弈暗潮涌动的今天,相信读者能从本书中收获可资借鉴的基本常识。

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2020年07月

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