兰德发布《新型与关键材料:识别可能的两用领域》报告

  

  20196月,兰德公司向美中经济与安全审查委员会提交了《新型与关键材料:识别可能的两用领域》的观点报告[1],评述了美国和中国在新型军民两用关键材料领域的发展情况。

  一、新材料的开发与应用

  在原子和分子水平上测量材料性能,加之理论分析和计算机模拟,深化了人们对材料结构、加工和性能之间关系的理解,并带来新的应用。纳米尺度的材料具有特殊的重要性,由于非常接近分子尺度,其性质和相互作用与块体材料截然不同。

  目前,对具有纳米尺度结构变化的材料合成能力不断提升,开发出多种超材料。超材料不同于普通材料,在某些情况下表现出自然界看不到的特性,如光的负折射。超材料已被证明能够实现潜在的双重用途,如超敏感的透镜、全反射或完全不反射的材料,以及具有特定特性的光学元件,如微天线和隐形装置等。

  二、中美在超材料领域的能力对比

  近些年来,美国和中国的超材料专利申请数量均有所增加,这表明两国都将其视为潜在价值领域之一。

  美国约从2005年起,超材料的专利申请数量开始逐年递增。在超材料应用方面,天线是最大的应用领域,占到了19%,其次为半导体与光学(占18%)。美国排名前80%的超材料专利的应用领域较为宽泛,有27个具体的应用方向。

  中国大约从2010年起,超材料专利数量开始增长。天线也是最大的应用领域,占41%;其次同样为半导体与光学(占16%)。中国排名前80%的超材料专利更聚焦在政府研发计划配套的特定应用领域,仅有8个方向。专利分析显示,中国超材料专利数量最多的企业是航空航天行业的超材料产品开发商深圳光启创新技术有限公司。

  三、美中两国研究的合作情况

  美国和中国是世界上最大的两个研发大国,2018年的研发支出分别约为5660亿美元和4860亿美元[2]。在当今的全球研发环境中,两国研究人员在包括新材料在内的多个领域开展合作。例如,由美国能源部国际事务办公室协调的“美中清洁能源研究中心”。该中心的目标是利用两国顶尖研究人员之间的合作,加快清洁能源技术在两国的开发与部署。该中心聚焦5个关键研究领域:先进煤炭技术、建筑能效、清洁车辆、水与能源技术以及中重型卡车。清洁车辆的主要关注领域之一是先进电池,这也是纳米材料的重要应用方向。美中研究人员共同努力推进最新技术的另一个领域是可穿戴设备,其动力来自于从环境中(包括人类活动)捕获的能量。两国都开发了利用纳米材料发电驱动小型电子器件的设备。这些都是符合双方利益的建设性合作。

  美中研究合作的另一方面是中国公民在美国学术研究项目中受到培训,其中一些人可能会回到中国,开展学术研究项目或创建诸如光启创新技术有限公司等的商业实体。这类学术研究项目需要权衡利弊。一方面,它们支持两国国内和两国之间的创新;另一方面,它们支持可能与美国国家安全相关的两用技术领域的技术技能转让。这些方案必须逐案评估,目的是基于国家安全原因,确保受到控制的技术不会直接或间接提供给被禁国家。

  四、中国对关键材料生产与加工的支配

  尽管美国拥有丰富的矿产资源,是全球领先的材料生产国,但对制造业至关重要的许多材料仍依赖进口。最典型的例子就是稀土。但是,美国对进口的依赖并不仅限于稀土。2018年,美国有64种非燃料矿产品依赖进口——其中18种完全依赖进口,另外30多种有超过50%依赖进口。其中包括铟、镓和锗等半导体材料;高温合金中使用的金属,如钒和铼;阻燃塑料和纺织品关键成分之一的锑;用于采矿与建筑、石油与天然气勘探以及工具与模具等行业的钨等。制造业的关键正是这些材料。

  迄今为止,中国是这些关键材料的最主要生产国,12种不同关键材料(锑、铝、铋、萤石、镓、锗、镁、稀土、硅、碲、钨和钒)占全球产量的50%以上。相比之下,没有任何其他一个国家的关键材料产量超过50%。中国也是美国18种以上非燃料矿物商品进口依赖度超过50%的唯一国家。

  中国在全球原材料生产中占据主导地位,是因为其资源基础雄厚,长期重视矿产生产,以及由于相对宽松的环境和职业健康安全标准,能够以较低成本生产原材料。然而,随着中国市场份额和国内消费的增长,以及生产控制、出口限制(如配额、关税)、矿山关闭和公司合并的综合影响,使得世界市场价格大幅上涨和波动,中国作为可靠的低成本制造业原材料供应商的地位不断恶化。例如,2010年至2013年期间,一些稀土金属的价格飙升了数千个百分点。

  中国的贸易伙伴向世界贸易组织提出了一系列前所未有的投诉,投诉从2009年开始,20155月达到高潮,而后中国取消了对稀土、钨和钼的出口限制。

  正如中国的出口限制和世贸组织争端所表明的那样,一个占主导地位的生产商可能会在很大程度上引起市场扭曲和供应中断,进而对制造业部门产生重大影响。这里最重要的不是进口依赖程度,而是这些材料在公平市场价格下的可获得程度。但是,有一些占主导地位的材料生产商允许市场力量在很大程度上决定他们生产材料的供求,从而规避了出口限制。一个典型的例子便是智利,它是世界55%铼的生产国。

  五、提高美国供应链安全的发展建议

  报告援引兰德公司2013年提出的建议,采取两种行动来减轻市场扭曲对全球制造业的影响:一是提高应对供应中断或市场扭曲的弹性;二是能够对有关问题提供早期预警预见性行动。

  1、提高弹性,应对供应中断或市场扭曲

  提高弹性的行动可以采取两种不同的形式:一种是鼓励关键材料的多样化生产和加工;另一种是开发替代来源,如二次生产或制造业的替代投入。然而,高度集中的市场所造成的不确定性是一个障碍,必须通过地方、国家、区域和全球各级措施加以克服,以便为实现多样化供应所需的投资和时间创造有利的、可持续的环境。

  从长远来看,提高弹性的措施还可以包括开发新的提取、加工和制造方法,以促进材料的有效利用;从废料和二次生产料中提高材料的回收,比如美国从回收料中获得大约一半的钨;以及开展替代材料和新产品设计的研发,以减少稀缺材料用量等。

  2、进行问题预见

  有关矿物生产、加工和贸易的数据可从政府机构(如美国地质调查局、英国地质调查局等)、工业组织和联合国商贸统计数据库中获取。利用这些数据,才能识别一种发展模式,应对生产日益集中、出口限制日益增加、双重定价、价格飙升或价格波动,以免造成有害的市场扭曲。

  一种可能方法就是用多样化的商品市场来衡量市场活动。例如,美国司法部和联邦贸易委员会制定的企业横向兼并准则使用测量产业集中度的综合指数——赫芬达赫希曼指数的变化作为衡量市场力量的标准。这种协调与合作的目标是消除市场扭曲,同时允许生产国的自然经济发展。                                      (万勇)

 

  


 

[1] New and Critical Materials: Identifying Potential Dual-Use Areas. https://www.rand.org/pubs/testimonies/CT513.html

[2] 译者注:数据来自美国《R&D》杂志

原文始发于:兰德发布《新型与关键材料:识别可能的两用领域》报告

 

注:本站文章除标明原创外,均来自网友投稿及分享,如有侵权请联系dongxizhiku@163.com删除。

         

发表评论