（一）驅動科技：關鍵礦產在半導體產業中的應用

半導體是現代技術的基石，硅、鎵、鍺是制造晶圓的主要材料，不同芯片應用對應不同材料選擇。然而，半導體制造還涉及鈀、砷、銥、鈦、銅、鈷等多種關鍵礦產，這些材料在電鍍、布線、摻雜與封裝等環節中不可或缺。

當前，半導體生產所需的關鍵礦產供應鏈高度集中于中國。中國精煉鎵占全球98%，鍺占68%，硅占79%，三氧化二砷占40%，鈦占67%。相比之下，美國2022年的產量數據顯示，砷與鎵的產量為零，鍺不足全球2%，硅占3%，鈦不足1%。2023年7月，中國實施鎵、鍺出口限制；2024年，更是針對美國實施全面禁運。這種供應鏈的脆弱性對西方芯片制造商構成了重大安全挑戰。

在技術層面，半導體行業正面臨突破硅基芯片物理極限的需求。摩爾定律（譯者注：摩爾定律由英特爾聯合創始人戈登·摩爾提出，指出集成電路上可容納的晶體管數量每兩年翻一番，性能也隨之提升）預測芯片上晶體管密度將持續增長，但硅材料可能已接近其性能極限。鎵與鍺因其獨特優勢成為下一代芯片的關鍵材料。鍺的電子遷移率是硅的3倍，能夠顯著提升設備性能，目前已應用于量子計算機的CMOS電路。鎵的導電性能則使其在高效能芯片中占據重要地位，氮化鎵（GaN）與砷化鎵（GaAs）芯片廣泛應用于衛星通信、導彈探測等高端國防領域。預計至2030年，GaN芯片產量年增超25%，其中國防需求是主要驅動力。

然而，鎵與鍺的獲取面臨巨大挑戰。這兩種元素在地殼中的豐度極低，鎵為19ppm，鍺僅為1.6ppm（相比之下，銅為60ppm）。它們無法直接從礦石中經濟地提取，而是作為鋁和鋅冶煉的副產品回收。即便如此，鋁土礦中的鎵回收率不足10%，鋅礦中的鍺回收率不足5%。中國在這一領域占據顯著優勢，其豐富的鋅礦資源和對全球75%鋁土礦進口的控制，使其成為鎵與鍺的主要生產國。此外，中國政府通過補貼壓低價格，迫使西方競爭者退出市場，進一步鞏固了其主導地位。

美國在這一領域的處境則較為被動。其鋁土礦儲量僅2000萬噸（全球占比不足1%），鋅儲量7660萬噸（全球占比3%）。目前，美國僅通過阿拉斯加的鋅礦和田納西的冶煉廠微量生產鍺和鎵。盡管2023年荷蘭公司Nyrstar宣布投資1.5億美元在田納西擴建鋅冶煉廠以增加鎵與鍺的加工能力，但該項目尚未獲得足夠資金支持，且因市場波動于2023年10月暫停鋅礦開采。像Nyrstar公司的鎵和鍺回收工廠這樣的中游項目正面臨融資困難，因為它們面臨著來自有定價優勢的中國企業的激烈競爭。顯然，短期內美國無法通過本土投資解決供應鏈問題。

在此背景下，美國盟友的潛力成為關鍵，這在本文最后一章也將更詳細解釋。澳大利亞是全球最大的鋁土礦產區和鋅儲量國，但其97%的鋁土礦和50%的鋅礦出口至中國，缺乏中游加工能力。秘魯作為美國的自由貿易伙伴，擁有拉美最大的鋅冶煉廠，但尚未生產鎵與鍺。這些國家具備成為替代來源的潛力，但需要西方企業投資中游加工環節才能激活這些資源。

美國于2022年通過《芯片法案》，投入2800億美元以加強本土半導體制造能力。該法案重點支持成熟芯片的本土化生產，并資助英特爾、美光等企業擴建產能。然而，這一法案存在重大缺陷：它完全忽視了關鍵礦產供應鏈安全問題，未提出任何礦產多元化激勵措施。

美國在2023年8月中國實施鎵、鍺出口限制后，才深刻意識到《芯片法案》忽視關鍵礦產的致命疏漏。數據顯示，2023年8-9月中國鎵出口量驟降為零，鍺出口僅1公斤，較限制前分別暴跌99.9%與99.98%。地質調查局警告：若鎵供應減少30%，將導致美國經濟損失6020億美元，相當于GDP的2.1%。2024年4月，鎵價創2011年以來新高，鍺價突破2280美元/千克，供應鏈危機已實質沖擊經濟基本面。

然而，傳統戰略儲備模式在半導體礦產領域面臨雙重困境。美國當前鎵儲備為零，鍺儲備僅1.4萬公斤（僅夠半年消耗）。但鎵因熔點低僅能保存1年，且半導體礦產需求量級遠低于電動車行業（如每輛電動車需50kg銅，而單枚芯片僅需微量稀有金屬）。這迫使美國必須探索新解決方案。

（二）國防基石：軍工體系的關鍵礦產需求

關鍵礦產構成國防供應鏈的最上游支撐，從石油精煉所需的稀土催化劑到戰機的鋁鈦部件，滲透于美國國防部（DOD）所有作戰平臺。國防部采用動態評估體系，將礦產關鍵性與《國家防務戰略》（National Defense Strategy）的沖突預設直接掛鉤。盡管冷戰時期規劃者多聚焦長期戰爭，當前評估基線已轉向“一年高強度沖突+多年重建期”的樂觀模型。即便如此，國防部在國家緊急情況下仍發現69種材料存在供應缺口，總價值達24.1億美元。

美國武裝部隊的活動范圍廣泛，從軍事外交到維和行動，再到特種作戰和大規模常規戰爭。為此，國防部建立了一套結構化流程，用于收集關鍵礦產數據并評估在各種情景下哪些礦產對民用和國防工業至關重要。評估流程始于國防后勤局（NDS）對全球礦產市場的經濟建模，通過引入七項擾動變量（沖突時長、部隊部署、戰斗損失、軍事、工業以及重要民用需求、航運損失、工業動員能力與民間緊縮措施）模擬不同戰局下的供應鏈韌性。這套機制的核心矛盾體現在“短期論”與“長期論”的戰略分歧：前者基于海灣戰爭經驗，認為美軍常規優勢可速戰速決，淡化工業儲備必要性；后者以二戰和朝鮮戰爭為鑒，強調戰爭的不確定性以及持久戰對工業基礎的摧毀性考驗。

冷戰結束后，“短期論”逐漸主導國防規劃。現行模型假設一年戰爭周期，配套三年重建期，直接導致戰略儲備規模持續收縮。基于這一模型，國防部實施了一系列關鍵礦產緩解計劃，主要集中在航空航天、作戰能源和裝甲需求領域。然而，2023年戰略物資儲備報告顯示，即使在“短期沖突”情景下，國防部對69種材料的需求仍存在24.1億美元的缺口，民用關鍵材料缺口更高達122.1億美元。

戰略儲備

國防部理論與國家儲備戰略規劃之間仍有顯著差距。正如之前所指出的，國家儲備戰略規劃是由短戰爭需求以及長期重建階段所驅動的。然而，國家儲備戰略規劃的規模構建側重于戰斗結束后進行物資補充，而聯合參謀部理論則希望在緊急情況下爭取時間，直到其他工業基礎擴展項目上線。《戰略物資儲備法》自1979年以來首次重大改革于2023年啟動，設立“戰略與關鍵材料委員會”（Strategic and Critical Materials Board of Directors），允許多年期采購和盟友參與儲備項目。但資金支持嚴重不足：2024年儲備預算僅760萬美元，而國防與民用緊急需求缺口分別達24億和122億美元。

工業基礎投資計劃

國防部通過小企業創新研究（SBIR）計劃、工業基礎基金等渠道投入11億美元支持關鍵礦產項目，但70%資金依賴國會特別撥款。換句話說，國會是國防部在關鍵礦產領域投資的主要推動力量，而非國防部自下而上的需求生成和預算編制過程。2024年起常規預算將降至每年3000萬美元，僅夠支持一到兩個可行性研究。值得注意的是，國防部還向加拿大公司提供了國防工業基礎投資資金。

其他國內法下的豁免或便利措施

國防部關鍵礦產戰略的核心矛盾在于：其評估機制仍基于冷戰后的“短期沖突”假設，而現實地緣競爭已轉向長期技術消耗戰。盡管在稀土與電池材料領域取得進展，但主要依賴臨時撥款而非常規預算。要真正構建韌性供應鏈，需將關鍵礦產保障納入國防基礎預算，并建立適應大國競爭時代的新評估框架。

（三）驅動創新：汽車行業與關鍵礦產

電動汽車（EV）產業是推動關鍵礦產需求增長的最大引擎，這一趨勢將持續數十年。全球政策激勵加速了電動汽車普及，但供應鏈的跨國屬性使美國制造商面臨地緣風險。近年來，電動汽車產業吸引了大量投資，并創造了近10萬個就業崗位。2023年北美生產360萬輛電動汽車，創造20萬個直接就業崗位——其中美墨加協定（USMCA）下的跨境零關稅貿易至關重要。電動汽車的發展需要不間斷地獲取生產電池和電機所需的材料，需求激增帶來了礦產壓力。

隨著特朗普政府上臺，電動汽車行業的未來籠罩在不確定性之中，有關現有消費者和生產激勵措施前景的問題也十分嚴峻。特斯拉CEO馬斯克與特朗普關系密切這一事實或許會影響這一決策，但更重要的將是出于經濟安全、與中國的戰略競爭以及美國就業等方面的考慮繼續提供支持的理由。很明顯，美國汽車制造商已經致力于向電動汽車和混合動力汽車轉型，在過去四年里已在美國本土和北美其他地區投資數十億美元建設超級工廠（gigafactory）。

鋰、石墨、鈷、鎳、錳等礦產需求與電動汽車銷量直接掛鉤。國際能源署（IEA）預測，清潔技術所需礦產的75%將由電動汽車驅動，2030年需求超3000萬噸，2050年達1.3億噸。《通脹削減法案》第30D條提供7500美元稅收抵免，要求電池材料40%（2023年）至80%（2027年）來自美盟供應鏈，2025年起全面排除“受關注外國實體”（主要指中國公司）。

市場波動與戰略調整

自《通脹削減法案》通過以來，美國電動汽車的銷量有了顯著增長，在 2023 年達到了總銷量的7.9%。在很大程度上得益于這些激勵措施。然而，進展并非是線性的。根據美國能源信息署（U.S. Energy Information Administration）的數據，混合動力（hybrid）、插電式混合動力（plug-in hybrid）以及純電動汽車（BEV）的銷量在2023年增長到了美國新車輕型車輛總銷量的16%以上。然而，在2024年第一季度，混合動力、插電式混合動力以及純電動汽車的銷量下降了近1%。電動汽車需求的下降促使汽車制造商重新思考他們的策略，尤其是在混合動力汽車越來越受歡迎的情況下。

盡管美國電動汽車的銷量大幅增長，但這些數字與全球數據相比仍令人失望。放眼中國，預計2024年底純電動汽車占比將達50%——這將對全球石油和關鍵礦產市場產生深遠影響。據汽車創新聯盟（Alliance for Automotive Innovation）稱，中國的電動汽車制造規模相當于美國整個汽車行業的產量。

與此同時，歐洲電動汽車銷量的情況并非一帆風順：因通貨膨脹加劇以及補貼退坡出現波動，電動汽車銷量出現了放緩，德國2024年7月電動汽車銷量同比驟降37%。這些數據表明，電動汽車行業的線性發展并非必然能夠實現。這種不均衡增長迫使車企重新評估戰略：通用汽車2035年全電動化目標面臨挑戰，而混合動力車型需求回升。

電動汽車供應鏈與關鍵礦產挑戰

電動汽車電池供應鏈分為四個階段：上游礦產開采、中游材料加工、下游電池組裝及回收利用。上游開采涉及鋰、鎳、鈷等關鍵礦產，中游通過高溫或化學處理轉化為正負極材料，下游將電池模塊集成至整車，最終通過熱法冶金、濕法冶金等技術實現資源循環。傳統燃油車使用約34公斤關鍵礦產，而電動汽車需要約200公斤，主要用于電機和電池。

國際能源署指出，電動SUV的普及顯著影響礦產需求：2023年歐洲電動SUV電池容量是小型電動車的兩倍，若全部替換為中型車，全球可減少60GWh電池需求，相當于節省6000噸鋰、3萬噸鎳。鋰價波動印證了市場敏感性：2022年12月創下每噸79637美元峰值后，2024年9月暴跌至11000美元以下，主因包括利率上升、中國經濟疲軟及產能過剩。贛鋒鋰業2024年報告凈虧損1.07億美元，并暫停擴產計劃。

電池技術創新正在重塑礦產需求格局。磷酸鐵鋰電池（LFP）在中國占據60%市場份額，其無鈷鎳特性降低了對敏感礦產的依賴。固態電池和鈉離子電池等新興技術可能進一步改變材料需求：前者減少鈷鎳用量但需更多鋰，后者利用鈉替代鋰。石墨烯電池提升導電性但增加石墨需求，鋰硫電池則依賴廉價硫元素。

（四）驅動轉型：關鍵礦產在可再生能源中的戰略地位

曾被視為小眾的可再生能源，如今正重塑全球電力格局。2023年可再生能源發電量占比突破30%，其中美國非水電可再生能源貢獻達15.7%。成本下降是核心驅動力：2009–2019年間，風電與光伏成本分別驟降70%和89%，使其成為最具經濟競爭力的選項。《通脹削減法案》的稅收抵免政策更推動美國本土制造加速，預計到2050年，風光發電占比將攀升至44–85%。但這場綠色革命正面臨隱形瓶頸——每臺3兆瓦陸上風機需消耗15噸關鍵礦產，而光伏系統對碲、銦等特種材料的需求同樣驚人。美國地質調查局列出的50種關鍵礦產中，18種與風電設備直接相關，15種關乎光伏系統。

風電產業命脈

美國風電裝機量十年間以年均10GW速度增長，至2024年底累計達150GW。要實現氣候目標，年裝機量需躍升至90GW，這對稀土元素（REEs）需求將成倍增長。美國的風能產業已經消耗了全球產量中很小的一部分（見表1），而進一步的擴張將需要占目前全球產量很大一部分的稀土元素。永磁體作為現代風機的核心部件，其90%的全球產能集中于中國。除了未來的供應情況外，供應集中度也是稀土元素的一個特別關注點。中國約占稀土元素提取量的60%，加工量的85%，以及永磁體生產的90%以上。美國雖坐擁芒廷帕斯稀土礦，但精煉加工環節長期依賴中國，而加工環節尤為重要。

當前布局顯現轉機：MP材料公司正重啟加州精煉設施，澳大利亞萊納斯在得州建設的稀土分離廠獲五角大樓支持。這些努力旨在建立一個完整的稀土元素供應鏈。能源部（DOE）評估顯示，若2040年全球氣候目標達成，稀土需求將激增7倍，供應鏈重構刻不容緩。

表1：滿足美國年度風電部署所需的脆弱材料的可用性