本文属于类型a，是一篇原创性研究论文的学术报告。
研究报告：基于贸易关联的多区域物质流分析追踪全球钕存量与流量三十年演变
一、研究概况
该研究由南丹麦大学（University of Southern Denmark）绿色技术系的刘乾才（Qiance Liu）、孙昆（Kun Sun）和刘刚（Gang Liu）以及中国科学院地理科学与资源研究所的欧阳鑫（Xin Ouyang）等学者合作完成。通讯作者为刘刚教授。研究成果于2022年8月3日发表在环境科学领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》上。
二、研究背景与目的
钕（Neodymium, Nd）作为一种关键的稀土元素（Rare Earth Element, REE），因其在新兴绿色技术（如电动汽车和风力涡轮机）中的核心作用以及全球供需严重失衡的格局，其资源安全已成为全球关注的焦点。钕的应用范围广泛，从电子产品（如硬盘驱动器）、家用电器到直接驱动风力涡轮机和电动车，用量虽小但不可或缺。中国拥有全球37%的稀土储量，但自20世纪90年代末以来，贡献了全球85%至95%的产量。由于钕供应的高度集中以及未来需求（预计到2050年将增长至每年60至240千吨）的激增，供应链面临的地缘政治和技术风险日益加剧。然而，现有研究大多局限于单一国家或区域的钕循环分析，缺乏一个将全球各区域通过含钕商品贸易连接起来的全生命周期全景图。该研究旨在通过构建覆盖1990年至2020年的全球贸易关联多区域物质流分析（Trade-linked Multiregional Material Flow Analysis, MFA）模型，揭示全球五大区域（中国、日本、欧盟与英国、美国以及世界其他地区）钕的存量和流量演变规律，从而为政策制定者和产业界提升供应链安全和识别回收潜力提供科学依据。
三、研究方法与详细工作流程
本研究采用了一套严谨且系统的工作流程，主要包括以下四个步骤：系统定义与建模、数据收集与处理、流量与存量计算以及不确定性分析。
首先，在系统定义与建模阶段，该研究将人为活动中的钕循环划分为四个关键生命周期阶段：生产（Production）、制造（Manufacturing）、使用（Use）和报废管理（End-of-life Management）。系统边界明确包含了五类半成品（如永磁体、镍氢电池、汽车催化剂等）和八类最终产品（电子设备、家用电器、工业机械、电动车、风力涡轮机、传统汽车、核磁共振成像设备和其它）。为实现贸易关联，研究者创造性地将全球所有的含钕商品贸易流归为三大类：原材料（矿石、精矿和金属）、半成品和最终成品。他们建立了一份详尽的含钕商品清单，涵盖了《联合国商品贸易统计数据库》（UN Comtrade）中自1990年至2020年记录的158个商品代码（HS Code）。该模型基于质量守恒原理，对于每个过程及其产品市场（图1），其流入量（包括国内生产和净进口）、流出量（流向下一过程或损失）和存量变化被精确计算。其中，一个关键挑战是，并非所有归入同一HS代码的商品都含钕。因此，研究者引入了市场渗透率（Market Penetration Rate, p_i(t)）和钕强度（Nd Intensity, mi_i(t)）两个参数，用以精确剥离出特定商品中钕的净进口量。使用阶段的存量和流出量则采用自上而下的方法计算，考虑了各类最终产品的寿命分布函数。
其次，在数据来源与处理阶段，研究整合了多源异构数据。稀土氧化物年产量数据来自美国地质调查局（USGS），并依据各矿床的钕含量系数转化为钕产量，同时根据文献估算调整了中国因非法开采或超出官方配额而未报告的部分。关于半成品和最终品的国内消费份额、寿命参数、市场渗透率和钕强度等关键数据，则从Roskill等权威行业报告和大量科学文献（如N. Sekine等人在日本的研究、T. Yao等人在中国的研究）中整理而来。一个突出的技术难点是UN Comtrade数据库中贸易数据单位不一致的问题——部分记录以美元价值为单位，部分为物理重量或件数。研究团队遵循其早期研究中提出的算法，利用全球平均单价系数将所有非物理单位转换为物理重量单位。此外，为解决同一商品在出口国和进口国记录金额不符的问题，采取了双边的平均值进行校正。
最后，在不确定性分析阶段，研究采用了蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation），对市场渗透率和钕强度这两个最大不确定性来源进行了1000次随机迭代。根据数据质量，对这些参数的变异系数设置了高中低三个水平，最终以2.5%至97.5%的置信区间来表征全球出口量等关键结果的波动范围，使得研究结果更为稳健可靠。
四、主要研究结果
该研究产出了多层次、高度细化的结果，深刻揭示了全球钕循环的时空演变特征。
在全球贸易模式方面， 研究发现，含钕商品的国际贸易量从1990年的2千吨猛增至2019年的峰值82千吨（2020年因疫情降至58千吨）。一个核心发现是，钕的贸易主要集中在半成品和最终产品，而非原材料。其中，钕基永磁体（NdFeB Permanent Magnets）是贸易量最大的商品，占2020年所有含钕商品贸易量的51%。在区域和国家层面，中国在过去三十年全球钕贸易（包括原材料、半成品和最终产品）中扮演了绝对主导的角色，是1995年以来唯一实现全产品链净出口的国家。然而，一个显著的变化是，自2009年中国实施并随后调整出口配额后，其原材料出口开始下降，并在2020年戏剧性地转变为净进口国。与此同时，以缅甸、土库曼斯坦、澳大利亚和美国为首的世界其他地区迅速填补了市场空白，成为新的原材料净出口方。日本则保持其“进口原材料、出口半成品和最终品”的加工贸易模式，但也在积极寻求从土库曼斯坦和印度等国进口原材料，以降低对中国的依赖。欧盟和美国则净进口各种含钕产品，其中欧盟在进口半成品、制造并出口最终品（尤其是汽车）的下游供应链中占据优势，而美国则更依赖直接进口最终产品。
在生产与储量方面， 研究量化了过去三十年全球累计开采了880千吨的钕，占当前全球总储量（约1600万吨）的7%。中国虽然钕储量占全球42%，却贡献了高达88%（777千吨）的全球总产量，凸显了供应的高度集中性。
在全球与区域钕循环格局方面， 研究揭示出动态积累与显著区域差异并存的特征。累计880千吨的钕进入全球经济体系，其中79%（693千吨）被用于制造钕铁硼永磁体，而在最终产品中，传统汽车和家用电器共同占据了48%的钕消费（分别为28%和20%）。不同区域展现出不同但互补的产业优势：中国以高生产、高消费（主要是家用电器）和全面的净出口为特征；日本专注于精炼和磁性材料加工，并大量用于本国电子设备制造；欧盟是典型的钕产品制造中心，大量进口磁体制造成汽车等最终品供本区域使用；美国则严重依赖全品类含钕商品的进口；世界其他地区日益成为重要的原材料供应者。在人均在用存量方面，美国最高（约160克/人），其次是日本（150克/人）和欧盟（140克/人），而中国尽管总在用存量巨大，但人均值较低（52克/人）。
在回收潜力方面， 研究得出了一个极其重要且紧迫的结论：过去三十年全球开采的所有钕中，约有64%（563千吨）未被回收。其中，包括29%的生产新废料和35%的报废旧废料。在报废产品中，传统汽车、家用电器和电子设备贡献了87%的钕废物流。如果能够实现这部分废料的完全回收，仅2020年一年，理论上最多可节省全球45%用作最终消费的初级钕和72%用作初级生产的初级钕，揭示了一个巨大但远未被开发的“城市矿山”潜力。
五、研究结论与价值
该研究首次利用贸易关联的多区域MFA方法，绘制了全球钕在过去三十年中全生命周期、全区域的流动全景图。研究得出结论，全球钕循环正在进入一个变革的时代：贸易网络日趋复杂，中国虽仍占主导但地位有所弱化，美国及世界其他地区在原材料供应上开始崛起。另一方面，随着全球绿色低碳转型，传统终端用途（如燃油车）的钕存量趋于饱和甚至下降，而风力发电和电动汽车等新兴技术对钕的需求将急剧增长。这构成了未来钕供应的主要挑战。面对日益增加的地缘政治和疫情等不确定性，研究强调，钕的回收利用对于保障区域和全球的资源供需平衡至关重要。
其科学价值在于提供了一个可复制的方法论框架，将宏观经济贸易数据与工程生命周期参数结合，解决了全球资源循环全景图构建的难题。其应用价值则体现在为各国制定了差异化的政策启示：中国需优化价值链，深化国内技术创新和高端应用；日本和欧盟因其高进口依赖度与高在用存量，应重点推进回收进程；美国则应大力加强其国内制造和加工能力。
六、研究亮点
该研究的亮点主要体现在三个方面：一是研究视角的全球性和系统性，它打破了国家边界，通过贸易流这一核心关联，首次将全球五个关键区域的钕循环进行耦合分析，清晰展示了价值链上各区域的互补角色与依赖关系。二是数据处理的创新性，研究克服了贸易数据单位不统一、含钕商品难以精准识别等长期存在的技术难题，建立了包含158种商品的细致清单并实现了物理量换算，极大地提升了分析的精细化程度。三是鲜明的政策导向，研究不仅量化了高达64%的未回收钕存量，指出了巨大的循环潜力，更为中国、美国、欧盟、日本等关键经济体提供了差异化和互补性的战略建议，为构建一个共同的绿色未来指明了合作方向。