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国家自然科学基金重点项目​“经济新常态下的国家金属资源安全管理及其政策研究”项目成果科普性介绍

来源: 发布时间:2022-01-20


摘要:项目围绕“科学认识新常态下国家金属资源安全机理及其发展趋势”和“有效设计国家金属资源安全方略”两大基本问题,以新时代经济发展、地缘政治变迁、技术变革以及制度创新为背景对金属资源安全相关问题展开深入研究,取得的主要成果如下:

1)在加强生态文明建设和实现双碳目标的背景下,深入研究了金属资源生态安全的内涵和评价方法,实现对金属资源全生命周期意义上的生态安全评价;分析了我国金属产业部门所实施的绿色产业政策和环境规制政策的有效性,探究了我国金属资源行业绿色发展与减排路径。

2)突破传统的矿产资源利用强度理论以技术不发生革命性变化为前提的分析框架,将新技术革命内生于金属资源供需安全分析框架中,系统梳理了新技术革命与产业变革对金属资源需求的作用机理,据此构建路径不同、方法多样和相互印证的金属矿产资源需求预测方法体系和模型组合,丰富了内生经济增长理论的内容。

3)纳入非常规安全构建国家金属资源安全机理分析新框架。重点研究地缘政治事件、经济政策不确定性等因素对金属资源安全的影响。同时构建了金属资源非常规突发事件风险评估的云参数贝叶斯网络模型,解析我国金属资源海外投资风险。

4)针对金属价格波动威胁我国资源产业安全等重大问题,构建了基于信息可替代的有色金属产业安全指标体系,动态评估我国有色金属产业安全态势。突破传统线性模型研究框架以及主要聚焦上行周期的局限,全视角分析有色金属价格形成机制与有色金属价格波动特征,构建多结构冲击和多经济变量的 TVP-FAVAR模型,分析有色金属价格波动对有色金属产业安全影响的时变特征。

5)系统梳理了建国以来我国金属资源开发战略演进路径,在对国际国内环境变化深入分析的基础上提出我国金属资源安全战略的调整与优化建议,对一些保障金属资源安全的重要政策进行了分析评估,提出了改进建议。

6)对金属资源开发利用中的外部性治理、资源的优化配置、资源定价与定价权等基本问题进行了系统的研究。

项目成果科普性介绍:

一、关于金属资源的基本知识

金属资源是是人类社会生存和发展的重要物质基础,是国民经济建设和国防建设不可或缺的关键材料。通常,金属资源指含有金属元素的可供工业提取金属有用成分或直接利用的岩石与矿物,可以根据金属的颜色和性质等特征将金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要指铁、锰及其合金,如铸铁、钢、铁合金等,被广泛应用于工业生产、机械制造和基础设施建设等方面。有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外的所有金属,包括常见的铜、铝、铅、锌等基本有色金属和稀有稀土稀散金属等64种金属。上至飞船、卫星,下至电脑、汽车和日常生活设施,人类生活的方方面面都离不开有金属资源的应用。

纵观全球工业发展历程,每次工业革命都导致金属资源消费的空前增长。第一、二次工业革命使黑色金属以及铜、铝、铅、锌等基本有色金属得到广泛使用,消费量快速增长。第三次工业革命则由于芯片及各种高性能装备制造的需要,使绝大多数稀有稀土稀散金属得到了利用(图1)。进入新世纪以来,新一轮技术革命和产业变革方兴未艾,碳中和目标被广泛接受,全球创新版图和经济结构正在加速重构。在以信息技术应用为核心,新能源技术、新材料技术、生物技术和航天技术全面发展的进程中,金属资源更彰显其重要价值。例如,高性能芯片制造所需的金属品种由早期的10余种增加到50余种;新能源的发展以金属钴、锂和铟等稀有金属为重要原材料支撑;清洁低碳技术的发展则离不开锂、铜、锰和稀有稀土等金属的消耗;铟、铋、锗和钨等稀有金属被广泛应用于航空航天产业以及核工业等重要领域。

1 不同工业发展阶段对金属资源的需求状况

金属资源是可耗竭资源,具有稀缺性和全球分布不均衡性。由于需求不断增加,许多重要的金属资源成为战略性资源。大国竞争推动金属资源产业链供应链的加速重构,对战略性新兴产业所需金属资源的争夺日益加剧。美国201712月以第13817号总统令颁布《确保关键矿产实现安全可靠供应国家战略》 20185月美国内政部发布了35关键矿产清单,包括铝、稀土、锂和镁等在内金属资源高达30种,同时在国内加速对金属(例如稀土)产业链的完善,在国际上积极拓宽矿产品的供应渠道。欧盟2020年关键矿产清单和日本《稀有金属保障战略》中涉及的关键金属分别为21种和28种,谋求关键金属资源的保障供给。这些动态表明各国都在积极抢占金属资源开发利用的国际竞争制高点。我国自然资源部2016年发布《全国矿产资源规划(2016—2020年)》,将铁、铬、铜、铝、稀土和其他9种稀有金属列入战略性矿产目录,以期对战略性矿产的保障供给。

尽管我国是金属资源生产大国,但同时也是金属资源的消费大国。工业化、城镇化的持续推进,双碳目标的实现,将使我们在相当长的时间里对金属资源的需求维持在高位。但大多数金属矿种国内探明储量不足,许多重要金属品种对外进口依存度过高(图2),金属资源供给保障问题将长期存在。当前国际地缘政治正在发生重大变化,各矿业大国频繁调整矿业政策,全球贸易保护主义和资源民族主义思潮有所抬头。这些变化对我国如何保障战略性金属矿产资源产业链供应链安全提出了严峻挑战,许多理论和实际问题需要做出回答,这也是我们这个项目立项的初衷。


2 中国主要矿种进口对外依存度

(数据来源:中国地质科学院)


二、我国金属资源安全态势

我们认为金属资源安全内涵包括供给安全、经济安全和生态安全。供给安全就是指资源在数量和质量上的持续供给能力,能为国家经济社会的可持续发展提供良好支撑和有效保障。经济安全是指以合理的成本和价格提供足量、可靠并满足国家需求的资源。生态安全是指一个国家或地区无论是当代人还是后代人都可以及时、稳定和经济地获取各种自然资源,同时,又使人类发展赖以依存的资源基础和生态环境处于良好的状态。

影响资源安全的原因可能是经济、技术、规则、市场方面的变化,也可能是重大地缘政治事件、突发的安全和生态事件等,我们的研究中把后一类事件导致的资源安全问题称为非常规安全问题。

关于我国金属资源安全状况,我们有如下的判断。

1)供给安全

当前和今后相当长的时间里,我国金属资源消费需求将保持高位运行。目前,有31种金属矿产的单品种消费量在全球占比为前4位,其中的27种金属消费量居全球第一,13种金属消费量超过50%(图3)。然而,我国铀、铁、铜、铝、镍、铬、锰、钴、钾、铂族等多种金属矿产资源的自然禀赋较差,开发利用难度大、成本高、对外依存度高,其供给与需求的矛盾至今依然没有实质性改善,结构性短缺态势将长期存在。国内稀有金属大多与其他金属伴生,随着我国去产能压力增大,稀有金属供给随载体金属而放缓,导致稀有金属供需矛盾更加凸显。由于长期高强度地开发矿产,我国大宗矿产资源储产比和优势矿产的国际地位日趋下降,尤其是我国的稀土和钨金属虽然资源丰富,但是仍然缺乏国际话语权。关键金属作为新能源产业发展的重要原材料,其竞争日益激烈,且部分关键金属被少数国家控制,加大了我国金属资源面临的供应风险。2020年初新冠疫情爆发后使得我国一些比较重要的矿产资源和关键原材料存在潜在的断供风险,对我国金属资源安全以及相关产业的发展构成了一定的威胁。碳达峰碳中和目标的提出,使得我国金属矿产资源的勘探、开采、冶炼、净化、利用和回收的各个环节面临着更加严格的环境保护标准,陆续关停的矿业企业和短缺的伴生性矿产使得国内应急能力不足,难以满足国家紧急状态下国防和关键基础设施建设的需求。

3 中国主要矿产消费量占全球比例

(数据来源:中国地质科学院)

2)经济安全

金属资源的经济安全问题集中体现在金属价格波动和我国定价权缺失导致的对国内资源产业发展的冲击。宏观经济运行的波动,供求关系的变化,重大突发事件的出现都会受使得大宗金属矿产价格呈现出剧烈波动状态,影响我国金属资源产业的正常运行。随着商品指数基金、高频交易策略和电子信息技术的不断发展,有色金属市场呈现出越来越明显的金融化趋势,在这个过程中,投机行为和价格操纵扭曲有色金属供需,并导致有色金属价格呈现非正常波动。有色金属属于重要的生产要素,其价格的变动直接关系有色金属行业的生产成本,涉及产业安全问题。例如,金融投机行为会通过抬高金属资源价格,提升有色金属矿采选业成本而抑制行业产出。此外,由于历史、技术和其他一些原因,我国在国际上长期缺失金属资源定价的话语权,极易受国际市场金属价格波动的影响进而导致国内经济和产业安全问题。加之金属价格波动金融化因素与供需因素交织影响,金属价格波动作为一种隐性指标,不易观察,其对国内产业发展的冲击极难捕捉和预测,金属供需和价格波动威胁我国经济和产业安全是需要解决的重大问题。

3)生态安全

金属资源的生态安全问题是涉及对资源的高效利用和环境保护的核心议题,包括污染排放、能源消耗和环境规制等。金属工业各子行业(采选业、冶炼及压延加工业和制品业)均具有高能耗、高排放和重污染的典型特征。有色和黑色金属冶炼及压延加工业一直是我国能源消耗大户以及二氧化碳和工业三废排放的主要来源(图4)。粗放模式下,我国金属矿产资源开采、冶炼、加工和使用过程还带来严重的大气、水和土壤等污染。例如,铝工业是传统的高耗能、高排放、高污染产业,铝土矿开釆、铝的冶炼、制作等一系列生产工艺都伴随着大量的能源消耗,并向空气中排放有害物质。重金属污染事件也时有发生。当前受全球气候变化、温室效应加剧等现象的影响,发展低碳经济、限制温室气体排放已成为世界各国和地区的共识,部分发达国家已经开征碳税并计划实施碳关税,凭借其技术优势对相关发展中国家形成绿色贸易壁垒。与发达国家相比,我国矿产资源开发应用对生态环境安全的负面影响还比较突出。我国政府向世界庄严承诺到2030年前后力争使碳排放达到峰值的背景下,金属工业未来必将面临日趋严格的生态环境规制。

4 2009-2019年中国金属工业碳排放量

(数据来源:中国能源统计年鉴)

4)非常规安全

非常规安全事件导致的金属资源安全问题我们研究中的一个重要方面。国际上有色金属和黑色金属企业发生重大安全事故,不仅导致重大的人员伤亡,而且造成相关产品供需失衡的事件屡有发生。采矿、冶炼过程中的重金属污染事件,不仅严重影响人们的健康,对土壤、水体污染修复工作非常困难,也常常导致严重的社会问题。大气-水圈灾害和地震地质灾害等自然灾害事件也对金属资源开采和进出口贸易造成短期冲击。我国大量进口的资源都要通过海上运输,近年来,美国推行亚太再平衡战略,挑战我国南海主权,也对我国海上通道的安全构成了挑战。全球贸易保护主义和资源民族主义思潮有所抬头,一些资源出口国不断强化对金属资源的控制能力,也给我国海外资源供应的稳定性带来风险。

三、我们的研究进展

针对我们在金属资源安全方面面临的这些问题,我们的项目研究以新时代经济发展、地缘政治变迁、技术变革以及制度创新为背景,构建了综合考虑常规安全与非常规安全的国家金属资源安全机理分析框架,就新时期国家金属资源安全的机理、非常规突发事件对国家金属资源安全的冲击影响、国家金属资源安全评估与安全价格区间、国家金属资源生态安全评估与政策等方面的内容展开了深入的研究,取得了以下的一些成果。

1、为探索金属资源的供给安全问题,我们从微观角度和行业层面分析了金属资源消费的驱动因素和关键供应链路径。当前的新技术革命和产业变革将使一些小而关键金属品种(如稀有稀土金属)的需求急剧增加,传统的需求预测方法对这类金属的需求预测并不适用。为此,我们突破传统的矿产资源利用强度理论以技术不发生革命性变化为前提的分析范式,将新技术革命内生于金属资源供需安全分析框架中,系统梳理了新技术革命与产业变革对金属资源需求的作用机理。我们发现技术进步会通过三条途径影响关键金属矿产的消费,即技术进步导致经济增长、产业结构调整和资源的替代循环利用,进而导致金属矿产需求的变化。根据这个思路,结合前人的研究成果,我们预测了在碳中和气候目标下,第二个百年目标中国电力行业低碳技术进步所需的基本金属和关键金属需求量;预测了在新技术革命背景下,不同供给侧和需求侧技术进步情景下我国未来钴资源需求范围和供需平衡状况;同时在金属-能源耦合视角下,拓展原有的评估体系,构建了适合我国关键金属需求状况的供应风险评估体系。我们还对到2035年的我国所需的35种矿产资源需求进行了预测,并且系统完成铁、铜、铟、锡、稀土等全产业链物质流动、存量和二次回收评价,提出更科学准确的金属矿产资源需求预测方法体系和模型组合。这些研究为我国在新时期优化调整金属资源战略和金属资源供需安全管理提供了支撑。

2、在非常规安全事件对国家金属资源安全带来的影响方面,我们梳理了五类威胁国家金属资源安全的非常规突发事件:自然灾害事件、重大矿难与环境污染事件、地缘政治事件、金融与资本市场投机事件、资源民族主义事件,构建了压力-状态-响应分析框架。在此基础上我们重点分析了地缘政治事件、经济政策不确定性等因素对大宗金属、稀有金属和贵金属资源安全的影响;构建我国金属资源非常规突发事件风险评估模型,分析我国金属资源海外投资风险;以我国铁矿石海上通道突发事件为实例,对我国铁矿石海上通道突发事件风险进行了系统评估;针对金融化程度的不断提高使得金属期、现货市场联动性增强的现状,以铜市场为实例探究了跨期现市场操纵对金属价格的影响程度和路径。在理论分析的基础上提出了有针对性和可操作性的应急策略和政策建议,为有效防范非常规突发事件对国家金属资源安全的影响提供有益参考和借鉴。

3、在国家金属资源安全评估与安全价格区间方面,针对金属价格波动威胁我国经济安全等重大战略问题,构建了纳入有色金属价格波动及主要宏观经济变量的动态可计算一般均衡(DSGE)模型,在统一框架下模拟分析了金属价格波动对经济安全的动态影响及传导路径。我们将我国金属市场纳入全球金属市场联动体系中,研究中国金属期货市场对国际市场定价的影响。综合考虑市场供求关系和金属金融化趋势不断增强的情况,我们突破以往线性模型研究框架以及主要聚焦上行周期的局限性,构建了非线性计量经济模型,为有效解释金属金融化提供了新的思路与分析工具;我们提出的基于高频数据的金属价格波动预测模型为有效模拟与预测金属市场价格波动提供了观测指标与有力工具。

针对外部冲击威胁我国金属产业安全等重大问题,我们构建了适用于金属产业的产业安全四维度(产业发展环境、产业竞争力、产业控制力、对外依存度)评价指标体系,分析了近年来我国金属产业安全形势变化的原因及趋势。这些研究对于如何从经济和产业安全视角规避金属价格的输入性风险,保障金属资源供给,维护国家经济安全提供了有益的思路。

4、金属产业具有高污染、高能耗和高排放的典型特征,转变发展方式、提升绿色全要素生产效率是破除资源环境双重困境,实现我国金属产业稳定发展、保障国家金属资源安全和生态安全的必由之路。项目基于这一现实背景,以问题为导向展开系列研究:全面梳理了我国金属产业绿色发展转型现状、特征及面临的挑战;针对产业和区域层面的金属工业绿色全要素生产率进行核算与分析,揭示其演变规律、现状、及无效率成因;从区域经济制度环境和金属工业自身禀赋内外两个层面识别我国金属工业绿色发展转型的内在机理,探索我国金属产业转变发展方式、提升绿色全要素生产效率的可行路径。此外,项目还就全生命周期视角下金属工业产品(以铝为例)的资源与环境损耗核算、金属产业在未来减缓气候变化方面的机遇与挑战、金属国际贸易隐含的环境成本及其可持续性、以及金属安全保障与资源消耗和环境污染的脱钩等问题开展了系列研究。

由于资源损耗和环境污染的外部性,有必要通过制定有效的绿色产业政策和环境规制政策以解决我国金属产业面临的生态安全问题。为此,本项目针对当前我国金属部门所实施的绿色产业政策和环境规制政策的有效性开展了系列研究:一方面,从宏观层面量化分析了中国的绿色产业政策对矿业企业环境治理绩效的影响;另一方面,以钢铁行业为例,解析了异质性的环境规制政策对钢铁产业发展以及环境治理的影响,以期对金属行业的环境治理效果进行评估。这些研究有助于了解我国金属部门产业政策和环境政策的实际治理效果,为后续相关政策的制定、实施、调整和完善提供参考。

5、在新常态下国家金属资源安全政策研究方面,系统梳理了建国以来我国金属资源开发利用战略演进历程,提出了优化调整建议;构建了金属资源政策评价理论模型及平台,对大宗金属矿产和关键金属矿产的代际补偿和生态补偿、资源税替代关税等资源政策展开计量评估;对我国稀土开发政策、环境规制政策和相关产业政策进行了分析评价,提出了优化建议;服务区域经济,对湖南省金属资源产业转型升级提出了系列政策建议。

6、大数据和信息化手段是优化国家金属资源安全管理的重要手段。我们在进行前面各部分内容研究过程中,根据研究的需要,开发了相应的实验研究软件和模块化的数据库系统。目前已经开发了基础系统模块、动态可计算一般均衡分析模块、生态安全管理模块、突发事件管理模块以及金属消费预测模块,收集了大量金属资源相关数据,同时利用这些成果集成了金属资源安全管理仿真模拟实验系统,满足了研究工作的需要。

保障金属资源安全,推动经济和产业健康持续发展,实现人民美好生活,是国家与人民的共同期盼。本项目的研究涵盖了金属资源安全管理的各个方面,高度契合当前我国金属资源安全管理的重大现实需求,对提高国家金属资源安全保障能力,推进我国金属产业转型升级以及加强生态文明建设、实现碳中和目标都有着十分重大的理论和现实意义。当前的新一轮新技术革命和产业变革必将重塑全球金属资源供需格局。保障金属资源安全,一方面要立足国内,提升资源利用效率,推进金属资源循环利用,实现绿色发展,另一方面要积极走出去,提升我国金属资源的全球控制力和话语权,使我们由资源大国变成资源强国,为实现中华民族伟大复兴贡献力量。



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