稀土材料对包括医疗保健和清洁能源在内的各种经济部门至关重要。在一项新的研究中，阿尔贡科学家强调了哪些稀土元素可能特别容易受到干扰。信用:美国国防部和阿贡国家实验室稀土材料对各种行业至关重要。阿贡的一项新研究探索了供应中断(如矿井关闭)的影响。从手机到战斗机，一系列设备和机器都依赖稀土元素，这些元素主要在中国开采和提炼。这种供应的中断可能会产生广泛的后果，但人们对这些中断如何在全球市场上发生的了解有限。美国能源部阿贡国家实验室的研究人员正在使用一种独特的计算机模型来理解这种影响。
被归类为稀土的17种元素中，大多数实际上并不稀有，但它们很难从地下提取出来，也很昂贵，而且它们之间也很难相互分离。稀土元素对许多新兴技术至关重要，包括那些支持清洁能源未来的技术。其中包括钕、镨和镝，它们是用于风力涡轮机和电动汽车的节能永磁体的组成部分，以及其他产品；钆，你可能会认为它是核磁共振成像前的造影剂。美国政府将这些元素归类为关键材料，部分原因是它们在制造支持国家安全的产品中的重要性。
中国主导着全球稀土市场。据估计，中国生产了58%的开采稀土，并控制着全球约85%的提炼能力。2020年，美国占稀土开采产量的15%以上，但这种材料出口用于增值加工和生产。
各种破坏性事件可能会影响稀土材料的供应，包括自然灾害、劳资纠纷、施工延误，以及——目前每个人都在想的——大流行。
在最近发表的一项研究中，阿尔贡研究人员分析了三种供应中断情况对10种稀土元素以及少数相关化合物的潜在影响，以确定市场影响。为了进行这项由美国国防部国防后勤局支持的分析，他们使用了阿贡的全球关键材料(GCMat)工具。
GCMat是一个基于代理的模型，它是一个计算框架，用于模拟给定系统中不同实体之间的交互。这提供了通过模拟单个采矿项目、生产商和消费者可能做出的决策来预测稀土市场动态的能力。这些“代理商”根据市场价格和供应情况不断更新产品价格、供应采购、产量和产能计划。
“通过基于代理的建模，我们可以比其他类型的建模更逼真、更详细地捕捉市场中发生的事情，”阿尔贡助理能源科学家、该研究的主要作者马修·里德尔说。
GCMat团队使用Argonne在实验室计算资源中心的高性能计算Bebop集群来校准模型，并评估一系列不同市场场景下的不确定性。
研究合著者、阿贡高级供应链分析倡议主席艾利森·贝内特·伊里安(Allison Bennett Irion)表示:“基于代理的建模着眼于触发决策的参数，例如是否开矿或关闭矿，以及这些决策如何在市场和供应链中级联。
研究结果强调了哪些稀土元素可能特别容易受到干扰。氧化镝价格上涨幅度最大，用于永磁体、特种合金和其他应用。氧化钕是钕和镨的混合物，也被发现容易价格飙升。
总的来说，分析发现，在临时情况下——一年的出口停止和两年的矿山关闭——价格影响往往会在中断期之后延长一年。对生产、产能和需求的影响也可能持续更长时间。该模型表明，一些在中国境外启动的矿山在恢复主要供应后可能无法继续运营。
GCMat团队目前正在对该模型进行修改，这将有助于使其符合美国降低温室气体排放的目标。他们正在增强稀土磁体市场对节能电机的代表性，包括那些用于风力涡轮机和电动汽车的电机。新的基于代理的锂离子电池供应链模型将评估全球材料短缺将如何影响对电动汽车市场至关重要的电池技术的采用。
GCMat也得到美国能源部前能源政策和系统分析办公室的支持，它基于Argonne的Repast Simphony，这是一个开源工具包，用于实现和使用基于代理的建模。
里德尔说:“在阿尔贡，我们能够利用我们在一系列能源系统(例如电池)中的专业知识，并将这些知识与独特的建模和计算能力相结合，进行这样的研究。
研究人员还计划使用GCMat评估回收、保护和供应多样化等战略的有效性，以降低稀土市场中断的严重程度。
这项名为“基于代理的全球稀土市场供应中断建模”的研究发表在1月份的《资源、保护和回收》杂志上。
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