本文翻译自 America has a tungsten problem，原载于 Hacker News。
前言
美国需要一个更好的钨资源战略规划。多年来，美国一直依赖中国的钨供应，但这种依赖正变得越来越脆弱。国防和半导体领域的相对保守增长预测表明，钨的需求将会大幅上升。而如果核聚变技术真正实现，美国的钨供应将完全不足。
关于钨
钨是一种具有独特性质的金属。它的熔点比任何其他金属都要高，非常坚硬、密度极大，且化学性质稳定。与其他难熔金属不同，钨的导电和导热性能也相当不错。
钨的主要应用领域
1. 切削和钻探工具 钨碳化物（tungsten carbide）的极高硬度和耐高温性使其成为钻头的理想材料。如果你在石油和天然气勘探中进行钻孔，很可能使用的是碳化钨钻头。这是钨目前的主要应用，估计约占总消费量的 60%。
2. 弹药 钨的高密度和化学惰性使其在穿甲弹和某些特种炸药中非常有用。在许多情况下，它是贫铀的替代品。
3. 半导体 钨的高熔点、惰性、适中的导电性以及氟化物化学性质，使其成为通过化学气相沉积填充半导体纳米级连接间隙的实用金属。
4. 光伏电池 传统上，光伏电池制造（即制造太阳能电池板）使用碳钢丝切割硅片。制造商越来越多地改用钨丝，因为它允许更小的线径，从而减少给定切割产生的硅浪费。
5. 核聚变反应堆 钨有一个与能源未来相关的新兴应用：它是核聚变反应堆的关键材料。
钨非常擅长抵抗中子轰击产生的热量和侵蚀。它是聚变反应堆中等离子体面向组件和辐射屏蔽的首选材料。ITER 有一些很好的文章解释了他们为什么使用钨，包括这篇关于部件需要承受极端热条件的文章。
钨是一种奇特且基本被遗忘的元素。它没有像稀土金属那样引起同样的关注。但它对主要工业技术确实非常重要！
钨的需求
在稳定状态下，美国每年需要进口约 10,000 吨钨。而美国对钨的需求可能正在上升。下面我基于一些中等假设进行粗略估计，美国每年可能需要 15,000+ 吨。如果我们设想核聚变技术真的实现，可以猜测美国将不得不设法匹敌中国的钨产量。
常规应用的需求
如果我们回顾钨的主要应用，应该认识到需求可能会增加。让我们用一个极其简单的模型进行思维实验：
- 假定给定应用中消耗的钨量与市场整体规模成比例变化。为什么不呢？看起来没问题。
- 为消耗钨的不同应用分配一些模糊的分布假设。假设 60% 的钨用于切削和钻探，10% 用于弹药，5% 用于半导体，1% 用于光伏应用，其余 24% 用于其他各种用途。暂时将聚变归零。
- 为不同应用分配一些模糊的高/低猜测。假设半导体和光伏应用以 15% 的复合年增长率（CAGR）增长，其他所有应用以 5% 的 CAGR 缓慢增长。
我们得出一个模糊的模型猜测：10 年内钨的需求几乎翻了一番（+77%）。这些数字当然都是错的，但这并不意味着它们没有用。
我们应该在这里得出的重要结论都是定性的：在相对保守的假设下，美国对钨的需求正在上升。
| 应用 | CAGR | 2025 | 2026 | 2027 | 2028 | 2029 | 2030 | 2031 | 2032 | 2033 | 2034 | 2035 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 切削钻探 | 5.0% | 60% | 63% | 66% | 69% | 73% | 77% | 80% | 84% | 89% | 93% | 98% |
| 弹药 | 5.0% | 10% | 11% | 11% | 12% | 12% | 13% | 13% | 14% | 15% | 16% | 16% |
| 半导体 | 15.0% | 5% | 6% | 7% | 8% | 9% | 10% | 12% | 13% | 15% | 18% | 20% |
| 光伏 | 15.0% | 1% | 1% | 1% | 2% | 2% | 2% | 2% | 3% | 3% | 4% | 4% |
| 其他 | 5.0% | 24% | 25% | 26% | 28% | 29% | 31% | 32% | 34% | 35% | 37% | 39% |
| 总计 | 5.9% | 100% | 106% | 112% | 118% | 125% | 132% | 140% | 148% | 157% | 167% | 177% |
按应用建模的钨需求，年度数据以 2025 年 = 100% 为基准。
核聚变的需求呢？
我在上面故意排除了聚变。如果它真的发生了呢？确实有非常多聪明的人在努力使聚变成为现实。除了我之前提到的 ITER，还有一大批商业初创公司。这些组织中的一些在未来十年内取得真正进展并非不可能。
许多比我更聪明的人在聚变即将实现的前景上投入了时间和信誉。例如：
即使撇开公关宣传不谈，无疑也存在着真正的乐观主义核心。
我无法假装知道聚变反应堆对钨的胃口会是什么样子。我真的不知道。我弱弱地怀疑没有人知道。
我确实找到了一篇论文。论文表明，聚变反应堆在 40 年的生命周期内可能消耗 5,000 到 30,000 吨钨。为了简单起见，假设答案是 40 年 10,000 吨。那就是每个反应堆每年 250 吨。
合理的反应堆数量是多少？在这里，我也无法假装知道。我只能对美国已经拥有的裂变反应堆数量做一个笨拙的手势。我们知道美国大约有 100 座民用裂变反应堆。而美国海军还有另外约 100 座核反应堆，主要在潜艇上。
在没有充分理由相信其他情况的情况下，人们可能会想象美国可能需要约 200 座聚变反应堆。这几乎肯定又是一个错误的数字，但对于定性判断仍然有用。
如果是这样，聚变可能占未来美国钨需求的大部分。200 个反应堆每年 250 吨钨，总计每年 50,000 吨钨。
如果我们把这个数字与之前模糊的基线预测结合起来，可以粗略想象美国每年的钨需求接近 60,000 到 70,000 吨。
钨的供应
钨是一个压倒性的中国产业；每年，中国占世界约 80,000 吨产量的 80% 以上。给定年份的次大生产国通常是越南、俄罗斯和朝鲜 —— 它们都不是真正的生产大国。
美国自 2015 年以来就没有生产过任何钨。
美国长期以来一直依赖中国的钨供应。美国历史上每年进口约 10,000 吨钨。在这个数量下，钨还能从哪里来？没有其他国家生产得足够多！
全球钨产量（按年）
单位：公吨
| 年份 | 中国 | 其他 |
|---|---|---|
| 2015 | … | … |
| … | … | … |
数据来源：USGS 矿产品摘要
最近的贸易争端使美国对中国钨的依赖变得难以忽视。作为对关税的回应，中国政府对包括钨在内的矿物实施了严格的出口管制。迄今为止，似乎没有美国公司获得中国钨出口许可证。这些管制实际上相当于禁令，尽管没有人愿意这样称呼它。
美中关系介于竞争和敌对之间。我把定性留给读者的个人政治立场。无论哪种情况，美国对中国钨（和其他矿物）的依赖都损害了其战略地位。美国目前没有钨的替代供应。
美国钨进口量（按年）
单位：公吨
| 年份 | 矿石 | 其他 |
|---|---|---|
| … | … | … |
数据来源：USGS 矿产品摘要
供应不能凭空出现。矿山需要多年和数百万美元才能达到全面生产力。矿山需要筹集大量投机资本，穿过复杂的监管迷宫，招募专业劳动力，最终……还要有点运气。此外，采矿业务每几年就会从繁荣到萧条再回繁荣。你真的不能指望私人资本的持久可用性。
美国利益的自然解决方案是刺激其他地方的钨生产 —— 无论是国内还是国外。只需要更多的非中国钨。
这确实正在进行中，至少在一定程度上。美国国防部已经向开发钨矿的美国和加拿大公司颁发了一些奖项。特朗普政府在去年年底介入，推动了一项美国-哈萨克斯坦钨协议。
但这可能还不够。我们需要认真对待这里问题的规模。美国对钨的需求已经超过了非中国供应相当大的幅度。我们可以从市场价格中观察到这一点，价格在最近几周创下历史新高。而需求可能还会上升。
总结
就目前情况而言，美国面临一个问题。该国没有未来安全、可行的钨供应。因此，美国在中期内冒着国内半导体和弹药产业的风险。
但在下一个十年，潜伏着一个更大的战略困境。关于核聚变的乐观预测可能是正确的。我们可能在 2030 年代获得功能性的 —— 即使还不经济的 —— 商业聚变。如果是这样，钨的需求将迅速超过供应。价格将飙升。
明显的解决方案是开采更多的钨。毕竟，事实证明钨实际上并不难找！它遍布美国。事实上，它几乎遍布全世界。
人们不禁要问：
- 为什么中国生产世界 80% 以上的钨？
- 为什么美国的国内钨开采量为零？
- 国内钨开采回归需要什么改变？
- 需要什么来确保钨供应在下一个繁荣和萧条的采矿投资周期中生存下来？
核心要点
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战略依赖风险：美国 100% 依赖进口钨，而中国控制着全球 80% 以上的产量，这是一个严重的国家安全风险
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需求上升趋势：传统应用（半导体、光伏）的年增长率为 15%，国防和工业应用为 5%，预计 10 年内需求将增长 77%
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聚变技术变量：如果核聚变技术商业化，可能需要额外的 50,000 吨/年钨供应，这将彻底改变供需平衡
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供应无法快速响应：矿山从规划到全面投产需要多年时间，无法应对突然的需求激增
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中国已实施事实禁令：通过出口管制，中国实际上已经停止向美国出口钨
这篇文章提醒我们，在追求高科技未来的同时，不能忽视支撑这些技术的基础原材料供应链安全。钨只是众多关键矿物中的一个缩影，美国的战略矿物储备政策需要重新审视。