稀土材料对许多行业都是必不可少的。从手机到战斗机，一系列设备和机器都依赖于主要在中国开采和提炼的稀土元素。稀土供应的中断可能带来严重的后果，但人们对这此影响尚不了解。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了解这种影响。

在被归类为稀土的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，而且相互分离也很昂贵。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。它们包括钕、镨和镝，它们是用于风力涡轮机和电动汽车等产品的节能永磁体组件；还有钆，你可能知道这是MRI使用的造影剂。美国政府将这些元素归类为关键材料，部分是基于它们在制造支持国家安全的产品时的重要性。

中国主导着全球稀土市场。据USGS2020年数据估计，中国的稀土产量占全球的58%，并控制着全球约85%的精炼产能。到2020年，美国的稀土产量占全球总产量的15%以上，但这种材料用于附加值加工和生产。

各种破坏性事件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考虑的一种流行病。

在最近发表的一项研究中，阿贡的研究人员分析了三种供应中断对10种稀土元素和少量相关化合物的潜在影响，以确定市场影响。该分析得到了美国国防部国防后勤局的支持，他们使用了阿贡公司的全球关键材料(GCMat)工具。

GCMat 是一个基于 Agent 的模型，它是用于模拟给定系统中不同实体之间相互作用的计算框架。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”不断更新其产品价格、供应采购、产量和产能计划，以响应市场价格和供应可用性。

“有了基于主体的建模，我们可以比其他类型的建模更精确、更详细地捕捉市场中发生的事情，”阿贡的助理能源科学家、该研究的主要作者马修·里德尔(Matthew Riddle)说。

GCMat团队使用实验室计算资源中心的Argonne高性能计算Bebop集群来校准模型，并评估各种不同市场场景下的不确定性。

“基于代理的建模着眼于触发决策的参数，比如是否开启或关闭矿山，以及这些决策如何通过市场和供应链传递，”研究的共同作者、阿贡高级供应链分析项目主席Allison Bennett Irion说。

研究结果强调了哪些稀土元素可能特别容易受到破坏。由于生产中断，氧化镝的价格上涨幅度最大。镝用于永磁体、特种合金和其他应用。氧化钕是钕和镨的混合物，也容易出现价格飙升。

总体而言，分析发现，在暂时的情况下——一年的出口中断和两年的矿山关闭——价格影响往往会延续到中断期之后的几年。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，一些在中国境外因供应中断而启动的矿，在基本供应恢复后可能无法继续运营。

GCMat团队目前正在努力改变这个模型，以帮助它与美国降低温室气体排放的目标保持一致。他们正在强化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。基于智能体的锂离子电池供应链新模型将评估全球材料短缺可能会如何影响对电动汽车市场至关重要的电池技术的采用。

GCMat也得到了美国能源部能源政策和系统分析办公室的支持，它基于 Argonne 的 Repast Simphony ，一个用于实现和使用基于代理的建模的开源工具包。

里德尔说：“在阿贡，我们能够利用我们在一系列能源系统——例如电池——方面的专业知识，并结合独特的建模和计算能力来做这样的研究。”

研究人员还计划利用GCMat来评估回收、保护和供应多样化等策略的有效性，以减少稀土市场中断的严重程度。

这项名为“全球稀土市场供应中断的基于agent的模型”的研究发表在1月份的《资源、保护和回收》杂志上。