中國鎵鍺金屬出口管制劍指美軍工產業? 能產生實質的效果嗎?

中國商務部及海關總署宣佈自8月1日起,為了維護國家安全與利益,將對金屬「鎵、鍺相關物項」實施出口管制,必須申報諸如最終買家的詳細資訊,且未經許可不得出口。宣稱是針對歐美對中國高科技產業限制的第一波反制措施。

為何選中「鎵與鍺」這兩種金屬作為首波反制要角?為何被認為此次反制措施劍指美國軍工產業?但實際能有威脅力嗎?

為何選中「鎵與鍺」作為首波反制主角?

「鎵與鍺」不是稀土(元素週期表上第Ⅲ族之鈧、釔和鑭系元素共17種金屬化學元素),也不是價格或是市場規模龐大的材料,例如2022年美國進口的金屬鎵和砷化鎵產值約2.25億美元,鍺更約只有0.5億美元。

但「鎵與鍺」能成為中國首波針對歐美科技戰的反制主角,有兩個重要特殊性:

1、「鎵與鍺」對於電子產業的製造有相當重要的地位

「鎵」(Gallium,GA)與「鍺」(Germanium,GE)被許多產業列為「技術關鍵元素」(Technology-critical element),亦即能使該產業的產品性能有顯著效益的元素。鎵的商業需求98%以上為半導體應用,鍺亦達80%。

例如電子設備中的鎵化合物砷化鎵,用於微波電路、高速轉換電路、紅外線電路,又如製造藍色和紫色的發光二極體(LED)和雷射二極體的氮化鎵和氮化銦鎵。

鍺亦是重要的半導體材料,用於製造電晶體及各種電子裝置,主要如光纖系統、紅外線光學設備、太陽能電池應用,也少部分用於有機化學的催化劑,或生物醫療。

換言之,禁止出口令對於半導體、電動車、光電產業、生物醫療等等熱門行業,都會產生嚴重的影響,讓這些產業的龍頭公司如英特爾、蘋果、特斯拉等在出口限令曝光後,紛紛發表聲明,希望中美兩國能維持產業鏈與貿易環境的穩定。

▲鎵(上方) 與氮化鎵(下左)和砷化鎵(下右)
▲以鎵為基礎製成的藍色LED

2、中國是「鎵與鍺」這兩種金屬的最大量產國

根據各研究機構的統計平均,中國占世界上鎵供應的94%和鍺供應的83%,幾乎是壟斷地位。

以鎵為例,目前還有生產能力的國家,包括俄羅斯、烏克蘭、日本、南韓,但俄烏陷入戰爭,烏克蘭停產,日韓的產量不高(以2021年為例,中國產量420噸,俄羅斯5噸,日本3噸、韓國2噸),產量的懸殊差異,讓中國拿捏到目前是最佳的出手時機。

由於「鎵與鍺」在自然界中幾乎不以單質存在,例如鎵常以鎵(III)的形式微量散存於鋅礦(例如閃鋅礦)、鋁土礦等礦石中,所以生產的難度主要是把鎵從這些礦石中分離出來,並提煉到非常高的純度。

缺乏「鎵與鍺」讓軍隊降回到20年前戰力規格?!

亦有不少觀察家認為,限制「鎵與鍺」還劍指美國軍工產業,因為鎵與鍺的相關化合物,被廣泛應用於軍事設備,甚至是許多軍用電子設備性能突飛猛進的關鍵,地位舉足輕重!

以氮化鎵(Gallium nitride,GaN)為例,可以讓半導體在更小的體積中,有更高的頻率、與能耐受更強的電壓、高溫以及酸鹼變化等特性,讓製作出來的元件有高功率低損耗的優勢。

以主動電子掃描陣列雷達為例,若使用第三代半導體的氮化鎵元件取代第二代半導體的砷化鎵元件(GaAs),則能減小體積、降低重量,減少耗能,因此有了更遠的偵測距離、更靈敏、更大的功率、更強的抗干擾能力等優勢。

▲鎵雖然不是嚴格定義的稀土,但在軍工產業中,與稀土的重要性等量齊觀,例如陣列雷達就需使用氮化鎵或砷化鎵元件。

美國海軍神盾系統所使用的AN/SPY-6相位陣列雷達,其AMDR雙頻雷達系統的高能放大器和發射/接收(T/R)模組,就採用功率密度與散熱性能比砷化鎵更好的氮化鎵半導體技術。氮化鎵組件的功率密度提高一級,承受的工作電壓、電流是砷化鎵組件的2倍以上,熱傳導效率更提高7倍!

▲配備AN/SPY-6(AMDR/EASR)相位陣列雷達的DDG-125驅逐艦

老武器也能使用氮化鎵技術做性能升級。如已經服役多年的愛國者防空飛彈,使用氮化鎵技術的新組件取代老零件,例如主動相位陣列雷達改用氮化鎵元件,讓追蹤與導引性能大幅提升。

鍺在軍事上的運用也很多,例如在現代戰爭中不可或缺的「熱成像儀」所使用的高靈敏度遠紅外攝影鏡頭,就會用到鍺金屬。

因為這類鏡頭如果透入了可見光,會降低系統的靈敏度,不能使用一般攝影鏡頭常見的石英玻璃,需選用可見光不可通過,但遠紅外線能通過的鏡頭材質,於是對遠紅外線有高折射率和透射率的鍺透鏡成為關鍵零件。

▲FLIR Systems產製的SAFIRE 380-HD全數位化遠距離熱像儀

現代軍隊若沒了新型雷達與先進熱成像儀這些電子裝備與感測器,就彷彿退回了2003年時第二次波斯灣戰爭時的裝備水準,換言之電子戰力倒退20年。

▲俄烏戰爭中,烏軍使用熱成像儀夜襲俄軍。

制裁令真的對美國軍工產業有殺傷力?

但是中國前述的出口限制令,對其預設制裁對象,即美國的軍工產業,真的有實質殺傷力嗎?大部分研究者都不認為!

因為「材料」不像製成品能夠追蹤到最終用戶,就算相關公告中,要求出口經營者應按照相關規定辦理出口許可手續中,需要:「最終用戶和最終用途證明」、「進口商和最終用戶情況介紹」,但實務上執行起來難度非常高!

因為鎵與鍺這類基礎材料,提煉出來後,還需要經過多家公司層層製造加工、各零部件組裝等多種繁複的程序,才能成為最終工業品,換言之,材料供應商幾乎無法了解材料的最終去向,就算逼問下游廠商,也多的是造假、虛報、瞞報等各種應付的手段。

除非中國的真正目標,就是真的要讓制裁產生實質的殺傷力,只是用「管制出口」為名(否則違反WTO條款),實質上利用各種審批手段卡關達成「禁止出口」。未來也不排除適用範圍增大,例如禁止對軍工產業超重要,幾乎100%由中國出口的稀土「金屬鏑」。

但回到現實面,大小廠商要的是穩定的供應鏈,如果中國自己成為目前鎵與鍺供應鏈的破壞者,勢必逼著下游廠商尋找替代或更穩定的供應鏈,要不然就是讓相關零組件漲價,再傳導到各產業,則中國在經濟上有形無形(如商譽)的損失,未必不會小於原本要制裁的對象。

而且制裁一向都是雙刃劍,根據市場法則,一旦材料預期可能短缺,價格就會上漲,也許會讓原本因為無利可圖,而不想量產鎵與鍺的地區(例如日韓)有了經濟上或政治上(美國施壓)的動力而更大規模量產,或是回收廢品處理後分離出鎵再利用。這些舉措都會打破中國對此類金屬原料的生產壟斷地位,對中國未必有利。

而且所有與「鎵與鍺」相關的零組件,產業鏈非常複雜,很可能因為某家廠商的零件被封鎖,導致整個上下游生產線卡住,最後產生蝴蝶效應,卡到中國自己的相關工業品(包含軍品)生產。

以上這些風險與執行上的難度,都讓這次限制出口令,被認為實際上的效果只是虛晃一槍,不太會達到實質殺傷力,僅宣傳與警告的成分,目的是為了提醒參與美國制裁的相關國家,中國有實施報復的手段,作為「科技戰」的戰略威懾,阻止或遲滯各國在先進晶片與製程設備上對中國更進一步的封鎖。

戰略風格編輯部