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全球求解动力电池回收利用难题

来源:经济参考报 王婧

在电动汽车快速发展的同时,大量动力电池开始不断退役。这些电池如何回收利用以减少对环境的污染,成为各国正在面对的紧迫问题。同时,在生产动力电池所需金属等原材料日益紧缺的当下,不少大型汽车厂商和初创企业也在抓紧布局,希望动力电池回收利用能够成为应对供应短缺的有效途径,各方均寄望相关产业能够加速发展。

动力电池产能迅速扩大

随着电动汽车销售的快速增长,以及汽车生产商面临由燃油车向电动汽车转变的压力不断加大,全球不少国家和地区均在加快动力电池产能的布局。

目前,美国正计划在2030年之前实现大部分美国制造的汽车转变为电动汽车,在2040年完全淘汰燃油车。欧洲环保团体运输和环境组织的一份报告称,如果欧盟引入更加严格的温室气体排放监管政策并为充电桩建设提供足够支持,在2035年之前欧洲的新车销售将全部转变为电动汽车。

根据市场研究公司Markets and Markets的数据,锂电池的需求在过去五年迅速增长,2025年相关市场规模预计将从2020年的442亿美元增长至944亿美元,电动汽车发展将是主要的驱动力。

欧洲各国政府目前正在加大力度支持动力电池项目的发展,以确保未来仍然可以保持在汽车制造领域的优势地位。据法新社报道,根据运输和环境组织的数据,欧洲目前正计划新建38座超级电池工厂,年产能预计总共将达到1000千兆瓦时,投资额将达到400亿欧元(约合480亿美元),2029年至2030年将能实现计划产能。

不少大型汽车制造商也在不断加大对动力电池的投资。据法新社报道,德国大众汽车近期已经向瑞典初创企业Northvolt公司投资23亿欧元,并计划新建另外五座动力电池工厂。新汽车巨头斯特兰蒂斯公司目前正在建造两座动力电池工厂。美国电动汽车厂商特斯拉也计划在柏林新建动力电池超级工厂,预计2030年之前的产能将会达到250千兆瓦时。

原材料供应或将短缺

动力电池工厂的大量建设将对金属等原材料的供应提出更高要求,汽车生产商必须设法保障生产电池所必需的原材料的供应。据了解,动力电池占据着电动汽车大部分成本,而锂、镍、钴等主要金属又占据着动力电池大部分成本。欧盟委员会预计,到2030年,对锂的需求将增长18%,对钴的需求则将增长五倍。

考虑到需求的大幅增长,有一些国际机构已经在预警相关矿物原材料未来将面临短缺。国际能源署日前表示,各国政府需要确保清洁能源技术所需的关键矿物原材料的供应,否则可能面临供应瓶颈,损害电动汽车、风力发电等项目的发展。国际能源署的报告称,从锂、镍、钴、锰、石墨等生产电池所需的原材料到生产电动汽车发动机和风力涡轮机的稀土元素,清洁能源需要众多种类的原材料,而每一种矿物原材料所面临的问题都不相同。国际能源署称,总的来说,能源领域对于关键矿物原材料的需求在2040年之前将增长6倍,目前全球不断增强的气候变化应对行动与关键矿物原材料的供应正越来越不成比例。

国际能源署的报告建议,各国政策制定者应采取行动确保关键矿物原材料的稳定供应,并制定长期的减排目标。该机构还建议各国政府促进新技术的发展,并更多投资回收领域以缓解主要的供应压力。

美国白宫近日明确表示,必须与盟友一起确保生产电动汽车所需的金属等原材料的供应,在国内进行处理时也需要考虑到环保等因素。据路透社报道,相关举措包括通过美国国际开发金融公司扩大投资电动汽车金属项目,以及采取新措施来支持从电池回收中获取供应。拜登政府还将成立工作组来确定动力电池中所使用的矿物质可以在哪里被生产和处理。美国能源部已经获准通过“先进技术车辆生产贷款项目”投资170亿美元来支持相关的项目,将聚焦电池制造商融资、关键矿物质回收和处理等领域。报道称,确保铜、锂等动力电池原材料的供应是拜登庞大电动汽车发展计划目前遇到的主要障碍之一,目前美国国内的采矿项目正面临着广泛的监管障碍和环保方面的阻力。

欧盟委员会副主席马罗什·谢夫乔维奇3月份表示,在动力电池生产方面,欧洲应当努力实现战略独立性,希望欧洲可以在2025年以前实现自给自足。据法新社报道,目前欧洲正在研发的新一代动力电池技术,希望降低对锂离子电池技术的依赖,欧盟委员会今年1月已投资29亿欧元支持相关研发。欧洲还希望建设更加环保的电池工厂,欧盟官员目前正在制定相关标准,以规范电池原材料的提取以及废旧电池如何回收等。

不过,惠誉咨询公司的分析师奥利弗·蒙蒂克认为,欧洲或许要到2040年才能建立起一个“涵盖大部分电池原材料在欧洲提取、精炼、处理、生产的完整的闭环供应链”。蒙蒂克表示,尽管德国和捷克拥有可持续的锂金属储量,但是欧盟仍然应当从可靠的合作伙伴那里获取供应,以确保供应安全。

电池回收需加速发展

动力电池被认为是决定电动汽车行驶里程和性能表现的关键因素之一,但随着使用年限的增加,其性能将出现明显的下滑,所需充电时间将延长且行驶里程会缩短。有业内人士表示,目前动力电池的推荐使用年限一般是5至10年。随着大量电动汽车已经投入使用,不久的将来需要更换的动力电池数量将会迅速飙升,环境保护和资源再利用的需求将快速增长。

有专家表示,对于一些还能够使用的动力电池,可以用于其他要求得以降低的场景,比如用于能量储存系统(ESS)。对于不能够继续使用的动力电池,则可以考虑进行回收,再利用其中的金属元素等资源。目前,开采和加工生产电动汽车所需的锂、钴和镍等金属往往需要跨越数个大洲,运输距离经常超过2000公里。因此,回收和利用废旧电池中的原材料是一种更加高效和可持续的方式,能够有效减轻发掘新矿、开采和加工处理等领域的负担。

汽车和电池制造商以及一些初创企业已经在探索各种处理废旧动力电池的方法,一些新的产业和商业模式正在形成。

据美国CNBC报道,特斯拉前首席技术官(CTO)施特劳贝尔在2017年创立了Redwood Materials公司,该公司聚焦于处理电子垃圾,其业务包括回收利用废旧电池,然后向汽车制造商和电池生产商提供从中提取的原材料。该公司位于美国内华达州的首个回收处理工厂已经开始运转,能够回收利用废旧电池中95%的镍、钴、铝和石墨,以及超过80%的锂。施特劳贝尔表示,面对动力电池需求的快速增长,目前的原材料供应将难以满足需求,必须加快“食物链顶端领域”的投资,比如原材料的开发和回收利用等领域,而回收利用是一种非常高效的途径。在盈利问题上,施特劳贝尔表示,公司目前仍然处于发展的初期,投资设备和技术仍然需要消耗大量的资本,但从长期来看,随着技术和规模的不断改善,公司的业务将会实现非常可观的利润。

据媒体报道,LG能源解决方案公司和通用汽车的动力电池合资企业Ultium Cells将与电池回收公司Li-Cycle合作,从今年开始回收电池。Li-Cycle表示,其回收利用技术可实现锂离子电池中所有材料80%至100%的回收。

据韩联社报道,韩国汽车制造商起亚汽车及其电池供应商SK Innovation将合作发展动力电池回收利用项目。据悉,SK Innovation为起亚汽车的EV6等电动车型提供锂离子电池。早在2020年3月,这两家公司就已经开始合作利用废旧动力电池,并表示将会通过能量储存系统来合作处理和再利用废旧动力电池,或者回收废旧动力电池中的金属,这将有助于降低生产成本。SK Innovation还表示,除了潜在的经济效益,回收废旧动力电池还可以减少废旧电池被掩埋的数量,从而降低对土壤和地下水的污染。

动力电池中原材料回收相关市场预计将在未来数年迎来快速增长。CNBC的报道称,有数据显示,全球锂回收市场将由2019年的15亿美元上涨至2030年的181亿美元。

有专家表示,动力电池回收利用产业要想加速发展,还需要电动汽车产业和政府进行更加紧密的合作,以帮助收集各种不同型号和性能的电池,加快推进相关科研项目,制定出相关标准,简化废旧电池回收和利用程序,早日逆转目前废旧电池回收利用率较低的局面。

一些国家的政府也在通过各种形式支持相关的创新活动。据韩联社报道,韩国政府目前正在通过“监管沙盒”的方式,部分放松对于废旧电池的监管,以允许汽车制造商和电池生产商利用这些电池来进行产品、服务、营销和商业模式等的创新。韩国贸易、工业和能源部计划在2024年之前投资13亿韩元(约合150万美元)来进行旧电池利用方式的实验,比如利用于可再生能源项目中。

韩国汽车技术协会研究员金世烨表示,随着电动汽车的加快普及,从2026年开始,韩国将出现大量动力电池退役的局面,到2030年,大约有10万辆电动汽车的电池需要更换。金世烨说,电池回收利用产业要想加速发展,还需要加快废旧电池收集等标准的建立,加快相关处理技术的研发,并细化对于电池质量和性能的要求。

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