在许多人的成长过程中,由两个5号电池驱动的电动汽车曾经是最酷的玩具。随着时间的推移,童年手中的玩具现在已经“幻想”成为道路上最常见的交通工具。电动汽车越来越被消费者所熟知和认可,无论是特斯拉、大众和宝马,还是汽车制造的新力量——威莱、小鹏和理想。
此前,埃隆·马斯克表示,20年后,世界上生产的汽车将超过一半是电动汽车。尽管马斯克的判断仍然“激进”,但数据的变化正在支持类似的趋势判断。国际能源署(IEA)此前预计,2022年,无排放汽车和卡车将占全球新车总销量的13%,预计到21世纪末将达到30%。
事实上,电动汽车近年来并没有发明出来。早在1881年,法国工程师古斯塔夫·特鲁夫就制造了世界上第一辆电动汽车,并使用铅酸电池为汽车提供动力。
然而,这辆车的速度只有15公里/小时,续航里程也只有16公里,整体效率甚至比不上马车。要知道,一辆马车的平均时速是20km/h,最快可达100km/h,可连续跑100km。因此,当时的电动汽车并没有引起太多的关注。
此后,由于电池工艺的进步,电动汽车也曾与燃油汽车拉开差距。其中,1899年4月29日,比利时赛车手卡米尔·耶纳齐用自主研发的电动汽车创造了105.88公里/小时的速度。到19世纪末20世纪初,电动汽车也迎来了短暂的辉煌时期。其中,1899年和1900年,电动汽车的销量远远超过其他动力汽车。然而,由于无法满足里程要求,电动汽车逐渐被燃油汽车超越,陷入了近百年的沉默。
如今,各种迹象表明,电动汽车即将迎来它的辉煌时代。然而,电力电池生产原材料的短缺正在制约电动汽车在交通领域的主导地位,电池回收可能成为打破这一困境的关键。
电动汽车时代即将到来。
在被燃油汽车统治多年的交通市场上,一场高调的变化正在发生。近年来,中国、日本、韩国、美国等主要国家大力发展新能源汽车,全球电动汽车销量呈增长趋势。该行业认为,电动汽车将是未来10年世界上发展最快的行业之一。
根据国际能源署发布的《清洁能源进展跟踪报告》,2021年全球电动汽车销量翻了一番,占整个汽车市场的9%。该报告预测,2022年电动汽车销量将再创历史新高,占全球轻型汽车总销量的13%。
事实上,电气化交通工具已经成为一种相对确定的趋势。在应对全球气候变化、倡导新能源使用的背景下,传统汽车以燃油为动力源逐渐不被公众接受。在全球范围内,许多政府都制定了相关政策,试图促进汽车制造商的业务变化,并鼓励消费者做出改变。
例如,加州和纽约州发布了规定,到2035年,所有只使用化石燃料的汽车的销售将逐步淘汰,目标是到2037年将乘用车污染减少25%。2022年6月8日,欧盟通过的一项提案规定,新燃油车(包括混合动力车)将于2035年停止在欧盟销售。
可以预见,电动汽车的使用将在世界各地变得越来越普遍。然而,锂、钴、镍等动力电池的核心材料是稀缺资源,电动汽车的普及将不可避免地导致这些原材料的供应短缺。预计到2050年,全球对锂的需求将增加20倍。
自2020年以来,原材料短缺和新冠肺炎疫情的普及导致产能下降,“电池短缺”给电动汽车行业带来了很大的麻烦。2020年2月,奥迪公开承认e-tron因动力电池供应不足暂停生产;2021年1月,特斯拉首席执行官马斯克预计,即使电池供应商以最大速度生产,2022年及以后电动汽车电池供应仍将严重短缺;2021年3月,威来汽车创始人李斌也表示,今年第二季度电池供应将遇到最大瓶颈。
在这种情况下,电池回收技术引起了电动汽车行业的关注——由于原材料有限,重复使用材料也是一种很好的方法。目前,欧洲和北美的许多国家都在支持电池回收产业的发展。欧盟最近对电池制造商提出了广泛的回收法规;Redwodmaterials、Li-cycle等北美企业也在迅速扩大其运营规模。
让旧电池成为新电池的原料。
国际能源署指出,传统汽车的平均消耗金属矿产约为33公斤,而电动汽车的平均消耗量超过200公斤,是传统汽车的6倍。这也意味着需要足够的金属矿产来支持电动汽车产量的增长。但现实是,随着市场价格的上涨,矿产资源有限,也会给电动汽车制造商带来巨大的经营压力。
综合考虑,电池回收似乎是缓解金属材料短缺的有效途径。使旧动力电池成为新电池的生产原料,听起来确实是一个很好的解决方案,但电池回收本身并不容易。
以目前主流锂离子电池的回收为例,一般的回收操作是将电池部件粉碎成粉末颗粒,然后熔化(火冶金)或溶解在酸(湿冶金)中,以回收金属物质。然而,由于锂电池由许多不同的部件组成,在拆卸过程中存在爆炸的安全风险。回收过程成本高,回收产品价值低,导致市场没有太大动力推动这个行业。如今,随着电动汽车需求的不断增加,旧动力电池的回收已经成为一个有前途的行业。
根据咨询公司CircularenergyStorage的数据,2021年,世界上有60多万吨可回收锂离子电池及相关制造废料。预计到2030年,这个数字将超过160万公吨。
目前,许多科研实验室正在努力改进电池回收技术,以找到标准化、环保的回收技术,为即将到来的锂电池需求做准备。随着旧电池回收技术的进步,一切都有了新的转机。
电动汽车可观的发展前景也吸引了越来越多的企业进入电池回收行业,如Redwodmaterials和Li-cycle。他们从公共和私人投资者那里获得了数十亿美元,并开始扩大业务规模。其中,Redwodmaterials采用湿法冶金工艺从废电池中回收钴、锂、镍等有价值的金属。Li-Cycle声称,其独特的旧电池回收工艺可以回收高达95%的有价值材料。
在中国,新能源企业和汽车制造商,包括宁德时代和威来汽车,也在大力促进旧电池的回收。对于这些企业来说,电池回收业务能否带来营业收入只是其次。更重要的是,在金属原材料稀缺的背景下,任何制造电池所需材料的过程都可能决定企业能否在未来的市场竞争中获胜。
在中国回收电池。
目前,我国电动汽车产业的发展在世界上遥遥领先。根据国际能源署发布的《2022年全球电动汽车展望报告》,2021年全球汽车销量净增长均来自电动汽车,其中中国销量最高,同比增长两倍。相应地,中国的电池回收产业也处于世界前列。
长期以来,中国政府一直非常支持动力电池回收产业。2018年,工业和信息化部、科技部等七个部委联合发布了《新能源汽车动力电池回收管理暂行办法》,明确汽车制造商应建立动力电池回收渠道,负责新能源汽车使用和废旧动力电池的回收。
几年后,许多部门出台了许多相关政策法规,以促进旧电池回收产业的发展。其中,2000年,工业和信息化部发布了《新能源汽车废动力电池综合利用行业规范条件(2019年)》和《新能源汽车废动力电池综合利用行业规范公告管理暂行办法(2019年)》两份行业规范文件,引导新能源汽车行业的可持续健康发展。
2021年,工业和信息化部、科技部、生态环境部、商务部、市场监管总局联合发布了《新能源汽车动力电池梯级利用管理办法》。根据文件,鼓励企业与新能源汽车生产、动力电池生产、报废机动车回收拆解等企业合作,加强信息共享,利用现有回收渠道高效回收废动力电池进行梯队利用。
相关政策还带动大量企业进入电池回收轨道。截至2022年8月底,我国现有动力电池回收企业已超过6万家。其中,2015年,宁德时代通过收购邦普循环动力电池回收;2022年5月,宝马集团宣布与华友循环在新能源汽车领域合作,打造闭环电力电池材料回收和梯队利用的创新合作模式;8月,广汽埃安与赣丰锂业建立合作关系,将在锂资源开发、中游锂盐深加工、废电池综合回收等方面进行深入合作。
未来几十年,随着电动汽车的发展,动力电池需求将迎来指数级增长。在缓解旧电池回收生产原材料稀缺的同时,行业也在积极开发突破性电池技术,克服传统锂离子电池的缺陷,提高电池性能。
长期以来,电池技术一直是制约电动汽车工业发展的一大难题。电动汽车使用的锂离子电池一般都有价格昂贵、体积大、能量密度低等缺点,所依赖的液体电解质在碰撞过程中容易着火,这也让许多车主对电动汽车望而却步。电动汽车只有解决了锂离子电池的性能缺陷,才具有更高的竞争力。
2020年底,一家名为QuantumScape的硅谷初创公司声称已经开发出了一种新型锂金属电池,该公司采用固体电解质(陶瓷)克服了传统锂离子电池的缺陷。2021年,“锂金属电池”入选麻省理工科技评论“全球十大突破性技术”,这不仅是对该技术的认可,也是对该技术背后电动汽车产业趋势的肯定。
自2001年以来,麻省理工科技评论每年都会发布“世界十大突破性技术”,预测其大规模商业化的潜力和对人类生活和社会的重大影响。在“全球十大突破性技术”发布20周年之际,Deeptech与麻省理工科技评论合作,推出了“科技之巅(20周年收藏版):全球突破性技术创新与未来趋势”。本书系统总结了麻省理工科技评论发布的“全球十大突破性技术”,近20年(2001-2021年)。根据“生命科学、信息技术、资源与能源、工程制造、智慧生活”五个领域,深入解读梳理了200多项全球突破性技术。同时,邀请学术、行业、资本界权威人士对关键领域技术的特点、行业应用现状、未来发展趋势和投资潜力进行评论,为行业控制趋势提供参考。
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