从汽车电池回收原材料靠谱吗?成本高,技术不成熟

极客网·极客观察6月8日 福特F-150在美国很畅销,几天前它又推出电动版F-150 Lightning。电动F-150 Lightning输出功率530马力,标价不到4万美元(如果考虑联邦税收补贴价格为32474美元)。汽车刚推出48小时,据说预订量达到45000辆。

在未来几年,电动汽车会越来越流行。不过制造电动汽车电池需要各种矿物,如何获得这些矿物成为一个大问题!

制造电池需要锂、钴、铜等等,今天这些矿物主要来自俄罗斯、印尼、刚果民主共和国。2020年全球公路上的电动汽车数量约为1000万辆,到了2030年将会增加到1.45亿辆,矿产需求必然大增。

怎么办?有人认为我们应该努力回收电动汽车电池。在未来几十年里,会有无数电池“退役”。环保非盈利机构Earthworks的高管Payal Sampat表示:“许多人在说:‘我们要解决气候问题,让我们挖更多新的矿藏,让我们快点行动起来。’这样的做法无疑是短视的。针对此问题,我们应该拿出长远而深思的方案。”

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汽车电池技术很复杂,它与手机锂电池有些不同。单块电芯由几部分组成,包括金属阴极(由锂、钴、镍、锰、铁组成)、石墨阳极、隔离器、液体电解质(通常是锂盐)。当充电的锂离子从阳极流向阴极,就会生成电流。

单块电池可以驱动一台手机,但要让汽车行驶,就要将成千上万的电芯组合在一起,一般来说是电池模块结合成电池组,然后装进保护性金属盒。巨大的电池组重量可以达到一千磅,比如F150 Lightning电池重量更是接近2000磅(907千克)。

电池内部有许多高价值材料,但回收很困难,因为设计电池的本意是让它可以使用很多年,让汽车行驶几万公里,没有考虑回收问题。伯明翰大学研究人员Paul Andersen说:“因为各种各样的原因,你不希望电池瞬间被分解。”

汽车电池的分解十分复杂,成本也很高,现有回收技术十分粗糙。电池放电后,回收者会取走坚硬的外壳,模块通常被撕碎,扔进熔炉。像锂、锰等轻金属会燃烧,变成合金坯料,里面包含一些高价值材料,比如铜、镍、钴。然后工厂再用强酸从合金中提取各种金属。这种回收方法消耗大量能源,而且还会排放毒气及其它废物。

回收钴和镍的概率还是比较高的,但锂因为价值有限,回收者不愿意浪费精力。即使回收锂,它的质量也不够好,无法制造新电池。

未来也许会用到更清洁更高效的回收方法:直接回收,或者将阴极材料从电芯分离,恢复内部混合物,比如重新添加锂,这样就没有必要从混合物中提取单种金属了。Faraday Institution研究人员Gavin Harper说,现在直接回收方法还处在早期阶段,未来也许可以回收更多材料,获得高价值终端产品。

Gavin Harper还说:“原材料有价值,但组合在一起的材料价值更高。不过这种回收方式是研究的‘圣杯’,要试图保留结构的价值,不能只关心材料。”

根据International Energy Agency的估计,现在全世界拥有足够的产能可以每年回收18万公吨死电池,而2019年公路上行驶的所有电动汽车最终会产生50万公吨电池。

到了2040年,IEA估计全球有大约1300 Gigawatt Hours(Giga表示十亿,1GWH等同于每小时产生十亿瓦特电能)。特斯拉Model 3的电池容量是80千瓦时,假设所有电池都来自特斯拉Model 3,电池的重量约为800万公吨。

如果能够大规模回收,废物就能成为矿物质的重要来源。IEA认为,在2040年之前回收将会占到电动汽车矿物来源的12%。

Earthworks则认为,如果电动汽车死电池可以100%回收,到了2040年回收锂可以占到电动汽车锂需求的25%,钴和镍可以占到35%。

悉尼科技大学研究人员、报告联合作者Nick Florin指出,报告并非对未来给出预测,而是告诉大家回收在战略上有多重要。Nick Florin等人认为,政府应该通过政策鼓励回收,电池设计可以标准化,这样分解会更容易,政府还要立法禁止垃圾填埋,让电池废物运输变得更方便。

Earthworks高管Benjamin Hitchcock Auciello说:“当电池的生命结束时,将回收责任交给投放电池的运营商,这样的政策最清晰。”

电池金属需求正在快速增长,回收无法满足全部需求,甚至连大部分需求都无法做到。普罗维登斯学院研究人员Thea Riofrancos认为,回收利用是减少新采矿需求众多策略中的一项,还有其它选择可以考虑,比如开发出使用矿物较少的新电池,改善公共交通,建设适合步行自行车的城市,减少私家车数量。

Riofrancos同时指出,在未来几十年里,即使回收只能满足四分之一或者三分之一的电池矿物需求,我们也应该关注,因为它能帮我们“重新思考人与技术的关系”。Riofrancos说,这些矿物都是不可再生的,我们应该擅加利用,不能当成用完即弃的东西。(小刀)

 

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