近三十年來，全球各類金屬的產(chǎn)量成倍增長，其中用于生產(chǎn)電池的金屬鋰在2010年代的產(chǎn)量就達(dá)到1980年代產(chǎn)量的5倍之多1。除產(chǎn)量飆升之外，現(xiàn)代科技產(chǎn)品使用的各類金屬材料種類也達(dá)到了歷史頂峰。在1980年代，生產(chǎn)一臺計(jì)算器只需要使用12種金屬元素，而現(xiàn)在生產(chǎn)一部智能手機(jī)所需要的金屬已經(jīng)多達(dá)21種2。世界經(jīng)濟(jì)論壇呼吁全球應(yīng)盡快認(rèn)清“生產(chǎn)—使用—廢棄”線性的生產(chǎn)與消費(fèi)模式對社會帶來的挑戰(zhàn)。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，使資源得以循環(huán)利用，減少開采原生資源，才是未來必然的發(fā)展方向。
新能源汽車，是高資源強(qiáng)度時(shí)代最具有代表性的產(chǎn)品之一。
自2010年開始，在投資推動與政策激勵的雙重作用下，電動汽車?yán)顺痹谌蚺d起。雖然多國政府視推廣電動車為擺脫化石能源、減少溫室氣體排放的政策方向，但新能源汽車并不是沒有副作用的靈丹妙藥，生產(chǎn)和處理數(shù)量龐大的動力電池對于保護(hù)環(huán)境和減緩資源壓力而言，已成為一道矛盾漸顯的新難題。
特斯拉CEO馬斯克曾經(jīng)表示，即便向包括松下電器，LG化學(xué)和寧德時(shí)代在內(nèi)的所有電池供應(yīng)商追加訂單，到2022年特斯拉依然會面臨非常嚴(yán)峻的電池供應(yīng)短缺問題。電池供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)主要在于生產(chǎn)電池所需的原材料(主要指鋰，鈷，錳，鎳)資源量有限，尤其是鈷，近些年來一直處于供不應(yīng)求的狀況。隨著全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，動力電池中的關(guān)鍵資源的供應(yīng)將會是各汽車生產(chǎn)商的必答題。
根據(jù)國際環(huán)保組織綠色和平與中華環(huán)保聯(lián)合會于2020年10月29日發(fā)布的最新報(bào)告《為資源續(xù)航——2030年新能源汽車電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)潛力研究報(bào)告》(下文簡稱《報(bào)告》)，研究團(tuán)隊(duì)指出，2030年全球?qū)⒂谐^2.1TWh (太瓦時(shí)) 動力電池隨乘用電動汽車售出，這些電池的電量充滿一次就可滿足新加坡全國半個月的用電需求。同期，中國將有超過1.1 TWh的動力電池隨新能源汽車售出。屆時(shí)，全球和中國也將面臨第一波動力電池的大規(guī)模退役潮。
研究團(tuán)隊(duì)以5—8年的服役期折損20% 電量為退役條件來計(jì)算，在2021至2030年期間，全球乘用電動汽車動力電池退役總量將會達(dá)到1,285萬噸，相當(dāng)于1285個埃菲爾鐵塔總重。同期中國新能源汽車動力電池退役總量將會達(dá)到705萬噸，相當(dāng)于168個鳥巢體育場鋼結(jié)構(gòu)的重量。退役下來的動力電池，既可能是豐厚的能量載體，也可能成為沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)，這將取決于我們采用什么樣的處理策略。
報(bào)告發(fā)現(xiàn)一：梯次利用滿足5G通信用電需求，2030年可達(dá)百億元市場研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)退役動力電池中有80%可以進(jìn)行梯次利用，僅2030年一年，來自全球乘用電動汽車的梯次利用電池電量將達(dá)到368GWh，幾乎可以覆蓋全球儲能的用電需求;同等電量市場價(jià)值相當(dāng)于150億美元，約合1000億人民幣。而在中國新能源車市場，2030年的動力電池梯次利用總價(jià)值接近430億元人民幣。
國務(wù)院2020年10月9日最新通過的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確，到2025年中國新能源汽車新車銷量占比達(dá)到25%左右，這表示電動汽車的動力電池的銷量也會同步提升。預(yù)計(jì)在2021年至2030年期間，中國新能源汽車動力電池退役總量將會達(dá)到705萬噸，累積退役電量達(dá)到708GWh，其中2030年退役動力電池梯次利用總價(jià)值接近430億元人民幣。
根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)分析，2023至2025年間中國將每年新增5G基站150萬個。以單個基站備用電源容量為21.2KWh計(jì)算 ，2025年通信基站備用電源的總電量需求將達(dá)到31.8GWh。《報(bào)告》指出，中國退役動力電池累積電量在到2025年可達(dá)120GWh，其中2025年中國退役動力電池電量將接近40GWh，同樣采用80%電池儲能進(jìn)行梯次利用計(jì)算，2025年的梯次電池電量將會達(dá)到32GWh，足夠覆蓋全國5G通信基站的備用電源需求。
據(jù)公開信息顯示，截至2019年底中國鐵塔公司已經(jīng)在35萬個通信基站中累積使用超過4.5GWh梯次動力電池。不僅如此，中國鐵塔還計(jì)劃在2020年內(nèi)將70-80萬個通信基站的鉛酸電池更換為鋰離子電池。由此可見，將退役動力電池應(yīng)用于通信基站已經(jīng)是可行的商業(yè)模式。隨著5G普及引發(fā)通信基站翻倍增加，以及云計(jì)算所衍生對數(shù)據(jù)中心規(guī)模及效率的要求，動力電池的梯次利用將迎來蓬勃發(fā)展的機(jī)遇。
報(bào)告發(fā)現(xiàn)二：全球儲能需求日益增長，動力電池梯次利用大有可為為了滿足汽車的使用條件，動力電池的性能要求比一般電池更高。動力電池的能量密度更高、充放循環(huán)次數(shù)更多、在極端氣溫下的性能也更好。因此，即使從新能源車自然退役下來，動力電池仍然有足夠的性能，通過梯次利用服務(wù)于其他場景中。發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)、用電側(cè)的儲能系統(tǒng)建設(shè)是全球的趨勢。
全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)和儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將會帶動梯次電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。預(yù)計(jì)全球?qū)δ芟到y(tǒng)的需求到2025年可以達(dá)到103GWh，在2030年將達(dá)到378GWh，而此后的布局量仍將進(jìn)一步增長，全球到2040年將會建設(shè)超過1.3TWh的儲能系統(tǒng)，相比2020年增長超過50倍，這些增長主要集中在中國、美國、印度、德國、法國、韓國、英國和日本等國。
《報(bào)告》計(jì)算結(jié)果顯示，2021年-2030年期間全球乘用電動汽車退役動力電池累積電量可達(dá)1.3TWh，其中2030當(dāng)年全球乘用電動汽車退役動力電池電量就可達(dá)460GWh。按照80%的退役電池性能，2030當(dāng)年的梯次電池電量將達(dá)到368GWh，幾乎可以覆蓋全球儲能的電池需求。
報(bào)告發(fā)現(xiàn)三：金屬原料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，應(yīng)對關(guān)鍵金屬供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn) 已納入國家戰(zhàn)略金屬資源關(guān)系科技、能源和國防發(fā)展，“金屬關(guān)鍵性”正成為世界各國政府積極關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。歐盟、美國、日本等國家和地區(qū)近幾年已經(jīng)將“金屬關(guān)鍵性”研究納入國家戰(zhàn)略參考范疇，制定相關(guān)戰(zhàn)略保障供應(yīng)，控制涉及金屬資源的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)及國家安全風(fēng)險(xiǎn)。目前，作為新能源汽車行業(yè)龍頭的特斯拉也面臨資源供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的問題，已率先透過開發(fā)新技術(shù)減少使用鈷以控制風(fēng)險(xiǎn)。
由于動力電池是高資源強(qiáng)度時(shí)代的產(chǎn)品，每生產(chǎn)一塊鋰電池，需要開采至少八種金屬礦產(chǎn)。《報(bào)告》推算，從2021至2030年全球售出的乘用車動力電池中，鋰、鈷、鎳、錳、四種金屬的累計(jì)含量約為1035萬噸，其中鈷的累計(jì)使用量預(yù)期超過205萬噸，相當(dāng)于現(xiàn)在全球已探明鈷礦可開采量的30%5。
2019年全球動力電池85%的出貨量和產(chǎn)能集中在中國、日本、韓國三國，然而，動力電池主流生產(chǎn)國卻并非金屬資源原料的主要儲量國和生產(chǎn)國。主流類型鎳鈷錳三元電池及鎳鈷鋁三元電池，鈷的最主要生產(chǎn)國和儲量國是剛果(金);鋰的主要生產(chǎn)國和儲量國分別是澳大利亞和智利。
對于中國來說，目前中國的鋰資源 70%依賴進(jìn)口，鈷資源96%依賴進(jìn)口。《報(bào)告》推算，2021至2030年售出的動力電池將消耗約98萬噸鈷，相當(dāng)于2019年全球所有國家鈷礦產(chǎn)量的7倍，是2010至2019年中國本土鈷礦產(chǎn)量總和的17倍。2018年中國用于電池行業(yè)的鎳大約為6.5萬噸，到2030年中國僅用于動力電池的鎳預(yù)計(jì)消耗超過48萬噸，是前者的7.5倍。
《報(bào)告》認(rèn)為，對于東亞地區(qū)、歐盟和美國等未來動力電池生產(chǎn)國而言，對現(xiàn)有動力電池進(jìn)行梯次利用有望降低原料金屬的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。從國家的資源安全戰(zhàn)略層面考慮，發(fā)展動力電池的循環(huán)經(jīng)濟(jì)能減緩對關(guān)鍵性金屬的進(jìn)口依賴，對于穩(wěn)定各國金屬資源供應(yīng)具有極其重要的戰(zhàn)略意義。
報(bào)告發(fā)現(xiàn)四：梯次利用可替代新增環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，未來10年減少千萬噸碳排放盡管新能源動汽車行駛的時(shí)候幾乎不會排放污染物，但包括動力電池制造在內(nèi)的電動汽車生產(chǎn)過程，不僅存在金屬資源開采等環(huán)境污染，也會消耗大量能源并產(chǎn)生碳排放。其中，鋰電池的上游有色金屬的開采仍存在環(huán)境重金屬超標(biāo)和地質(zhì)下陷等問題;作為動力電池負(fù)極材料的石墨會造成空氣污染并引發(fā)人類的呼吸道及心血管疾病。
因此，通過把退役電池匹配到合適的領(lǐng)域，取代新電池的部分需求，不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的環(huán)境效益。當(dāng)匹配到適合的領(lǐng)域，退役電池可以取代一部分對新增電池的需求，有利于降低對金屬礦物資源的開采利用、控制和減少“三廢”污染排放、緩解劇增的廢物處置壓力以及促進(jìn)可再生能源部署，長遠(yuǎn)也有利于達(dá)到減少碳排放的效果。盡可能延長電池使用壽命，是對資源和能源消耗最負(fù)責(zé)任的做法。
假設(shè)對中國新能源汽車的退役動力電池中的80%進(jìn)行梯次利用，在“十四五”結(jié)束時(shí)，理論上會比制造同等電量的全新電池碳排放減少185萬噸。預(yù)計(jì)在2030年，梯次利用退役動力電池將比制造新電池減少909萬噸碳排放。
假設(shè)對全球退役動力電池中的80%進(jìn)行梯次利用，2021至2030年期間，相比于制造等量的新電池，梯次利用共可以減少超過6334萬噸碳排放，等于1/3中國總森林面積樹木的碳匯量。
報(bào)告發(fā)現(xiàn)五：梯次利用管理尚未標(biāo)準(zhǔn)化，政府企業(yè)需共同投入雖然動力電池梯次利用可以帶來經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益，然而其產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展仍然面臨不少挑戰(zhàn)，包括與新電池的市場競爭;針對退役電池梯次利用的政策法規(guī)不完善;動力電池設(shè)計(jì)及梯次利用均缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);退役電池收集率低影響供應(yīng)量的穩(wěn)定等。這些挑戰(zhàn)都會導(dǎo)致正規(guī)梯次利用產(chǎn)業(yè)運(yùn)營成本增加，利潤空間收窄，影響資本投入的意愿。
工信部在2020年10月10日發(fā)布了《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》(征求意見稿)，文件提出對動力電次梯次利用的管理要求，反映出政府已經(jīng)意識到動力電池梯次利用的的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。動力電池梯次利用是新能源汽車產(chǎn)業(yè)中未來必然需要發(fā)展的一環(huán)。
綠色和平項(xiàng)目主任鄭名揚(yáng)表示：“根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算，2030年中國動力電池梯次利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約430億元人民幣，按照2019年中國動力電池的市場份額來看，寧德時(shí)代和比亞迪占比接近7成。意味著屆時(shí)市面上絕大多數(shù)退役電池也將來自這兩家企業(yè)。因此，這兩家企業(yè)有理由負(fù)起生產(chǎn)者責(zé)任，妥善處理退役電池并最大化地發(fā)揮其價(jià)值。”
發(fā)展動力電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)符合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和國家的戰(zhàn)略利益。因此，為了應(yīng)對潛在的挑戰(zhàn)、達(dá)到循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，綠色和平對電動汽車生產(chǎn)企業(yè)、電池制造企業(yè)、政府、行業(yè)協(xié)會有以下建議：1. 建議工業(yè)和信息化部，國家發(fā)展和改革委員會等部門制定政策法規(guī)，明確梯次利用為動力電池的最優(yōu)先處理方式，并配套獎懲機(jī)制或許可證制度等方式，落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，要求企業(yè)加入生產(chǎn)者責(zé)任組織 (PRO) 并履行以下目標(biāo)：
(1)100% 電池生命周期追溯;
(2)以收集率達(dá)到 40%為年度指標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)100%收集退役電池[3];
(3)梯次利用及循環(huán)利用率目標(biāo) 90%;
(4)提高消費(fèi)者及業(yè)界人士對循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度的意識;
(5) 保證供應(yīng)鏈公開透明。
同時(shí)政府須要求電池生產(chǎn)企業(yè)的再生原料使用比例達(dá)到20%;規(guī)范電池回收途徑，確保退役電池流向正規(guī)電池處理企業(yè);建立資源開采的環(huán)境及人道規(guī)范，鼓勵電池生產(chǎn)企業(yè)以100% 使用再生材料為長遠(yuǎn)目標(biāo)。政府可以考慮對使用原生材料加征稅款, 或者為采購再生材料的企業(yè)提供補(bǔ)助。
2. 汽車生產(chǎn)及電池制造等行業(yè)組織應(yīng)建立受國際認(rèn)可的動力電池梯次利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高市場對梯次利用電池質(zhì)量的信心，提升梯次利用產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。
3.電動汽車生產(chǎn)、電池制造行業(yè)及政府需要扶持回收利用產(chǎn)業(yè)規(guī)?；Ｄ壳半妱悠嚰半姵氐漠a(chǎn)能部署已經(jīng)就緒, 然而其價(jià)值鏈中回收利用這一環(huán)仍未跟上，難以應(yīng)付即將到來的電池退役潮。故此，政府及業(yè)界需要盡快扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使之達(dá)到和生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對應(yīng)的規(guī)模。
4. 電動汽車生產(chǎn)及電池制造企業(yè)為承擔(dān)社會責(zé)任應(yīng)該投入資源進(jìn)行動力電池梯次利用的技術(shù)研究;政府可以考慮從稅收成立研發(fā)基金，鼓勵學(xué)術(shù)界及企業(yè)進(jìn)行電池的研發(fā)工作。研發(fā)不應(yīng)該僅以提高電池的性能為目標(biāo)，更重要的是考慮電池全生命周期的環(huán)境影響，以減少資源消耗為目標(biāo)，提升再生材料質(zhì)量。報(bào)告下載地址：https://www.greenpeace.org.cn/ev-battery-report-20201029/
