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电动汽车时代,废弃电池该如何处理?

作者:张 鸥 来源:汽车商业评论杂志 发布时间:2021-12-02 浏览:

中国储能网讯:作为美国第一款真正意义上的大众化电动汽车,雪佛兰博尔特(Bolt)的出世,曾经被认为是超越了特斯拉的伟大胜利标志。然而现在看来,更像是在播放一部慢镜头灾难片——这款车从2019年开始,已经陆续报告了多起过夜充电引发的火灾事故。今年夏天,通用汽车公司终于宣布了对博尔特的全球召回,并将问题归结为韩国LG化学公司生产的锂离子电池缺陷。

现在,通用已将召回范围扩大到自2017年以来在全球销售的所有14.1万辆博尔特。修复它们将是一个大规模的项目。与大多数传统汽车内面包机大小的铅酸蓄电池不同,博尔特的锂离子电池组贯穿整个汽车底盘,重达960磅(425公斤)。它包含数以百计的电池单元,这些电池单元精细入微,拆卸维修过程中,如果采用不正确的处理方式,甚至可能会导致有毒气体排放或火灾发生。

斯皮尔斯新技术公司(SNT)

荷兰人迪克·斯皮尔斯与通用汽车的渊源始于11年前,当时通用正在开发早期电动汽车雪佛兰沃蓝达(Volt),斯皮尔斯向开发负责人询问,如果电池损坏或报废,公司会如何处理。在得知通用并没有一个真正的电池处理计划后,斯皮尔斯便抓住这个机会发展电池业务。他创立了斯皮尔斯新技术公司(SNT),现在负责美国境内所有主要车企(除特斯拉之外)的电池运输。SNT还接收有缺陷的电池,对其进行测试,在可能的情况下拆卸、修复和翻新。

SNT目前在俄克拉荷马市的总部 ▼

当电池不能被修复使用时,公司有一些专门的设施进行回收,它们还储存大量的电池。在俄克拉荷马市的公司大本营里,有数百个电动汽车电池存放在仓库,堆在30英尺(约9.1米)高的架子上。随着博尔特的召回,通用也正在向这个仓库运输更多的电池。

不妨让我们来设想一下未来。数以百万计终将用尽寿命的电池,是对人类电气化转型的一个严峻挑战。车企们正在为电动汽车投入数十亿美元,以发展比燃油汽车更加环保的全新交通生活。据国际能源署估计,到本世纪末,全球将有1.48亿辆至2.3亿辆电动汽车上路,占全球汽车总量的12%。

任何人都不希望这些动力电池成为废弃物。锂离子电池,像其他电子产品一样是有毒的,可以引起破坏性的火灾并迅速蔓延,当它们被储存在一起时,危险性尤其高。美国环保署最近的一份报告显示,去年锂离子电池在城市废物处理设施中至少引起了65起火灾,且大多数是由较小的电池引发,如手机和笔记本电脑的电池。SNT本部也为了防止火灾发生,在仓库的天花板上安装了应急水管。

然而,从另一个角度来看,这些旧电池也为更加环保的汽车未来提供了机会。使用电池比燃烧汽油更亲环境,但它们仍有环境成本。电池含有钴和锂等有价值的矿物,这些矿物主要是在海外开采和加工,使得一些国家因滥用劳动力和水等重要资源造成全球碳排放的加速。加州大学戴维斯分校交通研究所的工程师半次郎·安布罗斯(Hanjiro Ambrose)说,正因为如此,对电动汽车的无节制需求正在“通过牺牲矿物材料开采地,来减少发达国家和大都市的温室气体排放”。

电动汽车的电池构造

① 圆柱形电池包含三层材料:阴极(+),阳极(-),以及中间的隔膜;

② 每个模块中都有几十个甚至几百个电池单元,还有管理电压和冷却的部件;

③ 一组模块组成一个电池组;

④ 电池组可能横跨一辆汽车的长度,重量超过1000磅(约454公斤)。

最有效的运输与回收

最理想的预期,就是堆放在俄克拉荷马州仓库的每一个锂离子电池都能被重新使用,无限地创造出10年、25年甚至50年后也可以使用的锂离子电池——几乎不需要新材料,这是一种“循环经济”。为了实现这一目标,回收商们正在竞相寻找有效的、对地球更友好的方法,将废旧电池最大限度地减少,以最有价值的方式利用之后,再进行二次加工。

参与者包括由特斯拉前高管领导的内华达州红木材料公司(Redwood Materials);瑞典的Northvolt电池制造公司;以及位于多伦多的Li-Cycle清洁技术公司。其他公司计划在电池从汽车内取出后,可以直接进行第二次或第三次的使用,直到耗尽所有剩余电量。

根据加州大学戴维斯分校土木与环境工程教授艾丽莎·肯德尔(Alissa Kendall)的实验室研究,理论上到2040年,随着电动汽车的普及,回收材料可以提供新电池中一半以上的钴、锂和镍。新兴的电动汽车时代,我们需要一个智能的电池报废程序,以及广泛的充电站、训练有素的汽车技术人员和一个更加强化的电网。这是必不可少的基础设施,能够使我们的电气化未来尽可能地环保。“我们必须控制这些报废的电池,而他们的流通也不应该成为又一个破坏环境的灾难。”肯德尔说。

今天的系统之所以能够发挥作用,主要是因为废旧金属有价值,而且传统的汽车零部件也早已形成了一个健康的市场。英国汽车回收咨询公司Salvage Wire的首席执行官安迪·莱瑟姆(Andy Latham)解释说,汽车拆卸商从报废车辆上榨取每一分钱也是一门艺术。这也包括启动汽油动力汽车的铅酸电池。今天,超过95%的电池被回收,因为消费者在归还电池时可以要求押金,而且电池的拆卸也相对简单。相比之下,锂离子电池组是一个沉重的机器,有几十个组件,而且根据制造商的不同,设计也完全不同。莱瑟姆说:“这些电池中的电压是致命的”。他在对新员工进行培训的过程中,发现太多人根本不知道其中的风险。

迪克·斯皮尔斯在SNT仓库 ▼

从电动汽车电池中提取有价值的材料是十分困难的,并且成本昂贵。回收过程通常涉及切碎电池,然后在专门的精密设施中用热量或化学品进一步分解它们。这一部分相对简单。难的部分是将废电池运输至这些回收处理设施。

根据最近的一项研究表明,回收的总成本中约有40%是运输费用。电动汽车电池组非常庞大,需要用卡车(而不是飞机)装在专门设计的箱子里运到集中的回收设施,往往要跨越遥远的距离。也正因为处理锂离子电池的难度技术过高,经销商会选择将整辆4000磅重的受损车辆运到俄克拉荷马城,让SNT来进行操作,提取、修理或回收里面1000磅重的电池。

总的来说,整个过程消耗大量劳动力和资源,以至于它通常会超过从地下挖出新材料的成本。目前,唯一可以有效回收利用的电池材料是钴,但是它也尤其稀有和昂贵。出于同样的原因,许多电池制造商希望把它剔除出化学原材料,这也有可能使回收商的价值主张变得更加困难。

“回收不是对所有人都有利可图。”Call2回收公司的首席执行官利奥·罗迪斯(Leo Raudys)说。该公司是一家非营利组织,负责废弃电池的回收物流。即使是不含钴的电池也是有毒的,有火灾危险,尽管它们仍然含有锂和镍等大量有价值的材料。以负责任、安全的方式回收这些电池,根本就没有什么利润可言。

简而言之,无论谁有电池需要报废,都不得不付钱给回收商,让他们把它拿走。罗迪斯也谈及处理电子废弃物的早期时代,在当时生产商和回收商都束手无策。他说:“到现在,我们也时常有电子管电视最终被扔在沟里的情况。”

罗迪斯说,电动汽车电池组出现这种情况的风险较小,部分原因是它们非常大,难以隐藏。由于火灾风险,垃圾填埋场也不会接收它们。一个巨大的电池组被倾倒在某个地方,很容易追溯到其所有者,或者至少是制造商。这都会减少电池组被不正确处理的几率。

蓝色:锂电子电池销售量(千瓦/小时)

橙色:锂电子电池报废量

专注于电池生命周期管理的咨询公司,循环能源储存(Circular Energy Storage)的创始人汉斯·埃里克·梅林(Hans Eric Melin)也同意这个观点,时间会解决很多问题。随着越来越多的电池死亡,规模经济将推动成本下降。梅林说,另一个关键是让电池制造商和电池回收商搭建直接对话平台。

他指出,最发达的电池回收行业在中国,70%的锂离子电池在中国生产。在北美和欧洲,制造和回收都相对较少。但一些车企已经建立了内部回收项目,自己回收材料,同时回收商也在考虑电池制造。例如,电池回收商红木材料公司就在9月份宣布,他们将开始用回收的金属制造电池阴极。

但也有人说,一些电池会从这些系统中被漏掉,无法立即回收。一些电动汽车最终会被送到国外,就像目前约40%的燃油汽车一样。这很常见,被认为不适合在美国道路上行驶的汽车仍然可以被运往海外,并以大幅折扣出售。少量的老式电动汽车已经在向国外转移。梅林发现,在乌克兰就很容易看到旧型号的全电动日产聆风,该公司直到今年夏天才在那里销售。

梅林指出,将二手车送往国外也是使电动汽车进入较贫穷国家的一个重要途径。但这又引发了另外一个问题:这些国家是否为安全和环保的回收做足了准备。“我们从电子垃圾交易中得到的证据表明,现状非常不乐观,可以说是灾难。”肯德尔指着印度和东南亚等地说道。

此外,还有一些电动汽车电池可能会“遗漏”到国内汽车行业的灰暗角落。“这些人没有资金或意愿来处理废弃物。他们可能会囤积电池,希望回收成本最终会下降或电池的价值会上升。”肯德尔说:“其中一些只是一厢情愿的想法。

有时,这些电池被热心但可能不太有安全意识的DIY爱好者拿走。这可能有用,因为这些DIY爱好者会将旧电池用于新的应用,如家庭储能,从旧电池中挤出更多的电量。还有一些电池组被分解成单独的电池或模块进行再利用,不过这种情况下,电量只会流失。”

政府监管

政府可能也会参与进来,就像他们针对铅酸电池提出的押金制度一样。去年,欧盟提出法规,要求车企们与电池制造商处理电池的回收问题,无论它们在寿命结束后归谁所有。欧盟的新标准还将规定新电池中的贵金属有多少需要从过去的设备中回收,而不是从原始材料中取得。

梅林解释说,对电池行业的监管需要更加慎重。想要最大限度地提高电动汽车的环保性而设立一系列的严格法规,反过来说,它也是在减缓电动汽车的广泛使用,从而导致燃烧更多的化石燃料——这对地球来说无疑是更糟糕的打击。车企们普遍对“要求新电池中包含高占比的回收材料”这一项颇有微词,不仅难度大,更会使得电池成本增加。

在美国,加州环境保护局已经召集了一个咨询委员会,初步商讨拟定电池回收规定。在最近的会议上,汽车行业的游说者认为,无论谁在汽车寿命结束时将电池取出,都应该负责确保它被送到回收商那里,可以为此设立奖励措施。车企们也会作为后盾关卡,协助处理一些被遗漏的,或不便于直接回收的废电池。该委员会将在12月7日召开下一次会议。

在俄克拉荷马市,SNT仓库中的电池大多来自仍在保修期内的汽车,这意味着车企需要对它们负责。该公司的业务发展负责人泰勒·赫普斯(Tyler Helps)说,车企向SNT支付费用,让他们保留旧电池,因为他们不知道二手电池市场会是什么样子,也不知道电池内的材料在未来是否会更有价值。

坐在距离电池塔楼不远的一间会议室里,斯皮尔斯本人也表达了乐观态度。他指出,这个仓库的最后一个租户是一家为石油管道建造零件的公司。

现在,它属于一家帮助车企,确保他们的电动汽车尽可能环保的公司。SNT仍在为这个仓库中的许多电池制定各种计划,“如果最终能够建立起一个伴随着奖励政策的经济模式,那么整个行业朝着这个目标努力是有意义的,我认为这是比监管更大的动力。”

斯皮尔斯说,他有动力去把这件事做好,毕竟,“我们是在为我们居住的地球努力”。

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关键字:动力电池回收

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