在一輛電動汽車被貼上“零排放”標簽之前,鈷從礦場開采出來,到最后送到汽車制造商手里,需要經歷長達2萬英里(約3.2萬公里)的超長途旅行,而這一旅程可不是“零排放”。

電動汽車崛起 電池發展卻還落后2萬英里

對于電動汽車的崛起過程,鮮有人能夠比“特斯拉背后的智囊團”--施特勞貝爾(JB Straubel)--理解得更透徹。

2003年,工程師施特勞貝爾在午餐時的一番話,讓埃隆·馬斯克(Elon Musk)相信電動汽車事業大有可為。隨后,他在特斯拉擔任了15年的首席技術官,設計了特斯拉的第一批電池,管理充電站網絡的搭建,并主導了美國內華達州超級工廠的建設。2019年,施特勞貝爾從特斯拉離職,馬斯克的傳記作者阿什利·萬斯(Ashlee Vance)表示,特斯拉不僅失去了一位創始人,也失去了“一部分靈魂”。

憑借業內名氣和過硬實力,施特勞貝爾幾乎可以隨便挑硅谷的工作,然而他并沒有。施特勞貝爾留在了他位于內華達州卡森的牧場內,目所能及之處,看不到一棵樹。據稱,著名作家馬克·吐溫(Mark Twain)在這里住過。馬克·吐溫曾描述這里為“一片沙漠,被荒蕪的雪山所包圍?!?/p>

2017年,施特勞貝爾就是在這里創建了Redwood Materials公司,從事著如煉金術一般神秘又復雜的業務:分解廢棄電池,將其重組成新的電動汽車所需的金屬材料,再重新投入到供應鏈中。

“城市采礦”,變廢為寶

施特勞貝爾的目標是解決電動汽車行業目前最突出的問題。雖然電動汽車在行駛時可以實現“零排放”,但隨著電動汽車逐漸興起,電池原料開采、制造和處理過程卻暗藏著環境危機。

施特勞貝爾表示:“現在的電動汽車,根本談不上‘可持續’,連相關的近期規劃都看不到。還在特斯拉的時候,我就有些受不了;前公司做大做強之后,我就實在忍無可忍了?!?/p>

Redwood的倉庫是“汝之蜜糖,彼之砒霜”的最好注解。每個工作日,都有兩三輛重型卡車運來約60噸的廢舊智能手機、電動工具和滑板車電池。施特勞貝爾手下相關團隊的130名員工就會從這些廢品中分離出來各種金屬,例如鎳、鈷和鋰,再將它們粉碎,并用化學物品處理成新的鋰電池原料,重新投入供應鏈。

電池中所使用的金屬一般都來自剛果民主共和國、澳大利亞和智利等國家,從露天礦中挖出或從沙漠池塘中蒸發出來。但施特勞貝爾認為,就在人們身邊,有一個“巨大的、未開發的”來源:普通美國人的車庫。他還估計,美國家庭中的舊手機、舊筆記本電腦中總共有大約10億個廢舊電池,從中都能回收到有利用價值的金屬材料。

對這些電池進行分解,再重新利用的過程被稱為“城市采礦”。電池材料創業公司Sila Nano的首席執行官基恩·博迪切夫斯基(Gene Berdichevsky)表示,大規?!俺鞘胁傻V”是一項艱巨的任務:一輛高端電動汽車中的電池材料數量大約是一部智能手機的1萬倍。但是,他補充說,按每千瓦時計算,一輛汽車電池中的鈷用量大約僅為一部手機電池中鈷用量的30分之一。博迪切夫斯基補充道,“因此,每回收300部智能手機,其中的鈷就能用于生產1輛電動汽車的電池?!?/p>

Redwood還在建立自己的工業合作伙伴網絡,亞馬遜、電動巴士制造商Proterra和電動自行車制造商Specialized都包括在內,以回收他們的廢品。Redwood已經開始從松下公司接收電子廢物,并將可重新利用的材料送回松下公司,松下公司在Redwood以北50英里處的特斯拉超級工廠內生產電池芯。

“零排放”還只是個概念

施特勞貝爾賭上自己特斯拉賺得的部分財富,認為Redwood可以在“循環經濟”的興起發揮重要作用。所謂循環經濟是一個誕生于20世紀60年代的想法,其核心是改變商品的設計、制造和回收方式。全球范圍內的一些大型企業正接受這一概念,其中就包括了蘋果公司,其CEO蒂姆·庫克(Tim Cook)所設定的目標是“不必從地球上開采任何東西來生產新的iPhone”,這是該公司在2030年前實現碳平衡的承諾的一部分。

等循環經濟流行起來時,我們現在的做法,在子孫后代的眼里一定非常愚蠢。目前鈷主要是來自非洲剛果民主共和國,通常在大型工業礦井中開采,也有的使用基本工具手工挖掘。開采出的鈷可能被運往歐洲最大的鈷精煉廠所在地芬蘭,再運到世界上大部分陰極和電池的生產地中國,再被運往美國和歐洲。電池芯在歐美國家被組裝成電池組,再被運到電動汽車生產線上。

在一輛電動汽車被貼上“零排放”標簽之前,鈷從礦場開采出來,到最后送到汽車制造商手里,需要經歷長達2萬英里(約3.2萬公里)的超長途旅行,而這一旅程可不是“零排放”。

盡管如此,仍有獨立研究者表示,電動汽車對環境的破壞還是比傳統內燃機汽車要小。但是目前這個行業依然有很大的提升空間。施特勞貝爾認為,如果電動汽車的電池可以不斷地被回收再利用,那么電動汽車制造過程中的碳排放量可以減少一半以上。

7月,Redwood發展提速,從投資人那里籌集了7億多美元,能夠再招500多名新員工,并擴大業務范圍。按照當前37億美元的估值計算,這家公司現已成北美價值最高的電池回收企業。今年,Redwood預計將處理2萬噸廢料,目前已回收的材料就足以生產4.5萬個電動汽車電池組。

循環經濟支持者們表示,這種經濟可以讓地球變得更加可持續,減少堆積如山的廢品。2019年,世界經濟論壇估計,到2030年,“循環電池價值鏈”可以占到實現巴黎協議規定的目標所需減排量的30%,并在全世界范圍內創造1000萬個安全和可持續方面的就業崗位。

Lombard Odier投資經理公司的可持續解決方案主管克里斯蒂娜·克奇(Kristina Church)說,運輸是創建循環經濟的“核心”,它不僅占了全球二氧化碳排放量的六分之一,而且還與采礦和能源網交織在一起。

采礦企業Glencore的銅與電子元件循環負責人庫努爾·辛哈(Kunal Sinha)說到:“要想讓全世界在2050年實現凈零排放,僅靠資源效率、電動汽車和清潔能源是遠遠不夠的。這個差距可以通過推動循環經濟,改變消費方式,重復使用東西,以及回收再利用來彌補?!彼€補充說:“回收的作用不容小覷?;厥障喈斢谔峁┝恕~外’的供應,一方面填補了需求缺口,另一方面還有助于緩解排放壓力?!?/p>

供應緊縮不容小覷

“城市采礦”雖然現在還比較小眾,但電動汽車已贏得廣泛政治支持,應對氣候變化上也已出臺了相關政策,城市采礦將在2030年之前成為主流。美國能源部部長珍妮弗·格蘭霍姆(Jennifer Granholm)就呼吁政府作出承諾,在美國本土建立一個鋰基電池供應鏈。

這也是拜登政府的目標之一,美國現任政府計劃在2035年實現100%的清潔電力,并到2050年實現凈零排放。格蘭霍姆表示,到2030年末,全球清潔能源技術市場的價值將達2300萬美元。格蘭霍姆還提到,隨著中國等國家加大相關投資力度,美國也不愿落后。

歐洲監管機構也在強調環境和社會問題之間的矛盾。例如,如果汽車制造商停止生產燃油車,德國就會面臨嚴重的失業威脅。

根據麥肯錫的數據,中國政府正在對該行業進行補貼,以在2030年之前每年將電動汽車的銷量提高24%。

然而,對電動汽車的大力支持,有可能會帶來意想不到的后果。

今年出現的全球半導體短缺問題暴露了準時制模式(Just-in-time,JIT模式)汽車供應鏈的脆弱性。芯片短缺僅僅是一個預兆,它可能意味著更大的破壞即將來臨,由于所有汽車制造商都希望對各自的產品進行電動化,未來鎳、鈷和鋰等電動汽車電池關鍵材料的供應也很有可能會遭遇供應瓶頸。

彭博新能源財經(BloombergNEF)發布的數據顯示,今年電動汽車的銷量僅占全球汽車總銷量的4%。但是預計到2030年時,這一比例將大幅提升至34%,2040年將進一步提升至70%。

英國伯明翰大學教授保羅·安德森(Paul Anderson)表示:“未來將出現對原材料的大規模爭奪。大家現在都急著把技術推向市場,對回收利用卻沒有足夠的考慮?!?/p>

G2 Venture Partners的清潔能源投資人莫妮卡·瓦爾曼(Monica Varman)估計,電池金屬的需求將在兩到三年內超過供應。隨著市場對使用可持續材料重新設計電池這一做法做出反應,將出現一場持續5年左右的“供應緊縮”。再生材料有助于緩解供應問題,但分析師們認為,在未來10年中,它最多也只能滿足20%的需求。

電動汽車崛起 電池發展卻還落后2萬英里

像Redwood這種以回收并再利用廢棄材料為主要業務的創業公司目前還是少數。其中一家就是位于加拿大多倫多的Li-Cycle公司。Li-Cycle成立于2016年,今年早些時候在與一家特殊目的收購公司的合并中籌集了超過6億美元的資金,當前估值為17億美元。Li-Cycle已經與14家汽車和電池公司建立了合作關系,其中包括通用汽車和LG化學的合資公司Ultium。

Li-Cycle董事長蒂姆·約翰斯頓(Tim Johnston)表示,公司計劃在北美各地建設設施,收集舊電池并將其轉化為粉末形態的鋰、鎳、鈷和石墨。Li-Cycle還將建立更大型的生產中心,將95%以上的物質再加工成電池級的材料。

約翰斯頓擔心,如果沒有大規模的城市采礦,即將到來的電池原材料短缺將帶來與1973年阿拉伯石油禁運一樣的后果。當時美國的汽油價格在四個月內翻了兩番,美國政府對那次事件的描述為“對整個國家經濟穩定造成了結構性挑戰”。

約翰斯頓表示:“石油供應可以相對快速地恢復,畢竟開發一個油井和開始抽油并不需要太長時間。但開采鋰、鈷或鎳礦,5年起步。因此,電池原材料短缺不僅可能造成與石油禁運一樣嚴峻的影響,甚至是更為深遠的長期影響?!?/p>

規?;厥??得從產品設計說起

除了能夠緩解供應鏈壓力并保護環境外,“城市采礦”還能帶來更低價的原材料。2018年一項關于中國廢棄電視機中的金和銅的回收研究表明,回收過程的經濟性是原始開采的13倍。

施特勞貝爾指出,現有電池中可提取的高價值材料要比開采出來的材料多得多。他說道:“在巖石、礦石和鹽水中,這些關鍵材料的濃度都非常低,但回收電池中的材料濃度很高。我們在對的地方提取對的材料,所以材料濃度要比傳統的采礦業高出一大截?!?/p>

Li-Cycle的約翰斯頓則表示,當前在礦區發現的最高等級的鋰礦石只含有2%到2.5%的氧化鋰,而在“城市采礦”中,其濃度是這個數字的4到5倍。

電動汽車崛起 電池發展卻還落后2萬英里

然而,由于許多產品在設計的時候并沒有考慮到材料回收,因此從廢棄產品中提取有價值材料的過程非常復雜。計算機制造商戴爾的體驗設計負責人艾德·博伊德(Ed Boyd)表示:“現在的產品在設計時考慮的都是組裝時間、成本、質量等因素,有些產品的拆卸和分解要花20至30分鐘,因此在回收時對其進行快速拆解不太實際?!?/p>

約翰斯頓團隊目前正研究如何大幅降低所用材料的數量,并在1分鐘之內完成產品拆解。他表示:“實際上,做到這一點并不難,只是以前沒把拆解難度作為一個設計標準?!?/p>

循環經濟真正規?;喝沃囟肋h

雖然很少有人斷然否定循環經濟的作用,但是也有很多人對此懷疑這些過程是否能夠迅速擴大規模,以滿足未來10年中對清潔能源接近指數級的需求。礦業企業Anglo Pacific的CEO朱利安·特雷格(Julian Treger)表示:“廢材料回收這個想法聽著貌似有吸引力,但最終它就像是冶煉和提煉。這是一個增值加工的環節,一般不會帶來巨大的利潤?!?/span>

南非的TechMet是一家投資于金屬開采、加工和回收的企業,其創始人布萊恩·蒙耐爾(Brian Menell)稱循環經濟是一個“艱巨的任務”。他說道:“10年后,一個經過優化的鋰離子電池回收行業也許能滿足電動汽車行業25%的電池金屬需求。所以它只能成為一個貢獻因素,而不是解決方案?!?/p>

當行業開始回收更多的電動汽車電池時,循環經濟真正規?;?。電動汽車電池的平均壽命為15年,因此第一波電池在短時間內還不會達使用壽命而回收。這個較長的時間線足以讓技術不斷發展,但是與此同時,時間也會帶來風險。G2 Ventures的瓦爾曼表示,如今大力發展回收技術,但如果化學物質快速發展,那么現在的化學物質所構成的電池到時候可能被時代淘汰了。

咨詢公司Circular Energy Storage的創始人漢斯·埃里克·梅林(Hans Eric Melin)表示,如何持續獲得廢棄的汽車電池也可能是一個挑戰,因為發達國家的舊汽車經常被出口到發展中國家重新使用。

梅林發現,截至2018年底,日產聆風電動汽車大約有40萬輛,其中近五分之一已在烏克蘭、俄羅斯、約旦、新西蘭和斯里蘭卡等國家注冊。在這些國家,回收廢舊車輛電池難度更大。

Sila Nano的博迪切夫斯基表示,目標是生產出使用壽命為30年的電動汽車電池。如果成功,未來的回收需求就會減少,整車成本也會下降,有利于降低電動汽車的普及門檻。他說道:“我有信心,將來我們會換車,但不會換電池。在延長電池使用壽命和回收利用方面而言,我們甚至還沒有觸及到電池時代的表面?!?/p>

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