電動汽車電池回收 前方凸顯挑戰

□編譯/蘇鴻英

電動汽車電池回收 前方凸顯挑戰

□編譯/蘇鴻英

By the Challenges of Electric Vehicle Battery Recycling

未來十年，全球的汽車運輸習慣將可能出現重大改變，電動汽車或將被普遍認可使用，報廢電池的數量也將大大上升。未來，電池回收利用鏈條將得到強勁地發展，但還未獲得有關方面的足夠重視。

有預測表明，未來電動汽車所用電池的平均壽命為八年。盡管目前所有的主要汽車制造商都擁有其概念電動汽車模型，但全球范圍內，第一代真正意義上的電動汽車在2012年之前不會大量投入市場。因此第一代電動汽車使用的電池將不會在2020年前沖擊電池回收工業，專家們相信在這一年里，電動汽車將會完全被公眾所接受。

據全球知名的專業機構——普華永道（PWC）預測，到2020年，全球制造的汽車將有5%為電動汽車。更有甚者，法國雷諾-尼桑公司首席執行官Carlos Ghson認為，2020年全球制造的電動汽車將達到10%左右，但電動汽車發展之箭已經上弦，無法阻擋。

荷蘭政府正在鼓勵電動汽車的發展，并希望該國在電動汽車的發展方向上走在世界的前列，而對汽車電池的回收卻并沒有系統的想法。在本文中，將著重討論電動汽車原材料拆卸、收集、可供數量、電池類型和回收工藝技術等問題。

電動汽車是汽車未來發展方向。現在適宜的電池需求正在極速增加。繼鉛電池、Ni-Cd電池和NiH電池之后，鋰離子電池被認為是現代電動汽車應選擇的最佳材料。

鋰廣泛用于陶瓷、玻璃以及制藥等行業，近年來鋰的運用領域迅速拓展。它具有高電化學電勢，所以鋰也是熱交換的理想材料，適用于現代電池。已經有六成手機、九成筆記本電腦中用到可充電鋰電池。陰極材料和電池電解液中都需要鋰，對鋰需求的增加，主要是因為電動汽車數量的不斷增加。目前，電池制造商生產所用的鋰占到全球鋰產量的20%。

全球鋰儲量的三分之二是在“鋰三角”——鹽荒漠表面頂部，在智利和葡萄牙還有較少量的鋰礦。關于鋰萃取，重點是要探明地下鹽水中的鋰能否用于生產電池。智利是最大的核酸鋰生產國（在Salar De Atacama鹽礦），而玻利維亞擁有最大的儲量（見表1）。

據美國地質調查局的研究數據：全球鋰儲量為1 100萬噸，通過比較，2008年鋰產量達到27 400噸，而核酸鋰和氧化鋰年萃取量約為80 000噸，相當于15 000噸鋰金屬，其他鋰金屬來自于鋰輝石礦（鋰輝石主要用于陶瓷工業，因為其玻璃樣結構，不太適合用于電池）。

每一千瓦時電容量需要0.79kg核酸鋰（0.15kg鋰），而插入式復合電動汽車（plug-in hybrid electric vehicle）簡稱PHEV電池平均具有20千瓦時的能量。如果2020年全球汽車銷量達到7 000萬輛，以其中5%為電動汽車或復合電動汽車計算，則額外需求超出5 5000噸核酸鋰，這已經超過了2010年的全球消費數量。

因為需求增長，鋰價格也將持續上漲，所以很難萃取的鋰礦也有了經濟利益。玻利維亞已經在計劃建設年產能30 000噸的鋰廠，可能會有更大的生產潛力。按現有儲量規模，除非電動汽車數量有爆炸性增長，鋰的生產將能保障未來汽車工業的需求，預計可以滿足未來200年之用。

表1 全球鋰礦產量、儲量、儲量基數 單位：噸

鋰不是唯一的“新”元素，它只是電動汽車鋰離子電池的一個成份，其他成份還有稀土元素，也在例如磁體、電子、太陽能電池、風力滑輪機和催化劑領域應用（見表2）。

過去10年，稀土元素全球消費量增長超過了3倍，達到近12.5萬噸。

目前，電池收集仍是一個尚未得到足夠重視的問題。由于汽車電池遭遇低價值或負價值，電池通常是在汽車拆卸公司被拆下來，經常是一些非常重的電池集成（重量可達200kg)，這是一個很實際的問題。汽車公司不得不接受如何安全拆卸電池的培訓，而汽車修理廠、車庫和防火服務部門將必須接受在汽車電池更換、損壞和發生事故時如何安全應對的培訓。

如假定電池的平均壽命是8年，似乎汽車使用壽命應比電池使用壽命長一些，這就會產生其他的重要問題，誰來更換尚未達到電動汽車使用壽命的電池？更重要的是舊電池該怎么處理？

直到現在，都沒有人注意到將來回收鏈啟動的主要作用，比如上述的原材料消費中就沒有考慮到電池再次使用和回收。正在開發的各種技術，如濕法冶金工藝技術，把金屬熔解在熔池里以便回收它們。誠然，目前最合適的回收技術是高溫冶金熔煉技術，較重的金屬沉降到熔池底部，而其他氧化物——渣則浮在頂部，鋰作為氧化鋰而留在渣中，這種氧化鋰不能再用來制造加工電池，但渣可以用來筑路。

實際上回收鋰離子電池并不是主要為回收鋰，而是回收銅、鋁、鎳和鈷。其他金屬發展趨勢是采用錳和磷酸鐵替代鈷和鎳等高價金屬、結合熔煉工藝較低的金屬收得率，整個回收工藝成本相當高，預計在2～3歐元/千克。一個電池的回收成本很容易達到200歐元。除了實際問題和技術問題之外，還有資金問題也阻礙了電池回收業的興起。更明確地說，是誰來支付電動汽車電池的拆卸、收集和處理費用的問題。

目前，對電動車汽車回收的研究已經全面展開，荷蘭汽車回收協會ARN下屬的分支機構ARN Advisory正在密切監控這一領域的發展狀況。在目前的過渡時期，采用有效燃料的柴油和復合動力汽車仍可實現效率的大幅增加，與此同時，還有一個問題是鋰離子電池將來是否會使用。因為鋰離子電池的安全性仍在爭論之中，且某些材料尚不能完全回收。

荷蘭汽車回收協會在進行全面研究，以便對拆卸問題和復合電動汽車電池的原材料構成有更好的了解。電池的構成和數量在很大程度上決定了回收成本，這些也都成為這一研究小組日常所研究的范疇。

新技術的誕生，可能使得鋰離子并不會成為未來電動車的主要驅動力，例如硅空氣電池采用非常普通的原材料制成，所用的氧氣從空氣中獲得，因此它不僅使得電池重量變輕而且另一個更大的優勢是回收這種電池不再是一個問題，硅砂十分豐富，而且在電池報廢時不會產生危險物質。鋰離子電池只是方案之一，并不是電動汽車的唯一解決方案。

表2 稀土元素及其應用

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