區塊鏈視角下新能源汽車電池逆向物流網絡構建及優化*

□ 熊海鷗,胡勇軍,許佳蕾,黃偉杰

(廣州航海學院，廣東 廣州 510725)

1 引言

2020年，“十四五規劃”將生態文明建設實現新進步作為五年遠景目標之一，提出了推進資源總量管理、科學配置、全面節約、循環利用，加快構建廢舊物資循環利用體系的方案。隨著高質量發展的不斷深化，我國新能源汽車產業步入飛速發展的新時期。根據工信部的數據，我國新能源汽車保有量從2016年開始已經連續四年居世界首位。同時，作為新能源汽車的核心——新能源汽車電池的市場需求也在快速增加。由于汽車的使用年限遠大于電池的使用年限，因而人們對新能源汽車的高頻率使用帶來了新能源汽車電池的快速消耗，從而形成龐大的動力電池報廢量。電池報廢后，其自身的污染性以及目前處理方法的不規范和低效率，給新能源消費者帶來了處理困難等問題，導致新能源汽車產業對促進節能減排和綠色環保的作用備受質疑，使潛在消費者繼續保持觀望態度，從而會影響新能源汽車產業的整體發展。同時，我國作為世界重要的新能源汽車電池的生產國和消費國，存在著金屬鋰、鎳、鈷等主要動力電池資源缺乏的問題。由此看出，新能源汽車電池問題給環境保護、資源節約和垃圾分類政策也帶來了極大的壓力，已經成為必須要解決的現實問題。2020年10月20日，國務院辦公廳在印發的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》中針對新能源汽車可持續發展，提出加快推進生產者責任延伸制度，并且為實現動力電池的全程可溯，應加強新能源汽車動力電池溯源管理平臺建設。基于政策和市場發展需求，新能源汽車生產企業對其動力電池的逆向物流網絡進行了探索，但目前由于企業供應鏈的環節多，需要大量的信息協調和管理，具有運作與實施的復雜性問題，在現行的逆向物流信息管理中存在著效率低、數據分析不透徹等問題，逆向物流網絡管理優化亟待新技術的加持。隨著政府對區塊鏈技術的重視和投入，區塊鏈技術在數字金融、供應鏈管理、物聯網等多個方面有了許多研究，這也為逆向物流管理在新技術上的探尋提供了新思路。在這樣的背景下，以生產者責任延伸制為指導，以綠色供應鏈為線索，結合區塊鏈等新技術，研究符合新時代社會發展需求的新能源汽車電池逆向物流網絡模式，對于降低廢舊電池造成的環境破壞、能源浪費，提高電池回收量，實現新能源汽車產業的綠色循環經濟具有重要意義。

2 我國新能源汽車電池逆向物流現狀及問題分析

①新能源汽車電池正向物流網絡復雜，導致逆向物流難度較大。

首先，新能源汽車電池正向物流涉及多個主體，由于參與主體多，且各方參與主體的信息化程度較低，導致運作過程中易出現信息斷層現象，加之電池流向逐級分散，新能源汽車生產企業對電池的最終流向掌握程度低，無形中加大了電池逆向物流的難度；其次，各主體在參與網絡構建過程中都追求各自利益最大化，從而導致網絡中責任主體劃分不明確；最后，由于報廢電池的處理方式不完善和渠道信息不清晰，消費者將電池交到指定回收廠家的積極性不高。

②相關政策和企業制度的引導力度不夠。

目前，我國國家層面缺乏對新能源汽車電池逆向物流的規范體系。

新能源汽車電池的回收問題已經成為制約我國新能源汽車產業發展的瓶頸。

3 區塊鏈技術用于新能源汽車電池逆向物流網絡的可行性

逆向物流存在供需難確定、環節多、流程不透明、追溯難及數據分析不全面等問題，使用區塊鏈技術建立逆向物流信息系統模型就可以有效地解決問題。

本次調研通過E-mail和現場發放問卷相結合的方式進行，共發出200份問卷。由于個別問卷填寫不規范，所以將其剔除，共計62份。最終獲得138份有效問卷。被調查者可以通過Likert 7點量表所包含的7個等級對問卷中各題項的認同程度進行差異化區別。

①區塊鏈技術作為追溯工具。根據區塊鏈中的數據可以進行責任追蹤，使逆向物流過程中的各主體責任劃分明確。

②區塊鏈技術作為節點間的高效信息通道。區塊鏈可以根據其數據多點備份、平等共識和分布式的特性，提高產品的回收利用協同效率。

③區塊鏈技術作為系統數據庫。在區塊鏈技術下，多方授權建立和共享信息，對數據進行整合分析并加以有效應用，從而提高逆向物流管理水平。

4 新能源汽車電池逆向物流網絡構建及其優化

4.1 新能源汽車電池逆向物流網絡結構設計

以區塊鏈作為技術輔助建立相關信息管理系統，根據從各個子區塊系統上收集的數據信息進行數據分析，在區塊鏈技術的基礎上建立新能源汽車電池回收物流網絡的信息系統模型，驗證區塊鏈技術在新能源汽車電池逆向物流中的可行性，以此來解決新能源汽車電池在逆向物流中存在的突出問題。模型如圖1所示。

圖1 基于區塊鏈的新能源汽車電池逆向物流信息系統模型

該系統模型的結構類似“一體兩翼”的飛機結構，以動力電池供應鏈為主體，區塊鏈模塊和回收中心為兩翼。在該系統中，廢舊動力電池生產供應鏈中的各節點通過驗證交易平臺選擇是否將商品信息錄入監管部門所維護的數據庫中，達成共識后構建新區塊，形成數據賬本。區塊鏈技術讓供應鏈的整合更加有序，各節點將相關數據和交易信息整合在各自的區塊中，實時對相關數據進行校驗和儲存，進而為各節點實時提供完整的數據信息。區塊鏈技術在新能源汽車電池的逆向物流信息系統中主要有三個方面的作用：新能源汽車電池的次品逆向物流管理、報廢新能源汽車電池處理管理以及原料逆向物流管理。

①次品逆向物流管理。消費者在退還次品時，區塊鏈接收該信息后廣播到各節點，節點接收信息。此時，在區塊鏈的推動下，汽車經分銷商退還給汽車生產商，該車的動力電池進一步退還至電池制造商，所產生的原料由原料供應商再次循環利用。

②報廢新能源汽車電池處理管理。針對報廢動力電池的處理，第一步是收集，利用如圖2所示的新能源汽車電池回收層級結構進行收集，首先消費者將需要更換的電池交由汽車維修廠處理，匯集后再經由各節點將動力電池原料送至供應商再次循環利用，其次，利用區塊鏈技術在逆向物流中的“高效信息通道”作用，保證各回收環節信息數據的同步共享與流暢度，供應鏈環節中各企業根據區塊鏈公布的信息數據，預測新能源汽車電池逆向物流發生的時間、地點以及商品的數量及質量，降低不確定性。

圖2 新能源汽車電池回收層級結構圖

③新能源汽車電池原材料逆向物流管理。將原料供應商中受污染的電池原料以及在電池制造商、汽車生產商、分銷商、維修廠試運行不合格或還未使用的動力電池，經過回收中心處理，篩選出不可直接利用的原料，進行拆解、多級分解后成為可再制造、再循環、再配送的原材料，運給原材料供應商或制造商。原料逆向物流的各個環節在區塊鏈中均有明確記錄，保證電池原料逆向物流進入企業時的質量水平。

4.2 系統仿真運算

4.2.1 模型說明

由于公開數據較少，該模型中的主要數據為近幾年相關行業數據。同時，假設影響新能源汽車電池回收量的主要影響因素有電池制造商回收量、汽車分銷商電池回收量、汽修廠電池回收量、報廢汽車企業電池回收量。在模型中，時長單位為“月”，模擬仿真時長為12月，使用區塊鏈前的信息傳遞率大概為50%，區塊鏈技術利用拜占庭容錯算法使各個節點的信息傳播率為83%[3]。

4.2.2 模型構造

新能源汽車電池逆向物流網絡中各主體間縱橫交錯、緊密聯系。通過調研以及專家咨詢，得到新能源汽車電池逆向物流系統因果關系圖。整個模型形成“電池生產—回收物流企業—電池生產”的閉環路徑，如圖3所示。

圖3 新能源汽車電池逆向物流系統因果關系

4.2.3 模型流圖

通過對上述系統因果關系圖的分析，結合區塊鏈技術對動力電池回收流程的影響，運用Vensim PLE 8.2.0軟件構建新能源汽車電池回收量的模型流圖，詳見圖4。

4.2.4 模型參數設置

主要的變量參數如下：

①根據我國2019年新能源電動車電池實際回收量與可回收量的比值，算出該行業大概的回收率。

②根據第四屆動力電池應用國際峰會上的數據，目前國內電池企業的制造合格率為90%。

③打算將廢電池通過官方渠道回收處理的車主占37.14%，希望當地非官方渠道回收處理的車主占18.57%[4]，模型中假設由于激勵機制的實行使有意愿到當地非官方渠道回收處理的車主全部到官方渠道進行回收處理。

④由于各參與主體的回收水平影響因素和比重不同，因此對區塊鏈技術下各主體回收水平的計算也不盡相同。應用區塊鏈技術后，電池生產商回收水平=生產量*次品率*回收率*(1+信息傳遞率*0.4+監管機制*0.6)；汽車分銷商的回收水平=回收率*(1+信息傳遞率*0.3+消費者意愿*0.3+監管機制*0.4)；汽修廠回收水平=回收率*(1+信息傳遞率*0.4+監管機制*0.6)；報廢廠回收水平=回收率*(1+信息傳遞率*0.4+監管機制*0.6)。

⑤回收企業的回收量主要取決于參與的各個主體的回收量之和，由此得出回收總量公式：回收企業回收量=電池制造商回收量+汽車分銷商回收量+汽修廠回收量+報廢廠回收量。

4.2.5 模型檢驗

通過Vensim PLE 8.2.0軟件對該模型進行檢驗，得到“模型沒有問題”的模型檢驗結果，證明本研究所建立的模型具有一定的合理性。

4.2.6 模型結果對比分析

表1和圖5表明，區塊鏈技術的應用對新能源汽車電池回收行業的電池回收量的提高有一定促進作用。通過對本模型的結果分析可以看出，區塊鏈技術在汽車電池供應鏈中的應用，對其回收效率的提高是顯而易見的，同時也證明了區塊鏈技術在回收行業的可行性。運用區塊鏈前后各主體回收量的對比，如表2所示，可知區塊鏈技術的應用提升了各個參與主體的回收采集效率。區塊鏈技術應用于新能源汽車電池回收，可有效提高電池的回收效率和數量。

圖5 使用區塊鏈技術前后我國新能源汽車電池回收量對比折線圖(2019年)

表2 使用區塊鏈前后新能源汽車電池供應鏈上各主體回收量對比(2019年)

5 新能源汽車電池逆向物流網絡優化的實現

區塊鏈技術作為新一代顛覆性應用模式，有望成為助推新能源汽車電池逆向物流網絡優化發展的新動力。基于上述模型的構建與仿真，為了進一步優化新能源汽車電池逆向物流網絡，提出以下幾點建議。

①政府職能部門層面。充分發揮政府公信力，加強對物流行業的監管，有助于優化網絡。

②供應鏈企業層面。在戰略合作上，核心企業應加強對分銷商的信息溝通與監管，更好地把握產品最終流向信息，促進回收工作的開展。在技術發展方面，加強與高校、研究所等科研機構合作，加快推進區塊鏈技術的研發和實際應用。在人才培養方面，加大對區塊鏈技術人才培養的投入力度，設立區塊鏈培訓基地，提供專業技術培訓，培養既懂專業物流知識，又懂區塊鏈技術知識的綜合性專業人才，提升企業內區塊鏈人才能力的整體水平。

③終端消費者層面。模型中，在激勵機制的實行下，經過仿真運算得出應用區塊鏈技術后的電池回收量隨著車主的回收意識提高而增加，由此說明記錄與激勵機制的建設能夠有效提高消費者參與新能源動力電池回收活動的積極性與踴躍性。此外，在新能源汽車銷售及售后過程中均可提醒消費者合理進行動力電池的維修及提供報廢動力電池的正當回收途徑。有意識、有秩序地參與回收工作，培養消費者合理處置報廢新能源汽車電池的主觀能動性，對降低環境污染、促進綠色循環可持續發展具有重大的意義。