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彭博社此前曾發(fā)布報(bào)告稱，到 2040 年全球電動(dòng)車保有量將飆升至5.59億臺(tái)。不過，電動(dòng)車不是永動(dòng)機(jī)，它的電池也有老化的一天，而且誰也不想讓電池中的那些有害物質(zhì)傷害我們的環(huán)境。因此，政策制定者和研究人員已經(jīng)開始考慮如何處理那些電動(dòng)車上壽終正寢的電池了，而回收再利用就是選項(xiàng)之一。
老化的電動(dòng)車電池
近日，卡耐基梅隆大學(xué)的研究人員在《自然》雜志子刊《Nature Sustainability》上發(fā)表了一篇論文，論述了車用電池回收再利用的污染與經(jīng)濟(jì)成本。
論文中提到了三種類型的正極材料(電池中的陰極)：氧化鎳錳鈷(NMC)、氧化鎳鈷鋁(NCA)和磷酸鐵(LFP)。前兩種正極材料一般用在乘用車?yán)铮?LFP 則是電動(dòng)巴士的最愛(比亞迪的電動(dòng)大巴就用了 LFP 電池)。
鑒于電池包裝對再利用方法的選擇非常重要，論文還對圓柱電池(特斯拉用的電芯類型)和軟包電池進(jìn)行了對比。
研究人員還對再利用方法進(jìn)行了對比，其中包括火法冶金再利用(將電池中有價(jià)值的部分暴露在高溫下，隨后將這些金屬當(dāng)做合金回收)，濕法冶金再利用(從電池中濾出有價(jià)值的金屬，隨后從溶液中分離出所需的金屬)和“直接正極再利用”(電池正極保留原樣，但添加新的鋰，使電池恢復(fù)原有性能)。
為了避免再利用過程中對環(huán)境造成污染，研究人員還對多種電池化學(xué)原料進(jìn)行了生命周期分析，他們估算了污染、能源消耗和回收原材料的成本，并對新造電池和回收電池的總成本進(jìn)行了對比。
回收再利用到底是保護(hù)還是破壞環(huán)境？
分析結(jié)果顯示，電動(dòng)巴士上的 LFP 電池?zé)o論用到哪種回收方式，都無法避免額外的污染。同時(shí)，由于電動(dòng)巴士所用的電池原料開采起來并不困難，且回收過程中減少的溫室氣體無法抵消消耗的能量和新產(chǎn)生的溫室氣體，因此現(xiàn)有技術(shù)條件下，新造巴士電池比回收再利用老電池更為環(huán)保。
不過，如果換到普通的電動(dòng)乘用車上，這套博弈論就更復(fù)雜了。因?yàn)闊o論是 NMC 還是 NCA 電池，濕法冶金和直接正極再利用都能降低溫室氣體排放，但想大幅節(jié)能減排，前提必須是使用軟包電池。
至于火法冶金的再利用方式，效果就差得多了。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在測試的每個(gè)樣本中，火法冶金都導(dǎo)致排放增加(具體的量與電池生命周期有關(guān))，而且這種方式回收的原料不一定都能用在新電池里。眼下，歐洲主要使用火法冶金的方式對舊電池進(jìn)行回收再利用，整個(gè)過程中需要回收整個(gè)電池重量的一半。
研究論文還指出，正極和電芯中的金屬材料被還原成金屬合金后，其它非可燃的點(diǎn)新材料都會(huì)變成爐渣，后續(xù)可用做水泥原料。
不過，這可不算完美的變廢為寶，因?yàn)?2018 年的一篇論文指出，水泥生產(chǎn)是世界上第三溫室氣體排放源，僅次于燃燒化石燃料和土地利用的改變(比如砍伐森林)。
需要注意的是，發(fā)表于《Nature Sustainability》的這篇論文并未考慮到電池對環(huán)境帶來的后續(xù)影響，因此火法冶金再利用對環(huán)境來說到底是利大于弊還是弊大于利，依然沒有定論。
回收再利用會(huì)拉高成本嗎？
對電池進(jìn)行回收再利用的經(jīng)濟(jì)效益可沒有環(huán)境效益那么明顯，算總賬時(shí)我們還得考慮回收到的金屬材料到底價(jià)值幾何。
就拿鈷來說，最近幾年價(jià)格真是水漲船高，對其進(jìn)行回收再利用能降低國家和公司對這種金屬的依賴性。由于鈷的主產(chǎn)區(qū)常年戰(zhàn)亂，因此少用甚至不用鈷還能維護(hù)地緣政治并解決人道主義危機(jī)，畢竟沒有買賣就沒有殺害(2018 年的一份研究還顯示，許多從事采礦業(yè)的剛果工人血液和尿液內(nèi)鈷殘留在升高，未來有可能對他們的心臟、肺部及甲狀腺造成傷害)。
該論文還認(rèn)為，即使電動(dòng)車電池的回收再利用沒什么經(jīng)濟(jì)效益，監(jiān)管者也應(yīng)該為了環(huán)境保護(hù)強(qiáng)力介入，拿出資金來資助或鼓勵(lì)電動(dòng)車回收再利用事業(yè)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，對那些使用直接正極再利用法處理的電池進(jìn)行再次鋰化，在經(jīng)濟(jì)效益上可實(shí)現(xiàn)收支平衡。舉例來說，如果 NMC 與 NCA 電池正極材料回收成本分別不高于每公斤 15 美元和 19 美元，那么重獲新生的正極材料就能和新造材料在價(jià)格上平起平坐。這樣一來，直接正極再利用法在成本上就有競爭力了。
眼下，許多電動(dòng)車公司都在探索替代方案，比如將老化的電動(dòng)車電池當(dāng)做樓房的儲(chǔ)能站。至于這些方案能否在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上取得雙贏，恐怕現(xiàn)在的行業(yè)專家也沒底氣。好在，各家廠商都在努力，否則電動(dòng)車一統(tǒng)天下的心愿就會(huì)成為鏡花水月。
