追踪那些“永不消逝”的动力电池

衣衣谈汽车 2023-12-13 02:29:00

引言:

从长期来看,凶猛扩产的动力电池产业面临一个关键问题:回收。

据公开数据显示,到2025年,我国动力电池退役量将达82万吨,2028年后,这一数量将超过260万吨。

未来,海量的退役电池如同一股电子巨浪,裹挟着其中的重金属物质涌入人类社会的各个角落。如果无法安全处理,将会对生态环境产生重大隐患。

同时,如何对退役电池进行充分利用,避免有效资源的浪费,也是整个新能源产业所面对的问题。

一、特斯拉的CTO转行“收破烂”

2017年,斯特劳贝尔(JB Straubel)创立电池回收公司Redwood Materials。当时的他还有一个身份——特斯拉联合创始人兼首席技术官。

而他在特斯拉内部也被誉为“站在马斯克背后的男人”。

在伊隆·马斯克成为特斯拉公司的“代言人”之时,正是斯特劳贝尔在他背后默默完成了特斯拉产品的电气架构设计、充电网络铺设与第一座电池工厂的搭建。

(马斯克与斯特劳贝尔 图片来源:TIME)

马斯克曾表示:“如果没有斯特劳贝尔,特斯拉也基本上就不会存在。”

2014年,在特斯拉联合松下投建内华达超级工厂(Gigafactory1)时,斯特劳贝尔就开始思考一个问题:

“如果电动化转型变成现实,地球会有这么多的原材料可以支持海量的动力电池制造吗?”

在当时,“电池回收”这个问题并不是整个新能源产业的焦点,甚至显得有些“杞人忧天”。在斯特劳贝尔接受采访时无数次被问及“为什么要从特斯拉这个令人着迷的科技公司转行去收垃圾”也能看出,整个社会当时对电池回收这门生意,充满了疑问。

而斯特劳贝尔给出的回答是:

“在人类社会转向全面电气化的背景下,如果没有原材料闭环,那么一切都将不成立。”

在他的带领下,Redwood正逐渐发展成为世界领先的独立电池回收企业之一。

(Redwood内华达回收工厂 图片来源:TIME)

但在被问及公司前景时,斯特劳贝尔却紧锁眉头。促使他进入电池回收领域的原因,除了要保证未来电池材料供应,还有另一个非常重要的原因——人类工业活动所导致的气候环境恶化。

“对人类社会的负面影响远比我们公司的发展情况更危急,”斯特劳贝尔在采访时说,“其实,人类社会并不知道气候变化的影响究竟有多严重。”

二、当新能源汽车开始变得“不环保”

世界环保组织曾在2022年的报告中表示,虽然降低道路交通碳排放的出发点值得称赞,但新能源汽车对环境的影响仍然存在争议。

而有关新能源汽车“不环保”的争论点,大部分都集中在动力电池的生产环节。

以NCM 111电芯为例,该种电芯生产过程中会产生约73kg/kWh的碳排放量,即平均每生产100kWh的单个电池包将产生7,300kg的碳排放量。

(数据图片来源:欧洲运输和环境联合会)

从动力电池的材料生产环节来看,正极生产中所产生的碳排放共计28.5kg/kWh,几乎占到整个动力电池生产的40%,成为制约新能源汽车全生命周期减碳的关键环节。

而致使正极材料碳排放居高不下的,当属上游的金属(镍、钴、锰、锂、铜)开采。

在矿山开发中,各矿商为提取矿石,必须使用炸药以及重型工程机械对矿山进行初步破碎。而绝大部分工程机械目前依旧以化石燃料驱动,造成大量碳排放。而炸药在爆破过程中,则会产生大量一氧化碳,进一步增加碳排放量。

同时,过度的矿山开采对生态环境也会产生巨大压力。

根据IER(Institute for energy research)测算统计,在锂盐湖的开采过程中,平均每吨碳酸锂将大约消耗500,000加仑(平均约合54万个成年人一天的饮水量)的地下水。

以南美锂三角区的智利为例,2021年,该国非金属矿业委员会曾表示,从2000年到2015年,由于智利阿塔卡玛(Atacama)的盐湖提锂产能提升,导致该地区附近井水位总共下降了整整一米。

地下水位的大幅下降使得该地区的草地和湖泊面积大面积萎缩,当地畜牧业遭受重创,同时,失衡的生态系统也导致当地火烈鸟数量大幅减少。

(南美某盐湖生产基地的抽水管 图片来源:彭博财经)

“我们对清洁能源的新需求可能会造成更大的伤害,尽管它的本意是好的,”负责任采矿保障倡议组织(Initiative for Responsible Mining Assurance)的执行董事艾米·布朗格(Aimee Boulanger)说,该组织为宝马和福特等汽车公司的供应链企业审查矿山,“我们不能允许这种情况发生。”

三、电池回收的发起点

在世界道路交通电气化转型的背景下,对动力电池的需求量将会持续增加。如何在保证经济效益的同时,减少对生态的破坏?

从新能源汽车的供应关系看,如果想要完成以上愿景,那么整车厂在其中的链主地位将决定整个链条的发展走向。

截至目前,宝马集团在中国市场的新能源车型销量已超过30万辆。作为传统豪华车企代表,宝马已在竞争激烈的中国市场走出了一条属于自己的电动化之路。

而宝马之所以能在中国市场取得如此成绩,是因为其电动化战略的提前布局。

2013年-2014年,宝马i3与i8先后登陆中国市场,打响德系豪华品牌在中国纯电市场布局的第一枪。除产品外,这家公司的电池回收业务,也早在2017年就已开始提前布局。

当年,宝马携手旗下500多家经销商,搭建了自研的动力电池溯源管理系统,可对动力电池从生产直至报废回收的全生命周期进行溯源追踪,并实现与国家平台的对接。

目前,中国电池回收产业正面临着“大产能,小产量”的产业发展难题。同时,随着关键金属材料价格的持续下跌,电池回收业务的盈利情况也变得越来越没有“想象力”。

但宝马在电池回收利用业务上的态度异常坚决:不是要不要做的问题,而是必须要做。

在这当中,宝马又将相关业务分为了两条主线。

1.梯次利用

要知道,并不是所有的退役动力电池都只能拆解。即便是由于某些问题“下车”的动力电池,其充放电效率、循环寿命与电池容量等电化学指标在部分场景依旧保持着良好的性能优势。

对于剩余容量较高的退役动力电池,宝马遵循梯次利用的原则,保证了每一块动力电池在经过安全验证后,可以发挥出最大的价值。

2020年,宝马与华友循环合作开发了退役电池在工厂叉车上梯次利用的场景,成为中国首家实现动力电池梯次利用的汽车制造商。截至目前,宝马沈阳生产基地已有38台物流设备搭载了梯次利用的退役动力电池。宝马表示,日后这一数量将会持续增长。

除园区工具车外,宝马还将梯次利用的场景成功延伸至园区储能领域。

今年5月,宝马铁西工厂里达厂区正式启动运营绿电梯次储能项目。在该项目中,宝马将BMW iX3的退役电池模块改造成为梯次储能柜,配合光伏组件,打造出“绿色光储一体站”,以满足厂区日常用电需求。

(宝马铁西工厂里达厂区的绿色光储一体站 图片来源:宝马集团)

宝马表示,未来,在沈阳生产基地,厂内的叉车、托盘车及储充一体化的储能站都将使用宝马退役动力电池。

2.材料循环

伴随动力电池产业的快速发展,如何在保证电池材料稳定供应的同时,又可以促进产业链的低碳减排?

打造电池材料低碳循环的经济模式,成为了电池产业“既要、有要”难题下的最优解。

2022年,宝马携手华友循环共同打造了国产电动车动力电池原材料闭环回收模式。今年9月,双方合作进一步深化,将在华销售的BMW进口电动车也纳入该体系。

(华友循环对宝马电池包进行自动化拆解 图片来源:宝马集团)

至此,在中国,宝马的退役动力电池原材料闭环回收模式已覆盖全部BMW电动车型。

宝马表示,通过与华友循环合作,对电池中镍、钴、锂等核心原材料高比例提炼,这些再生原材料将全数返回宝马国内电池生产体系,并用于新电池的生产制造,从而实现资源的循环利用。同时,这一举措将有效减少矿产资源开采中70%的碳排放量。

截至2023年11月底,已有超过1000吨的再生原材料被成功提炼并用于新电池的生产,搭载在国产BMW电动车型上。

打造关键材料的回收闭环,不仅可以帮助上游矿产完成减排,更可以实现电池生产的进一步降本,从而让宝马的终端产品更具竞争力。

此外,在电池关键材料供需反复波动的情况下, 实现“一次采购,多次使用”的循环经济模式,从长期来看也将帮助宝马增强供应链韧性。

四、动力电池的“追踪路径”

目前,电池回收产业普遍面临着一个现实难题:退役电池都去哪儿了?

究其原因,是由于动力电池上下游产业链长,企业数量众多,电池材料商、电池厂、整车厂、白名单回收公司等企业之间的信息难以互通。因此,白名单回收公司虽有拆解回收的产能,却无法有效捕捉四散在全国各地的电池流向。

同时,由于大部分动力电池没有形成统一的评估系统,导致回收企业面对不同批次的退役电池,也无法有效评估其健康状况。

基于以上产业发展痛点,宝马在今年对动力电池全生命周期管理体系进行了全新升级,打通电池从生产到回收的全链条数据闭环,实现电池生产商、宝马研发、生产及销售系统、经销商、物流供应商、电池回收商等上下游各方的数据同步。

通过高度集成的信息网络,让宝马每块电池的“行踪”都更加透明、可追溯。

(宝马经销商通过手机端小程序上传电池信息 图片来源:宝马集团)

宝马表示,目前的溯源体系已将追踪路径细化到电芯级别,即每一块电池、每一套电池模组、每一个电池包都有专属编码。

同时,在原有电池信息的基础上,更新后的平台还增加了电池健康状态监测,可实现每30秒采集更新电池运行数据,利用实时数据,结合电池种类参数、每次充放电电量、行驶里程等大数据评估电池寿命,并能将电池状态及时反馈宝马后台。

在零售终端,目前超过三分之二的宝马经销商已设立符合国家标准的电池回收服务网点,预计明年全部宝马经销商店都将完成该配备。

(宝马经销商运通嘉宝店内的电池回收专门储藏间 图片来源:宝马集团)

宝马集团大中华区总裁兼首席执行官高翔先生表示,“通过数字化手段,我们能‘跟踪’每一块电池;通过跟经销商的合作,我们希望让每一位宝马新能源车主都能享受更安心、省心、放心的电池售后及回收服务。”

五、负责任的电动化

联合国全球契约组织近日正式发布了《动力电池碳足迹及低碳循环发展白皮书》,这是全球首份系统评估动力电池碳足迹及低碳循环发展的报告。

(图片来源:联合国全球契约组织)

宝马作为汽车制造商代表,为报告提供了退役动力电池原材料闭环回收的实践经验。这也代表了权威机构对宝马在动力电池回收管理领域所做努力的认可。

发展新能源汽车产业的出发点是帮助人类社会向清洁能源转型,减少因生产所造成的碳排放与环境污染,这是每个新能源汽车企业必须承担的责任。而电池回收业务,则是其中至关重要的一环。

加强动力电池回收管理,既是对用户负责、对供应链企业负责,也是对整个人类负责、对地球负责。

宝马表示,世界可以建立在“兼得”,而非“取舍”之上。在经济和环境之间、创造与精减之间、以及产业和社会之间,企业可以找到合适的平衡,而这也正是宝马将“循环永续”视为可持续发展的核心,始终坚持“负责任的电动化”的初衷所在。

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