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环境与成本如何抉择?电动车电池回收再利用小科普

本文作者:大壮旅 2019-03-26 09:57
导语:不挣钱的生意有人愿意做吗?

环境与成本如何抉择?电动车电池回收再利用小科普

老化的电动车电池

雷锋网(公众号:雷锋网)新智驾按:彭博社此前曾发布报告称,到 2040 年全球电动车保有量将飙升至 5.59 亿台。不过,电动车不是永动机,它的电池也有老化的一天,而且谁也不想让电池中的那些有害物质伤害我们的环境。

因此,政策制定者和研究人员已经开始考虑如何处理那些电动车上寿终正寝的电池了,而回收再利用就是选项之一。

近日,卡耐基梅隆大学的研究人员在《自然》杂志子刊《Nature Sustainability》上发表了一篇论文,论述了车用电池回收再利用的污染与经济成本。

论文中提到了三种类型的正极材料(电池中的阴极):氧化镍锰钴(NMC)、氧化镍钴铝(NCA)和磷酸铁(LFP)。前两种正极材料一般用在乘用车里,而 LFP 则是电动巴士的最爱(比亚迪的电动大巴就用了 LFP 电池)。

鉴于电池包装对再利用方法的选择非常重要,论文还对圆柱电池(特斯拉用的电芯类型)和软包电池进行了对比。

研究人员还对再利用方法进行了对比,其中包括火法冶金再利用(将电池中有价值的部分暴露在高温下,随后将这些金属当做合金回收),湿法冶金再利用(从电池中滤出有价值的金属,随后从溶液中分离出所需的金属)和“直接正极再利用”(电池正极保留原样,但添加新的锂,使电池恢复原有性能)。

为了避免再利用过程中对环境造成污染,研究人员还对多种电池化学原料进行了生命周期分析,他们估算了污染、能源消耗和回收原材料的成本,并对新造电池和回收电池的总成本进行了对比。

回收再利用到底是保护还是破坏环境?

分析结果显示,电动巴士上的 LFP 电池无论用到哪种回收方式,都无法避免额外的污染。同时,由于电动巴士所用的电池原料开采起来并不困难,且回收过程中减少的温室气体无法抵消消耗的能量和新产生的温室气体,因此现有技术条件下,新造巴士电池比回收再利用老电池更为环保。

不过,如果换到普通的电动乘用车上,这套博弈论就更复杂了。因为无论是 NMC 还是 NCA 电池,湿法冶金和直接正极再利用都能降低温室气体排放,但想大幅节能减排,前提必须是使用软包电池。

至于火法冶金的再利用方式,效果就差得多了。此外,研究人员还发现,在测试的每个样本中,火法冶金都导致排放增加(具体的量与电池生命周期有关),而且这种方式回收的原料不一定都能用在新电池里。眼下,欧洲主要使用火法冶金的方式对旧电池进行回收再利用,整个过程中需要回收整个电池重量的一半。

研究论文还指出,正极和电芯中的金属材料被还原成金属合金后,其它非可燃的点新材料都会变成炉渣,后续可用做水泥原料。

不过,这可不算完美的变废为宝,因为 2018 年的一篇论文指出,水泥生产是世界上第三温室气体排放源,仅次于燃烧化石燃料和土地利用的改变(比如砍伐森林)。

需要注意的是,发表于《Nature Sustainability》的这篇论文并未考虑到电池对环境带来的后续影响,因此火法冶金再利用对环境来说到底是利大于弊还是弊大于利,依然没有定论。

回收再利用会拉高成本吗?

对电池进行回收再利用的经济效益可没有环境效益那么明显,算总账时我们还得考虑回收到的金属材料到底价值几何。

就拿钴来说,最近几年价格真是水涨船高,对其进行回收再利用能降低国家和公司对这种金属的依赖性。由于钴的主产区常年战乱,因此少用甚至不用钴还能维护地缘政治并解决人道主义危机,毕竟没有买卖就没有杀害(2018 年的一份研究还显示,许多从事采矿业的刚果工人血液和尿液内钴残留在升高,未来有可能对他们的心脏、肺部及甲状腺造成伤害)。

该论文还认为,即使电动车电池的回收再利用没什么经济效益,监管者也应该为了环境保护强力介入,拿出资金来资助或鼓励电动车回收再利用事业。

研究人员还发现,对那些使用直接正极再利用法处理的电池进行再次锂化,在经济效益上可实现收支平衡。举例来说,如果 NMC 与 NCA 电池正极材料回收成本分别不高于每公斤 15 美元和 19 美元,那么重获新生的正极材料就能和新造材料在价格上平起平坐。这样一来,直接正极再利用法在成本上就有竞争力了。

眼下,许多电动车公司都在探索替代方案,比如将老化的电动车电池当做楼房的储能站。至于这些方案能否在环境和经济上取得双赢,恐怕现在的行业专家也没底气。好在,各家厂商都在努力,否则电动车一统天下的心愿就会成为镜花水月。

参考资料:https://arstechnica.com/science/2019/02/electric-car-batteries-might-be-worth-recycling-but-bus-batteries-arent-yet

环境与成本如何抉择?电动车电池回收再利用小科普

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