電池電源回收“風暴”即將來襲

在每一部智能手機和平板電腦內(nèi)部，都有一塊有著黑暗而復雜歷史的厚重磚塊：電池。

電池里的鋰可能來自南美洲的鹽灘，在那里，有一些世界上最干燥的地區(qū)，數(shù)月的蒸發(fā)消耗了數(shù)百萬噸的水。電池中的鈷可能來自剛果民主共和國，據(jù)說那里的兒童在從地上提取鈷時被炸死或致殘。收集各種原子并將它們組裝成一個能正常工作的電池，可能需要來自十幾個國家的數(shù)千人。然后，經(jīng)過幾年的使用，廢棄的電池通常會被扔進垃圾填埋場和焚化爐。

隨著鋰離子電池從手持設(shè)備躍入汽車、卡車和家庭，企業(yè)家和學者們都在競相尋找重復利用這些珍貴材料的方法。投資者將數(shù)百萬美元的賭注押在了內(nèi)華達州的Redwood Materials公司上，該公司可以從電子垃圾中開采金屬。

它的競爭對手Li-Cycle致力于解決電池運輸?shù)奈锪麟y題。其他一些公司正在開發(fā)一種技術(shù)，可以在不完全損壞電池的情況下使電池恢復活力。通過從各個方面解決這個問題，這些團隊朝著一個目標工作：將耗盡的電池轉(zhuǎn)化為有價值的資源。

Li-Cycle聯(lián)合創(chuàng)始人兼執(zhí)行董事長蒂姆?約翰斯頓（Tim Johnston）表示：“我們把所有的錢都花在制造電池，制造化學材料上，然后在循環(huán)的最后燒掉它們。這是不正確的?！?/p>

業(yè)內(nèi)人士對即將到來的電池“海嘯”既興奮又惶恐。據(jù)Li-Cycle的聯(lián)合創(chuàng)始人兼總裁阿杰?科赫哈（Ajay Kochhar）稱，全球目前已經(jīng)丟棄了50多萬噸鋰電池，其中大部分是小型電子產(chǎn)品。

但隨著世界向電力經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，預計到2030年，世界對鋰離子電池的需求將增加10倍。鋰離子電池的爆炸式增長大部分將由電動汽車推動，這些汽車攜帶的電池重量超過1000磅?！拔覀冋幱诒降囊唤恰！笨坪展f。

科赫哈和其他人認為這個問題是一個機會，可以用一個更“可循環(huán)”的系統(tǒng)來取代現(xiàn)在脆弱且有問題的供應(yīng)鏈，這個系統(tǒng)用上一代電池的材料來制造下一代電池。他們不會為了回收而回收。據(jù)Statista估計，到2030年，僅鋰離子電池回收市場的年價值就可能達到180億美元，而2019年這一數(shù)字為15億美元。

特斯拉聯(lián)合創(chuàng)始人的回收創(chuàng)業(yè)公司

領(lǐng)先美國市場的一家初創(chuàng)企業(yè)是Redwood Materials公司，它是特斯拉聯(lián)合創(chuàng)始人J.B.斯特勞貝爾（JB Straubel）的最新投資項目。

在擔任特斯拉首席技術(shù)官的16年時間里，斯特勞貝爾意識到，在這些汽車的使用壽命結(jié)束后，他沒有對這些汽車進行加工的計劃。與手機不同的是，半噸重的汽車電池不能就這樣放在垃圾抽屜里閑置著。大多數(shù)電動汽車目前都處于鼎盛時期，但在未來五年內(nèi)，早期的電動汽車將開始大量淘汰，屆時將掀起一場海嘯。

自2017年成立以來，Redwood Materials一直在為第一波浪潮做準備。這家初創(chuàng)企業(yè)位于卡森市，目前有兩家工廠處理附近特斯拉超級工廠生產(chǎn)的所有廢料和缺陷電池。

特斯拉超級工廠由松下和特斯拉共同擁有。僅松下廢品廠每年就提供約10億瓦的材料，其他12家合作伙伴也提供類似的數(shù)額，總計相當于每年約2萬噸材料。該公司最近還與零售巨頭亞馬遜合作，處理來自亞馬遜的電池。

從電池到原子

在對新到的電池進行分類后，Redwood Materials公司采用了專利工藝，包括燃燒電池，融化電池內(nèi)的內(nèi)容物，然后將其浸入液體中，浸出所需的元素（盡管具體的程序是根據(jù)電池類型量身定制的）。

該公司的一位發(fā)言人說，最終，這項技術(shù)可以回收電池中95%至98%的鎳、鈷、鋁、石墨和80%以上的鋰。這些材料大部分被賣回給松下，用于制造新的特斯拉電池。

“Redwood Materials已經(jīng)組建了一個優(yōu)秀的團隊，與我們合作，處理廣泛的廢物流，并開發(fā)原材料，然后我們就可以在我們的電池制造過程中使用?！彼上履茉垂镜碾姵丶夹g(shù)副總裁賽琳娜?米克拉扎克（Celina Mikolajczak）說。

在摩羯座投資集團和突破性能源投資公司的4000萬美元資助下，該公司目前正致力于提高卡森城工廠的產(chǎn)能。突破性能源投資公司是一家環(huán)境投資基金，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫?貝佐斯（Jeff Bezos）和微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾?蓋茨（Bill Gates）也在其中。

“輪輻”模式

約翰斯頓和科赫哈以類似的方式創(chuàng)立了Li-Cycle，于2016年將其推出。在此之前他們在Hatch（一家專門從事電池化學品的全球工程公司）共事。他們圍繞“中心和輻條”模式構(gòu)建業(yè)務(wù)。

由于電池是火災隱患，安全運輸成本可能很高。為了降低距離，Li-Cycle打算在當?shù)氐摹拜棗l”設(shè)備收集電池，將電池分成三部分：塑料外殼、混合金屬（如箔）和活性材料，如電池核心處的鈷和鎳——一種被稱為“黑色團塊”的黑色粉塵。

Li-Cycle可以直接將這些材料出售，或者將黑色團塊運送到一個“中心”工廠，然后將其浸泡在室溫下的液體中。約翰斯頓說，這樣可以以90%到95%的效率提取金屬——甚至是鋰，許多處理方式都很難有效地捕獲鋰。

該公司目前有兩個“輻條”在運行，一個在加拿大安大略省，另一個在紐約羅徹斯特，每年可以分解總共1萬噸的鋰離子電池。Li-Cycle公司最近宣布，計劃在羅徹斯特建立他們的第一個“中心”。

從2022年年底開始，該中心每年將能夠?qū)?5000噸的團塊（從65000噸電池中）分離成鋰、鈷、鎳和其他元素。和Redwood Materials一樣，該公司希望盡快擴張，目前已經(jīng)籌集了約5000萬美元的資金。

“這是一個很大的空間，我們需要一個回收隊伍?！笨坪展f。

振興分子

但展望未來，研究人員指出，清除電池的原子部分的長期利潤可能非常微薄。電池的化學結(jié)構(gòu)每年都在變化，例如，松下在2012年至2018年之間將特斯拉電池中的鈷含量削減了60％。這些變化可能需要不斷調(diào)整回收過程，同時也要使其利潤降低（鈷是最昂貴、最有價值的電池元件）。

一個更有效的方法可能是在更高的水平上回收電池，回收它們更大的分子結(jié)構(gòu)，而不是原子。電池研究公司OnTo Technology的創(chuàng)始人、化學家史蒂夫?斯盧普（Steve Sloop）把電池比作公寓樓。與其把它推倒換木頭和磚，為什么不翻新呢？他說：“電池在制造上投入了大量的能源。我們正在努力節(jié)省這筆投資?！?/p>

就鋰離子電池而言，這意味著要更換鋰，因為每次充電和放電時，都會有一小部分鋰附著在電池的分子支架上。當電池中自由流動的鋰耗盡時，電池就沒電了。

去年9月，斯盧普發(fā)表了一個案例研究，描述了他的實驗室如何自動拆卸并粉碎回收的蘋果電池，將其活性材料浸泡在富含鋰的浴液中，使其恢復到原始狀態(tài)。最終的產(chǎn)品標志著第一個從工業(yè)原料中重新組裝的全燃料電池。

OnTo Technology只是一個追求“直接回收”戰(zhàn)略的組織。能源部資助了一家名為ReCell中心的研究聯(lián)盟，該聯(lián)盟也支持類似的項目。據(jù)領(lǐng)導這項工作的阿貢國家實驗室的運輸系統(tǒng)分析師琳達?蓋恩斯 （Linda Gaines）說，該中心目前正在組織一場不同類型的“再鋰化”的非正式競賽，看哪一種效果最好。

“再鋰化已經(jīng)走過了很長的一段路，”她說，“這確實是我們可以考慮擴大規(guī)模的階段?！?/p>

擴大規(guī)模將是所有這些舉措面臨的主要挑戰(zhàn)。在實驗室中，將電池還原為原子，或者替換鋰，相對容易一些。但如何收集、運輸、分類、拆卸、處理和重新分配即將到來的數(shù)百萬噸材料，卻是個難題。

“這是一項即將上市的新技術(shù)?！辈骱泊髮W的材料科學家加文?哈珀（Gavin Harper）說，他參與了英國電池回收項目ReLib?！拔覀冞€沒有看到它將帶來的問題、挑戰(zhàn)和機遇?！?/p>

跨國回收網(wǎng)絡(luò)

在歐洲，對電動汽車電池合法的國際收集和回收解決方案的需求正在增加?，F(xiàn)在，來自比利時、德國、意大利、荷蘭和挪威的領(lǐng)先電池收集公司已經(jīng)聯(lián)合成立了Reneos SCE作為一個跨國網(wǎng)絡(luò)。

Reneos SCE的創(chuàng)始企業(yè)包括比利時bebat，德國GRS Batterien Service GmbH，意大利Cobat，挪威BatteriRetur和荷蘭Stibat。通過他們新的歐洲平臺，他們提供跨境收集、運輸、儲存、再利用、再處理或拆解電動汽車電池的回收，所有這些都符合各國的法律。

“回收、再利用或直接取走并送到客戶選擇的地點。所有這些機構(gòu)都可以在所有歐洲國家收集電池，儲存、拆卸它們，然后進行處理。為此目的，我們有自己的合作伙伴；但我們也可以與客戶的首選合作伙伴合作。客戶可以通過‘跟蹤與軌跡’系統(tǒng)來密切跟蹤一切?！盧eneos首席執(zhí)行官菲利普?塞力斯（Philippe Celis）解釋說。

這些合作伙伴從電動汽車、工業(yè)和私人使用的鋰電池中收集鋰電池?！坝辛薘eneos，我們可以為我們的國際運營客戶提供安全的解決方案，不僅在德國，而且在整個歐洲。我指的不只是法律安全，而是整個回收、運輸和回收過程的安全?！?/p>

Reneos的首席執(zhí)行官塞力斯補充說：“通過匯集領(lǐng)先的專家，我們正在使歐洲成為電池回收中心，增強我們對亞洲和美國的競爭力。”從行業(yè)的角度來說，他說，該倡議吸引了大量的興趣。

例如，2019年10月，Reneos接手了Zero摩托車的廢舊電池收集和回收工作。該電動摩托車制造商在比荷盧、奧地利、捷克共和國、芬蘭、法國、德國、愛爾蘭、意大利、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典和英國都有授權(quán)經(jīng)銷商。Reneos在各個國家的合作伙伴可以根據(jù)各自的法律和安全法規(guī)，在這些國家對電池進行的收集、運輸和加工。
責編AJX