大幕初启——循环经济下的电动汽车时代｜艾问人物

2021-8-10 作者：艾问人物来源：iAsk Media

很少有人像斯特劳贝尔（JB Straubel，特斯拉联合创始人，以下简称Straubel）那样，能够在电动汽车的兴起中占据一席之地。这位说话轻声细语的工程师通常被认为是特斯拉背后的大脑，在 2003 年的一次午餐中，他说服了埃隆·马斯克（Elon Musk），相信电动汽车是有未来的。随后，他在特斯拉担任了15年的首席技术官，设计了特斯拉的第一批电池，管理其充电站网络的建设，并推动了特斯拉内华达州超级工厂（Gigafactory）的发展。马斯克（Elon Musk）的传记作者阿什莉·万斯 (Ashlee Vance) 于2019年离职时表示，特斯拉不仅失去了一位创始人，而且“失去了一部分灵魂”。

Straubel本可以继续在硅谷大展身手。相反，他却执意选择留在了内华达州卡森城的牧场，这个小镇曾被前居民马克·吐温（Mark Twain）描述为“被贫瘠雪山包围的沙漠”——看不到一棵树。

这里坐落着Straubel 于2017年成立的一家初创公司Redwood Materials（以下简称Redwood），这家公司艰巨的使命接近于“炼金术”：分解废弃电池并将其重组为新电动汽车所需的新金属供应。

虽然电动汽车在驾驶阶段是“零排放”的，但随着电动汽车技术成为主流，电池的开采、制造和处置过程可能成为这个行业的环境灾难。Straubel的目标是解决电动汽车最突出的问题。“今天它根本不可持续，也没有真正迫在眉睫的计划 ——任何破坏都有可能发生——使其可持续”，Straubel说：“在特斯拉，这总是让我有点恼火，随着我们把一切都做好，这一点变得更加明显。”

Redwood 的仓库是一个很好的例子，它证明了一个人的垃圾其实是另一个人的宝藏。每个工作日，两到三辆卡车都会卸下约60吨的旧智能手机、电动机器和踏板车电池。Straubel 的 130 名员工团队随后将金属（包括镍、钴和锂）分离出来，将它们粉碎并用化学品进行处理，这样这些金属就可以作为新锂离子电池的组成部分重新进入供应链。

通常，电动汽车电池中使用的金属从露天矿中挖出或从沙漠池塘中蒸发提炼而来——主要来自刚果民主共和国、澳大利亚和智利，但Straubel认为还有另一个“大量未开发”的来源：普通美国人的车库。他估计美国家庭的车库中有大约10亿块废旧电池，分布在旧笔记本电脑和手机中，而这些所有电池都含有贵金属。

分解这些电池并重新利用它们的过程被称为“城市采矿”。电池材料初创公司 Sila Nano 的创始人兼首席执行官Gene Berdichevsky（原特斯拉7号员工）表示，高端电动汽车中的电池材料数量大约是智能手机的 10,000 倍，要大规模地做到分解利用是一项艰巨的任务。但是他补充说，按每千瓦时计算，汽车电池中钴的使用量是手机电池的约30倍。“因此，每收集300部智能手机，就有足够的钴用于制造电动汽车电池。”

Redwood也在搭建一个工业合作伙伴网络，以接收包括亚马逊、电动巴士制造商 Proterra 和电动自行车制造商 Specialized等公司的废料。松下在特斯拉超级工厂（Tesla Gigafactory）以北50英里处生产电池，而Redwood已经从松下接收电子垃圾，并将可以重新利用的材料送回松下。

Straubel 押注 Redwood 可以在“循环经济”的出现中发挥重要作用。“循环经济”是一个诞生于20世纪60年代的宏伟希望，即社会可以重构商品的设计、制造和回收方式。目前，这个概念正在被包括苹果在内的一些世界上最大的公司所接受，苹果的首席执行官 Tim Cook设定了一个目标：“未来新iPhone的生产不再消耗地球资源，将依靠可再生资源制造”，作为其到2030年实现碳中和承诺的一部分。

钴的20,000英里旅程

如果扎根于循环经济，那今天的现状在子孙后代看来将是荒谬的。目前最大的钴来源是刚果民主共和国，它通常在大型工业矿山中提取，也可以使用基本工具手工挖掘。然后它可能会被运往欧洲最大的钴精炼厂所在地芬兰，然后再运往中国——世界上大部分阴极和电池生产的所在地。从中国它可以运往美国或欧洲，在那里电池被制成电池组，最后再次运往各电动汽车生产线。

总而言之，在电动汽车被贴上“零排放”标签之前，钴已经从矿山“行驶”了20,000多英里才到达汽车制造商这里。

尽管如此，一些独立研究机构通常认为，比起内燃机汽车，电动汽车对环境的破坏要小。但改进的空间是巨大的：Straubel 表示，如果电动汽车的电池不断回收利用，其排放量可以减少一半以上。

2021年7月，Redwood加快了融资的步伐，从投资者那里筹集了逾7亿美元，雇佣 500 多名员工并扩大业务。融资后该公司的估值为37亿美元，是北美最有价值的电池回收公司。2021年预计将处理20,000吨废料，并且目前已经回收了足够的材料，来制造45,000个电动汽车电池组。

倡导者说，循环经济可以减少成山的废物，创造一个更加可持续发展的地球。2019年，世界经济论坛（World Economic Forum）估计，“循环电池价值链”将达到巴黎协议中规定的目标，占到所需减排量的30%，并在2030年“为全球创造1000万个安全和可持续的就业岗位”。

对冲基金管理公司（Lombard Odier Investment Managers）可持续解决方案的负责人 Kristina Church 表示，交通运输占二氧化碳排放量的1/6，同时又涉及采矿和能源网络，是创造循环经济的“核心”。

“要让世界到2050年实现净零排放，光靠提高资源利用率、改用电动汽车和清洁能源是不行的。“仍然存在差距”，矿业公司Glencore铜金属和电子回收部门负责人Kunal Sinha表示，“这一差距可以通过推动循环经济、改变我们的消费方式、再利用方式和循环利用方式来弥补。”“回收利用起到了一定的效果”他补充道，“回收利用不仅提供额外的供应来缩小需求缺口，而且还缩小了排放口。”

意想不到的后果

尽管今天是小众市场，但鉴于对电动汽车的广泛政治支持和应对气候变化的政策，城市采矿将成为主流。美国能源部长Jennifer Granholm呼吁“国家承诺”建立国内锂电池供应链。

这是当前美国政府的目标之一，即到2035年实现100%的清洁电力，到2050年实现净零排放。Granholm还表示，到本世纪末，清洁能源技术的全球市场价值将达到23万亿美元，并警告说，随着竞争对手加大投资力度，美国很可能是在“举着刀参加枪战”。

在欧洲，监管机构强调环境和社会问题，例如，如果汽车制造商停止生产内燃机，德国将面临失业的威胁。与此同时，麦肯锡（McKinsey）表示，中国政府正在为电动汽车行业提供补贴，以便在未来10年内每年将电动汽车的销量提高24%。

然而，这种支持可能会产生意想不到的后果。今年半导体短缺表明”及时生产”（Just-inTime）制造技术对于汽车供应链的脆弱性，全球损失估计超过1100亿美元。芯片短缺预示着更大的中断可能由镍、钴和锂的瓶颈造成，因为每个汽车制造商都希望使他们的汽车产品组合电气化。

据彭博新能源财经(BNEF)报道，去年全球电动汽车销量仅占全球总量的4%。预计到2030年这一比例将扩大到34%，并且在10年后达到70%。

伯明翰大学教授Paul Anderson说：“一场围绕这些材料的大规模争夺即将展开。”每个人都在为如何将他们的技术推向市场而恐慌，他们对回收利用的考虑还不够。”

锂离子电池的需求不断飙升

G2 Venture Partners 公司合伙人、清洁科技产业投资人Monica Varman估计，电池金属的需求将在两三年内超过供应，随着市场使用可循环材料来设计制造电池，再生材料可能有助于缓解供应担忧，但分析师认为，在未来十年，再生材料最多只能满足20%的需求，这将会带来一场持续五年的“危机”。

到目前为止，除了 Redwood 之外，只有少数几家初创企业愿意应对重新构造废弃材料的挑战。一个是于创立于 2016 年总部位于多伦多的 Li-Cycle。今年早些时候，该公司与一家估值为17亿美元的特殊目的收购公司合并，筹集了超过6亿美元资金。目前，Li-Cycle已经与14家汽车和电池公司建立了合作伙伴关系，其中包括Ultium——通用汽车和LG化学的合资企业。

Li Cycle联合创始人兼执行主席蒂姆·约翰斯顿（Tim Johnston）表示，该组织的计划是在北美各地建立被称为“辐条（spokes）”的设施，收集废旧电池并将其转化为“黑色物质”——锂、镍、钴和石墨的粉末形式。然后建造更大的中心，在那里可以将超过95%的物质再加工成电池级材料。

如果没有大规模的城市采矿，Johnston担心即将到来的短缺将像1973年阿拉伯石油禁运一样，当时美国汽油价格在四个月内翻了四番，美国国务院称之为“对整个国民经济的稳定构成结构性挑战”。

Johnston说：“实际上，开发一口井并开始抽油不需要那么长时间，可以相对快速地恢复石油供应。”但如果开发锂资产、钴资产或镍资产，至少需要五年。因此，这个即将到来的短缺不仅有可能与石油禁运产生同样的影响，”他补充道，“而且（影响）可能会是长期性的。”

设计的复杂性

除了有助于缓解供应限制和保护环境外，城市采矿也可能变得更便宜。2018年，一项关于从中国废弃电视机中回收黄金和铜的研究发现，这一过程的经济性是原始采矿的13倍。

Straubel 指出，与开采的材料相比，现有电池中有价值材料的浓度要高得多。

“岩石、矿石或卤水，这些关键物质的浓度非常低，”他说，“我们从浓度已经相当高的物质开始，将所有可利用的材料都放在适当的位置。因此，对于采矿业存在的问题，这确实是一个巨大的进步。”

Li-Cycle 的 Johnston 补充说，如今在矿山中发现的顶级锂仅含有2%至2.5%的氧化锂，而在城市采矿中，其浓度是其四到五倍。

然而因设计的失败，从废弃产品中提取有价值材料的过程变得复杂。如今，设计参数是为了快速组装、成本、质量、装配和精加工。”电脑公司戴尔体验设计小组负责人Ed Boyd说，有些产品拆卸需要20或30分钟，非常费力。

NMC-811电池的成本分解

他的团队现在正在研究如何“大幅”减少使用的材料数量，使产品可以在一分钟内拆开。“这实际上并不难做到”他说，“我们之前只是没有将拆卸作为设计参数。”

艰巨的任务

虽然很少有人认为循环经济已经失控，但仍有许多怀疑者质疑，这些过程能否迅速扩大，以满足未来十年对清洁能源技术近乎指数级的需求。英美资源太平洋集团（Anglo Pacific）的首席执行官Julian Treger说：“循环利用听起来很受欢迎。但归根结底，这就像冶炼和精炼，是一种增值加工产品，通常没有巨大的利润。”

爱尔兰电池金属矿商TechMet投资于技术金属的开采、加工和回收，部分归美国政府所有。其创始人Brian Menell称其为“一项艰巨的任务”：“10年内，一个完全优化发展的锂离子回收电池行业可能会满足电动汽车行业25%的电池金属需求，”他说，“所以它会是一个贡献者，但它不是一个解决方案。”

当行业回收更多的电动汽车电池时，可以实现真正的规模化。这些电动汽车电池平均可以使用15年，因此第一波电池在一段时间内不会达到其使用寿命。这种延长的时间线可能足以开发技术，但也会带来风险。G2 Ventures的Varman表示，现在正在开发回收技术，如果化学物质快速发展，那么今天化学物质构成的电池就有可能被淘汰。

咨询公司 Circular Energy Storage 的创始人Hans Eric Melin表示，因为旧汽车经常出口到发展中国家进行再利用，所以获得可以持续使用的废弃汽车电池也可能是一个挑战，。

Melin发现，截至2018年底，日产Leaf电动车约40万辆，其中近五分之一已在乌克兰、俄罗斯、约旦、新西兰和斯里兰卡注册，而在这些国家，电池报废时回收更为困难。

Sila Nano的Berdichevsky说，他的目标是制造能使用30年的电动汽车电池。如果能够实现这一目标，将减轻被压抑的回收需求的负担，成本也将下降，从而使大众更加负担得起电动汽车。

“未来我们会更换汽车，但不会更换电池；我对此非常有信心，”他说，“就长寿和回收利用而言，我们甚至还没有触及电池时代的表面。”

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