[读懂科学]“每吨价值8万美元的金属也在其中…68万亿韩元再生资源市场将开启”
废旧电池回收进展到哪一步了
到2030年国内每年将有10万块报废电动车电池
环保、资源、成本三大目标同步实现
“可以同时抓住‘环境、成本、资源’这三只兔子。”说的就是废旧电池回收利用技术。迎来第四次工业革命时代，电池已成为能源储存与供给装置的主流。要想让被誉为“电池技术世界第一”的韩国充分享受这一机遇，就必须在废旧电池回收技术领域同样占据优势。研发并销售新电池固然重要，但随着时间推移，废旧电池将大量涌现，如果有回收技术作支撑，就能形成良性循环，从而获得更强大的竞争力。
气候变化背景下的减碳努力，以及围绕技术霸权竞争而展开的供应链重组，是推动废旧电池回收的代表性因素。电池制造过程中产生的二氧化碳排放中，电芯阶段占20%，正负极材料等主要原料与材料阶段占80%。使用中国产的钴、镍等原料时，二氧化碳排放量更大。尤其在欧洲，正以此为理由，将原料供应与再循环挂钩，试图重构电池价值链。欧洲正极材料企业Umicore和巴斯夫（BASF）就是代表性案例。为替代以韩国和中国为中心的正极材料供应地，它们正通过运营干法回收试验线等方式展开研发。
更重要的是，电池中使用的稀有金属价格不断上涨、资源趋于枯竭，从稳定获取原材料的角度看，回收的必要性愈发凸显。锂、钴、镍、锰等稀有金属的储量和产量高度集中在少数国家。尤其对韩国而言，通过拆解、破碎、焚烧等工序从废旧电池中回收并再次利用这些金属，已成为当务之急。以锂为例，韩国境内没有储量，每年超过1万吨的锂100%依赖进口。全球范围内也有预测认为，未来供应将难以满足需求。碳酸锂的国际价格从2021年2月每吨9000美元，飙升至去年2月的5.5万美元，上涨了511%。氢氧化锂在同一时期也暴涨了380%。随着用于电池的全球镍需求从2018年的4万吨，以年均50%的增速增长到今年的28.7万吨，稳定获取镍已成为必需。近期最大出口国印度尼西亚禁止原矿出口，使这一问题更加迫切。钴的国际价格在2022年也飙升至每吨8万美元。最大生产国刚果（金）的政局不稳等因素加剧了供应不确定性，价格预计将持续上涨。与此同时，美国通过《通胀削减法案》（IRA），事实上决定限制使用中国产电池材料，这也产生了巨大影响。除此之外，通过回收还可以缓解电池材料开采与冶炼过程中的环境破坏和侵犯人权等争议。
废旧电池市场的主要来源是电动汽车电池、储能装置（ESS）以及IT设备等，其中电动汽车占比最大。自2010年代后期开始快速增长的电动汽车电池，一般寿命为5至10年。电动汽车保有量增加得越快，废旧电池的供应量也就增长得越快。预计韩国电动汽车废旧电池的产生量将从2020年的275块，激增至2030年的10万7520块。全球情况也类似。2020年全球电池出货量为221吉瓦时（GWh），预计将以年均32%的增速增长，到2030年达到3670吉瓦时。其中，电动汽车用电池的占比将从2020年的65%上升到2030年的89%。这意味着电动汽车需求正主导电池市场的增长。SNE Research在2020年预测，全球废旧电池回收市场将以年均33%的速度增长，到2040年代其规模将达到约68万亿韩元。
顺应这一趋势，主要国家和企业也纷纷积极投入废旧电池回收的研发和产业化。美国计划将电池回收率从目前的5%提升至90%，并为此实施各类激励政策。欧洲也计划到2030年为止，强制要求使用一定比例的再生材料。中国则正在推进实现镍、钴、锰回收率98%、锂回收率85%的目标。
在全球范围内，实现通过废旧电池回收来商业化提取稀有金属的企业，代表性的有韩国的Sungil Hi-Tech、德国的Umicore、中国的Brump和GEM等4家企业。它们采用湿法或干湿法结合工艺。湿法是在完成放电等预处理工序后，将材料沉入水中分离铁和铝，再用硫酸溶液溶解以提取金属。相反，干湿法结合工艺则是将废旧电池在高温下熔融，分离为金属熔体和炉渣，再从金属熔体中提取金属。包括韩国在内，全球范围内的技术开发竞争都十分激烈。在韩国，除Sungil Hi-Tech外，电池“三巨头”三星SDI、SK Innovation、LG能源解决方案以及EcoPro、斗山重工业等众多企业也纷纷投入工艺与技术开发。全球范围内，特斯拉、宁德时代（CATL）等跨国企业和专业电池制造商也在激烈竞争。韩国的技术水平被评估为相当于美国的约81.1%（以2020年为准），大约落后3.7年。
要在这样的废旧电池回收市场中掌握主导权，就必须进一步打磨面向大容量电动汽车废旧电池的回收技术。韩国地质资源研究院责任研究员Son Jeongsu表示：“要确保回收的经济性，原料种类、回收状态、供应量、政府补贴是否到位、回收技术水平等都是变量。由于目前仍有许多变量处于变动状态，现在还很难真正讨论电动汽车废旧电池回收的经济性。”重约500公斤的电动汽车废旧电池，在放电、拆解、粉碎过程中成本高昂，还存在爆炸风险。此外，将占整个电池包重量40%的外壳、冷却装置、电缆等装置资源化，也是重要课题。
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Son研究员指出：“以锂为例，回收率必须达到95%以上，但由于工艺复杂，很难达到这一指标。此前的研究仅集中在电芯和模组层面，对整个电池包进行回收的研究才刚刚起步。”他还表示：“在环保汽车已成主流的背景下，未来电动汽车废旧电池的数量将会非常巨大，中国产材料的供应也可能变得不稳定，因此废旧电池回收已经成为一项必不可少的任务。”
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