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电池回收能否减轻拉丁美洲的锂矿开采压力?

电池回收初创企业不断涌现,但仍需应对技术、经济和环境的三重考验
<p>唐山市的一家锂电池厂内,工人正在检查新生产的电池。中国目前是全球少数几个拥有锂电池完全回收能力的国家之一。拉丁美洲目前正在努力建设自己的回收体系。图片来源:Imago / Alamy</p>

唐山市的一家锂电池厂内,工人正在检查新生产的电池。中国目前是全球少数几个拥有锂电池完全回收能力的国家之一。拉丁美洲目前正在努力建设自己的回收体系。图片来源:Imago / Alamy

根据国际能源署(International Energy Agency, 简称IEA)预测,若要将全球变暖幅度控制在2摄氏度之内,到2040年锂需求将增长40倍以上。这背后的主要推动力来自锂电池需求(尤其是电动汽车需求)的激增。

拉丁美洲拥有全球60%的已知锂储量,虽然这是一个巨大的发展机会,但也伴随着严重的环境风险。目前,拉美国家大多仍以出口原材料为主,几乎没有为锂增值。这种模式不仅可能延续与发达国家之间的长期不平等关系,还有可能破坏环境和引发社会冲突

电池回收正在成为一种替代方案,以降低锂矿开采带来的影响。IEA预计,如果能够成功提高回收率,那么到2050年,全球新增锂矿开采需求可降低四分之一。

然而,目前全球通过电池回收获得的金属占比还不到总产量5%。专家告诉对话地球,如果能够缩小回收量与新开采金属产量之间的差距,将是一大进步。不过,也有人认为,对于拥有丰富矿产的拉美国家来说,当前更应关注采矿的可持续性。

回收的路径

Fortech是一家哥斯达黎加的电池回收企业。项目经理弗朗西斯科·佩雷拉(Fransisco Pereira)介绍说,电动汽车的锂电池达到了使用寿命后,剩余容量往往仍能够应付对性能要求较低的应用场景。该公司在2023年开始尝试处理这类电池。

这些剩余电池可以组装成新系统,用于家用太阳能储能、电动车充电站或工业设备。而彻底报废的电池则会被拆解,取出塑料等非金属部分,再粉碎成“黑粉” (black mass),即一种含锂、钴、镍、石墨和锰等关键金属的粉末。随后通过高温或化学工艺提取和提纯这些金属。提取出来的金属可以作为原材料重新进入电池生产闭环,或完全另做他用。

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哥斯达黎加回收企业Fortech,一名工人捧着已粉碎的废电池残余物。这种被称为“黑粉”的物质中含有锂、钴、镍、石墨、锰等关键矿产。图片来源:Fortech

IEA报告指出,通过回收获得关键金属的碳排放比开采原生矿低80%,同时还能够减少废弃物和水资源消耗。然而,电池构造复杂,且残留电荷高的电池存在过热风险,这些因素使得回收处理颇具技术难度。

根据一项2020年的研究,只有中国、日本、韩国、比利时、芬兰、法国、德国、美国等少数几个国家具备全流程锂电池回收能力。

由于电池属于有毒废物,回收率低是一个普遍问题。此外,运输成本高、潜在安全隐患以及各国技术标准和监管规则不统一等问题,也使得回收体系难以建立。

锂的提取和再利用是一个劳动密集度高、成本高昂的行业,很多电池仍然只能手工拆解,这也意味着该行业很有可能被外包至劳动力廉价、劳动权益保障不足的国家。

IEA警告称,如果管理不当,电池回收本身也可能造成废弃废物污染,水源污染并释放有害污染物。

拉丁美洲的两难困境

拉丁美洲能源组织(Latin American Energy Organisation)2024年报告显示,拉丁美洲关键矿产资源市场价值大约1800亿美元,占全球市场的25%。该地区拥有全球至少52%的锂矿储量、38%的铜和钼储量。不过,该地区关键矿产的回收率据称不足5%。远低于日本的30%和欧美地区的40%-50%。

拉丁美洲拥有全球最大的锂储量,但几乎没有增值加工的能力。上述报告显示,该地区锂的回收利用率为0%。目前中国占据约全球80%的电池回收产能,其他国家的电池回收能力严重不足。这使得局势变得更加复杂。

阿根廷理论与应用物理化学研究院(Research Institute of Theoretical and Applied
Physical Chemistry)主任费力克斯·雷克霍(Félix Requejo)认为,资源国家有两个选择:“一种是出口原材料、进口电池并在本土回收,这可以迅速带来外汇收入,但也意味着较高的经济和能源成本;另一种则是规划建立一个完整的闭环产业链,从矿产开采、材料研发、电池制造到最终的回收处理。”

阿根廷的UniLib项目曾被寄予厚望,有望将成为拉丁美洲首个锂电池生产厂。该项目于2021年启动,由拉普拉塔国立大学(National University of La Plata),国有石油、天然气和能源巨头YPF,以及政府负责推动科学研究的主要机构Conicet联合推动。然而在哈维尔·米莱总统(President Javier Milei)上任后,“YPF对这一项目失去了兴趣”,而由于严重的经费短缺,“各所大学也不再提供支持”,雷克霍痛心地说。

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阿根廷UniLib项目中的锂电池循环测试设备,能对电池组反复充放电,并记录电压、电流等数据。UniLib如果全面投产,将有望成为拉丁美洲首个锂电池生产厂。图片来源:拉普拉塔国立大学, CC BY

不过,雷克霍也对阿根廷是否应优先发展电池回收提出疑问。他表示,锂电池回收是一项“高度复杂的工艺”,而该地区锂资源本就丰富,“或许更值得投入的是更高效、更环保的开采技术”。

先行者

在哥伦比亚 ,Altero公司已经开发出了一项新技术,可回收钴、锂、镍和铜等电池原材料。自2018年成立以来,该公司已经从手机、电脑、平板电脑、玩具和电子工具中回收超过250吨旧电池。公司联合创始人米盖尔·阿尔萨特(Miguel Alzate)表示,其商业模式依赖于三大支柱:稳定的废料来源、安全廉价的回收工艺和回收材料的商业化应用。

阿尔萨特说,Altero是拉丁美洲唯一一家开发出不需要用水或者化学药剂的“干法技术”(dry technology)的公司,因此不会造成水源污染或者产生大气排放。

“我们的目标是扩大在这一地区的运营能力,建立战略联盟,强化关键材料的供应链。”他补充道,当前电池回收的基础设施不足,新技术研发也面临挑战。

这就像一场海啸。当前制造车载电池的需求就相当于是‘地震’,但[回收的]浪潮将在十年后到来。
埃尔南·卡塞雷斯,智利锂电池研发创新中心主任

在智利,北方天主教大学(Catholic University of the North)与矿业企业SQM联合成立的锂电池研发创新中心(Centre for Research, Development and Innovation in Lithium Batteries)正在研究新材料、电池组和可持续回收工艺。中心主任埃尔南·卡塞雷斯(Hernán Cáceres)表示:“开展回收需要有大量待处理的废弃物。但在电动交通领域,目前电动汽车的普及率非常低,而且电池的使用寿命超出预期。”

这意味着,在某些方面,回收产业依然还有时间。他说:“这就像一场海啸。当前制造车载电池的需求就相当于是‘地震’,但(回收的)浪潮将在十年后到来。”到那个时候,电动汽车已经普及,而首批投入使用的电池也将退役。

智利的初创企业Relitia专注锂电池回收,并计划为一项高纯度材料处理技术申请专利,但公司首席执行官妮科尔·布里奥尼斯(Nicole Briones)表示:“缺少投资限制了我们处理电池的能力,被迫缩小了运营范围。很多地区性的初创企业都陷入了同样的困局:没有投资就建不成厂房,没有厂房就无法投产,没有生产就拿不到许可,没有许可就无法销售,没有销售就更别谈吸引投资了。”

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在智利初创企业Relitia,工作人员正在测试一枚用回收材料组装而成的纽扣电池。该公司表示,缺少投资限制了其处理电池的能力。图片来源:Relitia

哥斯达黎加的Fortech是少数成功案例之一。2023年,在德国国际合作机构(GIZ)的支持下,公司实现了锂、钴、镍、铜、铝等金属的电池回收工艺的工业化生产。其中,铜和铝将重新用于电子产品制造,“黑粉”则出口到美国和欧洲。

据项目经理弗朗西丝科·佩雷拉透露,2024年,他们共处理了200吨电池,但其实际处理能力可达1500吨,相当于3000块车载电池。

转型成本与收益

就在拉丁美洲的回收项目缓慢推进之时,2024年联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯(António Guterres)指出,“有迹象表明能源转型或将复制并放大过去的不平等,而被置于价值链底层的发展中国家只能眼睁睁看着其他国家通过剥削其人民、破坏其环境而获利。”

为了避免这种情况发生,联合国组织的专家委员会提议,在推进这一转型的过程中,必须将人权、公平和公正置于整个矿产价值链的核心。委员会建议设计一个全球框架,按照最佳实践采购和回收材料,并建设新的回收厂。

欧洲研究机构SINTEFF则提出了夯实关键矿产循环经济的三项措施:降低电池拆解难度,采用便于材料分离的设计;投资于成本和能耗均低于采矿的的高纯度材料回收技术;加强矿产开采、使用和回收全产业链协作。

如果上述目标能够实现,报告作者表示,那么“人类将有望在满足能源与交通需求的同时,不再继续承受当前所习以为常的环境代价”。

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