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汽车产研|规范退役动力电池回收再利用应对碳
时间:2021-06-11

  今年3月召开的中央财经委员会第九次会议指出,“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。

  根据国家统计局数据,交通领域的碳排放约占中国碳排放总量的10%,仅次于发电与供热行业的50%、制造业与建筑业部门的28%,位居行业的第三位。中国交通运输业(含仓储与邮政)的能源消费占总能源消费的比重从2000年的不足4%提升到了2018年的9%以上,交通运输业的碳排放占比也呈上升趋势。因此,“交通领域要加快形成绿色低碳运输方式”在中央财经委员会第九次会议上得到了明确的规定。

  大力推广以纯电驱动为主的新能源汽车是降低交通运输领域碳排放的合理可行手段。在这方面,中国走到了世界前列,2015年以来,中国新能源汽车产销量、保有量连续五年居世界首位。根据 公安部数据,截至2020年底,全国新能源汽车保有量尽管已达492万辆,占中国汽车保有量的1.75%。到2030年,中国以纯电驱动为主的新能源汽车将达到8000万辆。中国新能源汽车行业逐渐呈现出“弯道超车”的趋势,成为该行业的世界引领者。

  电动汽车保有量的急速攀升,也预示着退役动力电池的数量即将井喷。通常,当动力电池使用3-5年,剩余容量下降为初始容量的70%-80%时,新能源汽车应更换动力电池。退役动力电池的利用方式主要有梯次利用和再生利用两种。梯次利用是指将退役动力电池包进行检测,整体性能良好的电池可以对整个电池包再用于储能,而整体性能稍弱的电池包将进行拆解,将拆解得到的电池模块通过检测分级,并按照容量分类,然后将一致性好且具有相同容量的电池模块重组,制成梯次利用电池应用于储能及低速电动车等领域。再生利用是对性能较差的退役动力电池进行放电、拆解、粉碎、分选,分类回收各种有价材料,如钴、镍、铜、铝等。目前再生利用的主要技术包括火法冶金、湿法冶金以及生物冶金等。

  从碳排放的视角看,退役电池进行梯次利用能够从三个方面来降低碳排放。首先,梯次利用电池能够延长电池的使用年限,降低全社会电池的生产量,并降低此过程中的碳排放。实践中,从汽车上退役的动力电池仍有高达80%左右的剩余容量,这些电池经过重组后,能够用于低速电动车、储能等领域。实现“一次制造多次使用”,降低电池的需求总量。目前,国内不少企业,如格林美等已经开发出用于两轮、三轮车、高空作业车等的梯次利用电池,相比传统的铅酸电池能够提供更好的性能,并具有较好的经济性。根据自行车协会的数据,中国电动自行车年销量超过3000万辆,其中80%以上仍在使用传统的铅酸电池。因此,如能完全采用梯次利用电池,则每年可以少生产相应数量的新电池和减少相应的碳排放。

  其次,梯次利用电池能够用于缓解太阳能和风能系统等间歇性可再生能源系统的不稳定性,提升其利用率。作为清洁能源的太阳能和风能,在碳达峰和碳中和战略中具有重要地位,然而由于这些能源供给固有的间歇性,增加了整个电网运行的复杂性,因此常常被冠以“垃圾电”的名称。以梯次利用电池构成的储能系统与这些发电系统相结合能够稳定其输出,缓解其不足,提升这些能源的渗透率。一项针对加州的研究表明,当梯次利用的动力电池取代燃气发电机组,用于缓解太阳能和风能系统等间歇性可再生能源系统的不稳定影响时,其碳排放的节约量可以占整个地区碳排量的1.5%。

  第三,梯次利用电池可以用于电网系统的削峰填谷,构建智慧电网,提升电力系统的效率,降低碳排放。意大利的一项研究表明,将从插电混动汽车上退役的磷酸铁锂电池用于智慧电网时,能够降低25%的环境影响,包括碳排放、富营养化和酸化。

  再生利用能够回收动力电池中的各种金属材料,降低这些材料在冶炼和运输中的碳排放。以三元电池中普遍使用的钴材料为例,中国的钴资源紧缺,需求量的95%依靠进口,而这些钴材料70%以上用于制造动力电池。这些材料的开采、冶炼和运输均会产生大量的碳排放。再生利用动力电池,能够避免重金属材料和电解液材料的环境污染,还能将电池中的钴、镍、锂等高价值金属回收利用,在获得经济效益的同时,缓解这些材料由于对外依存度高而产生的被“卡脖子”的风险。

  考虑到电池在碳达峰和碳中和领域中的重要地位,欧盟在2020年12月10日发布了新电池法的提议草案,对动力电池的回收再利用进行了明确要求,包括对制造电池所用的再生材料成份、对电池碳足迹的披露、对电池供应链的尽职调查、对电池溯源信息等。显然,这些要求与电池的碳排放和环境影响息息相关。因此,动力电池的回收再利用是中国电池产业保持优势,参与全球竞争的必要举措。中国政府也多次出台相关政策,鼓励动力电池的回收再利用。2020年国务院在《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中明确提出了“建设动力电池高效循环利用体系,支持动力电池梯次产品在储能、备能、充换电等领域创新应用,推动报废动力电池有价元素高效提取”。

  退役动力电池的巨大市场和潜在的经济及社会效益,吸引了诸多企业介入。然而,作为新事物,动力电池在回收利用方面不可避免地存在较多问题,主要存在如下几个方面。

  首先,正规渠道回收的退役电池占比较低,大量电池流入非正规企业。2018年中国退役动力电池回收了1.35万吨,仅占当年所有退役电池的22.9%。而2020年中国报废的14748辆新能源汽车中,仅有46.3%的汽车带有电池,其余车辆的电池不知所踪。非正规企业在环保投入、梯次利用产品的保障等方面投入低,能够开出更高的价格回收废旧电池。退役动力电池流入非正规渠道,失去监控,带来了巨大的环境和安全风险。同时也导致正规企业“吃不饱”,产能利用率不足,无法发挥规模经济。

  其次,退役动力电池梯次利用比率较低。2018年回收的退役动力电池中,仅7.2%得到了梯次利用。背后的原因是新电池的价格下降较快、梯次利用技术尚不成熟、梯次电池质量风险高、市场规模较小,因此梯次利用电池的经济效益不明显。而在没有补贴的情况下,电池梯次利用的环保收益未能体现在市场价格中,不利于提升梯次电池的市场竞争力。较低的梯次利用率不利于降低动力电池的碳足迹。

  第三,动力电池梯次利用及回收再利用在政策法规、行业标准、执法力度方面均有待完善。锂离子电池被国家认定为第九类危险品,其生产、存储和运输过程存在较为严格的规定。而退役的动力电池,其危险性更高,在存放、包装、运输及再处理等环节应该设置详细具体的规范,在市场准入、企业监管、产品标准等方面也应设置较高的要求,而目前这些工作尚在进行中。实践中,不少企业在处理废旧电池时,按照一般货物进行处理,不愿在包装、运输与存储环境增加额外的安全投入,具有极大的安全隐患。此外,梯次利用电池产品也缺乏明确的标准和强制性的认证规定,其安全性和可靠性不确定,不利于梯次利用产品市场的推广。对非正规企业的监管,以及违法行为的查处与惩罚方面存在较大疏漏,不利于市场的健康运行。

  最后,动力电池回收再利用行业的技术水平和管理能力仍亟待提升。保障安全性是电池梯次利用和再生利用的最重要要求,也对企业的技术和管理能力提出了较高要求。目前,由于行业仍处于起步阶段,参与企业在各项技术上仍处于不断研发和改进阶段,技术能力和管理水平进步缓慢,未形成标杆性的企业、技术标准和管理模式。在退役电池状态快速准确检测、智能化加工处理、梯次电池状态监控与预警、退役电池供应链优化、信息化溯源等方面仍存在较大的改进空间。

  为解决动力电池回收再利用产业面临的问题,促进产业健康发展,需要从如下几个方面进行努力。

  首先,要充分认识动力电池回收再利用的战略意义,加大政策与资源投入。动力电池的回收再利用,关系到电动汽车产业能否实现“弯道超车”,关系到电池行业的可持续发展,也关系到交通运输行业的碳减排,是碳达峰和碳中和战略的重要一环。因此,应加大政策与资源投入,优化行业运行的法制和政策环境、提高基础研发投入、提升全社会的环保意识。

  其次,要消除因外部性而引起的市场失灵。目前,动力电池的梯次利用及再生利用具有减少碳排放及环境污染的作用,而这部分收益并未体现在企业的收入中,存在较为明显的外部性。为纠正外部性带来的激励不足,可以选择对电池回收再利用进行补贴,或者将电池回收再利用纳入新能源汽车积分核算体系,或者与碳排放交易制度相结合等手段,提升正规企业在电池回收处理业务中的收益,促进行业健康发展。

  再次,从供应链的全过程对动力电池进行监管。从退役动力电池的供给源头上严控电池流向,确保退役电池去向明确、可控。从目前的实践看,对退役电池的个人所有者监管难度较大,在经济利益驱动下,其更有可能将电池出售给出价较高的非正规企业。因此通过奖励、惩罚、宣传等多种手段,提升动力电池资产所有人和企业的环保意识,并将退役电池提交给正规回收渠道。从需求端,对动力电池再生利用产品,如梯次电池、再生材料的采购方进行监管,约束企业的采购行为,缩小非正规企业产品的销售渠道。此外,鼓励新电池生产企业,在其产品设计时,考虑产品的可回收、可再利用性,降低电池整个生命周期的加工处理成本,实现整个闭环供应链的优化。

  最后,充分利用信息技术手段,以物联网、大数据和区块链技术支持动力电池全生命周期的管理。大量的数据将支持退役动力电池性能评估、产品状态预警、物流网络优化、运输路线优化等方面的操作,是企业优化运营、降低成本、提升效率的重要支撑。此外,准确清晰的数据是行业监管与赏罚的依据,是规范企业行为的重要基础。

  (作者张钦红系上海交通大学中美物流研究院副研究员、博士生导师,上海交通大学行业研究院回收再利用团队负责人)

  (本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)返回搜狐,查看更多“2018年度中国玛钢管件十大品牌总评榜”荣




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