电池矿物环

电池矿物环 从提取到圆形的路径 2024年7月 Authors 达恩·沃尔特，威尔·阿特金森，苏德什娜·莫汉蒂，金斯米尔·邦德，奇亚拉·古利，阿莫里·洛文斯 联系人 Daan沃尔特Will阿特金森 Acknowledgements 我们要感谢以下个人的投入和专业知识：E.J.KlockMcCook，RushadNanavatty，LauraLoSciuto，MonkgogiBuzwani，NatalieJanzow，SamButler-Sloss，LaurensSpeelman，JamesNewcomb，LachlanWright，MikeHemsley，MarissaGantman和Laurie 关于RMI RMI是一家独立的非营利组织，成立于1982年，当时是落基ft研究所，通过市场驱动的解决方案转变全球能源系统，以适应1.5°C的未来，并为所有人确保清洁，繁荣，零碳的未来。我们在世界上最关键的地区开展工作，并与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作，确定和扩大能源系统干预措施，到2030年将气候污染减少至少50%。RMI在科罗拉多州的玄武岩和博尔德设有办事处；纽约市；加利福尼亚州奥克兰；华盛顿特区C.尼日利亚阿布贾和北京。 目录 执行摘要4 1.电池矿物挑战的六种解决方案6 电池矿物挑战6 六个解决方案8 解决方案已经在进行中9 专家观点一直低估了变化的步伐10 2.延续当前趋势：十年内达到电池矿物峰值11 持续变化的驱动因素11 2030年代中期的矿产需求高峰16 3.加速趋势：到2050年净零电池矿物需求将达到18 加速变化的驱动力18 矿物需求的较低峰值22 到2050年接近净零电池矿物需求22 4.迎接电池矿物挑战的意义24 使采矿成为一次性工作24 从石油依赖到循环独立27 向前28名的循环竞赛 上游解决方案提升下游成功30 更高的效率带来更大的好处30 实现循环自给自足的行动31 有很多的空间去更快32 管理即将到来的波动性33 附录34 尾注43 附录A：电池矿物需求建模34 附录B：建模持续趋势35 附录C：加速趋势的假设38 附录D：基准展望39 附录E：满足高峰采矿需求的进一步背景40 附录F：关于六种解决方案的进一步说明42 执行摘要 电池矿物不是新的石油。即使电池需求激增，效率、创新和循环的合力将在十年内推动对开采矿物的需求达到峰值。他们甚至可以让我们在2050年之前完全避免矿物开采。这些进步使我们能够从线性提取模型过渡到循环循环，为我们的气候、安全、健康和财富带来更多好处。 有六种解决方案可以减轻矿物开采的需求。这些措施包括部署新的电池化学物质，使电池更高的能量密度，回收其矿物质含量，延长其使用寿命，提高车辆效率和提高移动效率。 变化已经在进行中。如果没有过去十年的化学组合，能源密度和回收利用的改进，锂，镍和钴的需求将比今天高出60％-140％。 矿物需求高峰只有十年了。继续目前的趋势意味着我们将在2030年代中期看到原始电池矿物需求的峰值。随着化学组合，能源密度和回收利用的不断改善，锂，镍和钴的净需求-总需求减去回收供应-将达到峰值。 2050年前的净零矿产需求已经触手可及。加速这一趋势-使用上述所有六种解决方案-意味着我们可以在2050年之前达到（接近）零的矿物开采需求，届时几乎所有电池需求都可以通过回收来满足。 因此，矿产开采将是一次性的努力。因此,电池和运输系统的整体效率每十年提高6-10%就足以抵消回收损失。 循环性将启动“永动机”。这样的闭环供应链意味着我们可以在几个世纪内继续从电池矿物中获取价值 。在接下来的20年中，我们将收集矿物不仅为2050年的能源系统提供动力，而且还将持续到2100年 及以后。 我们不需要移ft。加速的进展意味着我们只需要累计开采1.25亿吨电池矿物。仅此数量就可以使我们实现循环电池自给自足。这比我们每年为公路运输提取和处理的石油量少17倍。而且，以今天的商品价格计算，也便宜约20倍。 我们有足够的矿物质。我们已知的锂，钴和镍储量是我们可能需要的原始需求总量的两倍。宣布的采矿项目已经足以提取我们需要的几乎所有矿物。 各国可以从依赖石油转向循环独立。如果停止石油进口，大多数经济体将陷入停顿。由可再生能源驱动的电动汽车不会面临这种短期风险，尤其是在与电池回收和（再）制造配合使用时。 中国在电池循环性竞赛中名列前茅。中国最大的电池制造商CATL预计，到2042年，电池回收将导致中国的矿产独立。西方正在努力追赶，而全球南方可以从二手车进口的电池中受益。 系统性解决方案将扩大收益。我们通过高效的电池、车辆和机动性来处理需求越全面，对气候、人权 、安全、健康和财富的好处就越广泛。 为了加快行动，我们需要所有利益攸关方的帮助。从政府到企业创新者，所有人都可以在抓住循环机会方面发挥作用。 图表1：六个图表中的电池矿物回路 注：本报告中的所有吨均为公吨。 资料来源：RMI分析；BloombergNEF（2024），IEA全球电动汽车展望和关键矿物展望（2024），USGS国家矿物信息中心 1.电池矿物挑战的六种解决方案 能源转型是一种材料转型，随着转型的加速，一些材料将走向衰退，而另一些材料则需要迅速扩大规模以满足新的需求。 正如IEA最新的矿物报告所述，1目前结垢压力最大的材料是锂、钴、镍、石墨、稀土元素和铜。 电池是这种增长的关键驱动力。电池由从特定矿物质中纯化的不同材料组合组成，i随着电池销售的增长，矿物需求也将增长。 根据IEA的数据，电池将推动锂需求增长的97％，镍需求的78％和钴需求的80％，同时也增加了对铜 ，石墨和稀土元素的需求。 在本报告中，我们重点关注电池行业的矿物需求，重点介绍了三种矿物-锂，镍和钴-其中电池是增长的最大贡献者。石墨，铜和其他关键矿物也将适用。以下各节讨论了管理矿物需求增长的六种解决方案，然后列出了两种可能的未来。 400%增长（2023-2040） 300% 200% 100% 0% 电池对增长的贡献 驱动程序 其他增长 图表2：IEA展望2023年至2040年矿产需求增长 锂钴镍石墨稀土矿物铜 来源：IEA全球关键矿产展望（2024年） 电池矿物挑战 电池需求呈指数增长-在过去的三十年中，每年以33％的惊人速度增长。正如我们的报告X-Change：电池 ，2增长看起来将以快速或更快的速度继续。2023年电池总销量超过1TWh，到2030年将增长到5.5-8TWh， 到2050年将增长到12TWh。3这包括固定电网存储约1TWh，消费电子产品的一小部分，其余用于移动性。 i本报告使用“矿物”作为开采材料（通常是所需元素的化学化合物）的简写，以及开采后从中提取的有价值的产品。 图表3：年度电池需求，快速和更快的场景 随着电池销量的快速增长，对制造电池的矿物质（目前是锂、钴、镍等）的需求将会增长。 这些矿物中的许多来自以前的利基采矿业。例如，在20世纪90年代和2000年代锂离子电池兴起之前，锂是一个利基元素，在陶瓷、玻璃和一些铝生产中具有边际需求。随着锂离子电池需求的增长，锂供应部门不得不进行全面改革，以满足快速增长的速度，在过去30年中，锂供应部门以每年超过11％的速度增长。4 这并非没有对供应链的压力。例如，直到2023年后期，锂，镍和钴价格才从市场极端紧张导致的18个月飙升中回落。5 这种情况引发了人们对增加矿物开采以满足需求的可持续性以及这些基本矿物的长期可用性的广泛关注。这种规模挑战越来越被认为是电池行业增长的主要障碍，因此也是电动汽车兴起的主要障碍。 此外，采矿的增加可能会对脆弱社区带来更大的影响-包括使用强迫劳动，危险的工作条件，水资源枯竭 ，土壤污染，生物多样性丧失以及对当地经济的破坏。6例如，采矿业是推动与土著人民发生全球环境冲突的首要部门。7即使可以增加矿产开采，也有许多理由寻求其他解决方案。 值得庆幸的是，扩大矿物开采远非解决电池矿物挑战的唯一解决方案。 六种解决方案 正如AmoryLovins在2021年所概述的那样，有六个关键解决方案可以管理矿产需求的快速增长8-此处显示的是到目前为止对需求的影响的大致递减顺序： A.改变化学物质：部署不同的电池化学物质，需要较少的关键矿物质。 B.更高能量密度的电池：通过更好的电池工程每公斤储存更多的能量。 C.回收：在电池寿命结束时回收电池，将其矿物质重新用于新电池生产。 D.重复使用和延长寿命：使用和重复使用电池的时间更长，以避免频繁更换，并从较少的电池及其矿物质库存中提供更大的服务流量。 E.高效车辆：使汽车更高效-重量更轻，更时尚，轮胎和配件更好-并且尺寸合适，以便在相同的车辆范围内使用更小的电池。 F.高效的移动性：减少对机动交通的需求，并通过更好的城市规划，更智能的交通基础设施投资和物流效率，引导向公共交通，电动微动，骑自行车和步行的方式转变。 图表4：电池矿物挑战的六种解决方案 解决方案已经在进行中 这六种解决方案中的三种已经大大减少了电池的矿物需求。如果我们像2015年一样继续制造电池（并且不重复使用或回收任何一种电池），到2023年，镍和钴的需求将是原来的两倍多，锂的需求将增加约58％。 化学变化是抑制镍和钴需求的主要驱动力，这是由不需要镍和钴的磷酸铁锂（LFP）电池的增长推动的。 自2015年以来，每种化学物质的平均密度也提高了约25%。9降低了每个电池的矿物需求。其中一些需求现在正在通过回收来满足，2019年全球超过一半的锂离子电池已经实现了回收。10 受稀缺性问题的驱动，我们已经走了很长一段路，通过这些解决方案来减轻采矿需求。正如洛文斯所说明的那样，11实际或感知的资源稀缺性可以激发解决方案，可能有助于完全取代资源。 图表5：化学变化、能源密度和回收对2023年矿物净需求的影响 锂镍钴 每年160千吨每年800千吨每年300千吨 140 120 100 80 700 +58% 无解决方案Actual +127% 无解决方案Actual 600 500 400 250 +138% 无解决方案Actual 200 150 60300 40200 20100 100 50 000 解决方案 解决方案 解决方案 2023年净需求 自2015年以来的化学变化 2015年以来密度提高 回收第二寿命使用 资料来源：RMI分析。回收包括生产废料的回收，这通常已经是经济的。 专家观点低估了变化的步伐 专家们一直低估了电池行业设法从电池中创新矿物的步伐。即使电池需求预测向上修正，前景仍在向下修正电池矿物需求。 例如，BloombergNEF（BNEF）对2030年电池需求的展望 1.8在短短四年内（从2019年到2023年）。12但是，随着电池改变化学物质并提高密度，相关的锂需求仅增长了1.3倍，预计钴需求下降了一半。因此，在这四年期间，预计2030年每个电池的矿物需求下降了超过3.6倍的钴和1.4倍的锂。 图表6：电池需求预测与矿物需求预测 电池矿物需求预测2030年电池隐含减 少 电池需求预测钴锂矿物强度* 每年4.0TWh3.5 3.0 2.5 2.0 预测 2023 x1.8 每年300千吨 250 200 预测 2019 x0.5 每年500千吨450 400 350 300 250 预测 2023 x1.3 2019 钴 3.6x 2023年与2019 年展望相比减少 1.5 1.0 0.5 Actuals 2019 150 100 Actuals 2023 200 150 100 50 Actuals 锂 1.4x 2023年与2019 年展望相比减少 0.0 2018202020222024202620282030 50 0 0 20182020202220242026202820302018202020222024202