开启城市矿藏：构建基于锂离子电池回收的盈利循环经济
概述
创建循环供应链对于绿色转型至关重要，特别是在回收和再利用稀有材料方面。然而，尽管许多循环经济项目在可持续性方面表现出色，但在盈利性方面却面临挑战，这限制了其进一步发展，并阻碍了可持续发展目标的实现。
锂离子电池的重要性
锂离子（Li-ion）电池是推动电动汽车（EVs）和可再生能源存储的关键技术，对脱碳和绿色转型至关重要。根据Arthur D. Little（ADL）的预测，到2023年，全球锂离子电池需求将超过1太瓦时（TWh），到2030年将达到约5 TWh，到2035年将达到7 TWh。然而，电池生产依赖大量金属（如锂、锰、钴和镍），这些金属在开采、加工和制造过程中会产生显著的环境、社会和治理（ESG）风险和碳足迹。欧盟委员会估计，从2025年至2030年，全球对活性电池材料（如锂、石墨和镍）的需求将翻倍（见图1）。预计到2030年代末，这一增长将进一步加速。
回收与再利用的机会
回收报废的锂离子电池并重新利用其组件生产新电池应能同时实现可持续性和盈利性。欧盟委员会预计，到2040年，约有一半的镍和钴需求可以通过回收设施的产出来满足。然而，在许多地区，由于高初始投资成本、低当前产量、不成熟的技术、原材料价格波动以及难以规模化，电池回收业务模式尚未实现盈利。在我们的分析中，超过四分之三（77%）的专家认为目前在欧洲回收报废的锂离子电池是不可行的。
当前的挑战与解决方案
尽管存在这些挑战，但通过建立本地化的循环经济模型，可以实现经济可行的循环模式。基于ADL的研究和行业实践，本文提出了一个成功的锂离子电池回收模板，不仅有助于构建围绕电池的循环经济，还为其他回收项目（如电子废物、塑料和金属）提供了最佳实践。
电池回收过程
锂离子电池的回收大致分为三个阶段：
- 逆向物流（收集/分类）：报废电池被收集并运输到运营中心进行分类。
- 预处理：电池放电、拆解并通过剪切机械减少，产生黑粉，包含所有电池材料。
- 材料回收：黑粉通过化学或热处理或两者的结合进行处理，提取金属。先进的处理路线可实现超过90%的元素回收率，包括锂。
当前的循环经济业务模式
用于回收的电池来自两个来源：电池巨型工厂的生产废料和电动汽车、能源存储、手机和平板电脑的报废电池。电动汽车电池在首次和次级应用中的平均寿命可达10-15年。这意味着大多数回收商主要关注生产废料，尤其是电池制造商与回收商之间的封闭伙伴关系。随着电动汽车数量的增加，到2030-2035年，报废电池将超过生产废料，成为回收的主要来源。这将允许新的业务模式，如汽车OEM或电池制造商保留电池材料的所有权，并通过回收公司执行提取过程。
亚洲的经验
在亚洲，尤其是韩国和中国，较早地启动了电池回收，建立了成熟的循环经济体系。欧盟的《电池指令》设定了55%的回收率目标，而《电池法规》则转向建立闭环电池价值链，包括特定材料的回收目标及其在新电池生产中的再利用目标。美国目前没有整体性的电池回收要求，但能源部的锂离子回收奖和Call2Recycle等计划正在积极推广和改进电池回收实践。
面临的挑战
ADL与德国鲁尔大学合作开展了一项研究项目，深入了解当前和未来电池回收的经济前景。研究结果识别出六个关键挑战和成本驱动因素，需要克服：
- 湿法冶金工艺：建立和运行湿法冶金设施的成本是最大的障碍，占受访专家的66%。这涵盖了大规模建设和运营复杂、专业设施所需的高初始投资成本，以及处理有害化学物质和操作成本。提取高质量的锂、镍、钴和锰需要精确控制和复杂的程序以确保高纯度回收。残留物和副产品可能包括有毒物质和重金属，需要大量的（且昂贵的）处理过程以符合环保规定。
- 电池运输：报废或废锂离子电池的运输和储存受到严格的安全法规限制，其中一些是国家特定的。92%的受访者提到这一点。
通过解决这些挑战，可以构建一个既环保又盈利的循环经济模式，促进锂离子电池的回收和再利用。
