电池回收,日本有何经验

2020-12-31 10:30文/
中国汽车界 2020年12期
关键词:电解液锂电池储能

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动力电池回收,是一个“等风来”的边缘行业。一方面,它横跨新能源汽车、化工、冶炼(工业基础),从工业应用回到基础工业,处于“边界地带”;另一方面,它暂时不招人待见,因为做了赔钱。

正因为如此,业内都在等待“风起的时候”——废旧电池的规模足够大、回收技术成熟到不造成额外的环境负担、收益覆盖回收过程的成本。

再利用非最终归宿

纯电动产品进入市场已经超过10年,但在2015年之前,全球累计销量只有35万辆。电池方案各异(早期的铅酸,随后的镍氢、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂),更为关键的是,当时并未建立数据追踪系统。后者用于监控动力电池在全寿命周期所处的阶段。这导致了回收和再利用的成本高昂。

由于规模和技术原因,目前在电池回收生态上盈利很难。亏空谁来承担?要么由政府提供补贴,要么由厂商或者供应商在整车售价中加入“废旧电池处理费”。如果由消费者埋单,将对新能源消费构成打击。

所谓“二次利用”的方向,大致是作为固定储能单元,用于家庭、公共基础设施风光(风能+太阳能)临时储能。

不过,二次利用只是推迟了拆解,而不能避免。动力电池容量跌至80%,将进入“第二生命期”,当剩余40%容量时,拆解回收将不可避免。基于同样的理由,虽然世界各国都在寻求建立以锂电池为核心的回收再利用系统,但尚无一个国家建立可溯源、环境友好、减量化、能盈利的电池回收体系。

丰田体系

但是,这并不表明无先例可循。从上世纪90年代开始,丰田开发的混动产品开始在全球销售。在2007年,丰田的HEV全球累计销量100万辆,2017年突破1000万辆,截至今年7月底全球累计销量1600万辆,其中中国销量100万辆。虽然中国销量增速很快,但从早期累积量上来说,并非主要回收市场。丰田HEV电池的主要回收市场,仍是美国、日本和欧洲。目前丰田混合动力汽车的年销量大约在150万辆左右,其中美国的销售区间为25万-30万辆、欧洲为30万-40万辆,日本本土稳定在65万辆左右。

不过,HEV电池为镍氢电池,而且体积和容量都比较小(1KWh)。丰田在1998年开始启动镍氢电池回收计划,在2009年建立回收指导,承诺100%回收。到2013年,开始尝试梯次利用。

丰田等着经销商门店积累了足够数量的电池后,通过以旧换新取回旧电池。与锂电池相比,旧镍氢电池堆积安全问题不大。这对于如今动辄数百上千单体的锂电池来说,不具备借鉴意义。

丰田对到手旧电池进行测试和评估,分为进入“维修体系”、梯次利用和拆解报废。

“维修体系”的说法有点令人费解。某些电池虽然整体性能不满足使用要求,但只是个别单体指标欠佳,更换后重新组装为新PACK。

梯次利用其实到目前为止没有太多大型项目。为数不多值得夸耀的,是丰田提供了黄石公园的设施储能系统。

而拆解报废则遇到比较大的环境难题。2012年,丰田与日本重化学工业公司合作,宣称可以回收80%的金属(主要是镍)。

在欧洲,丰田与法国SNAM公司、比利时优美科集团合作,由后两者回收锂电池和镍氢电池中的金属。

显然,丰田不想在欧洲处理烦人的电解液,就必须借助于本地公司的工业体系。

日本的回收体系,正处于从镍氢向锂电池过渡的阶段。起步较早,架构最齐全,技术也处于略领先的地步,实用性已经得到验证,惟一有问题的是规模。日本回收的经验,到底价值几何,能否用于锂电池大规模回收体系,在2023年之前会得到验证。

麻烦在于电解液

电池走到拆解回收这一步,麻烦也就随之产生了。主要回收价值集中于电池正极(金属盐)和壳体(一般是铝合金)。负极(石墨)过于廉价,不值得回收,幸好石墨并不污染环境。隔膜是高分子材料,廉价且不容易回收,污染性不大,只是不易降解。最大的麻烦就在于电解液,基本没有回收价值,又不能丢弃,处理过程中仍产生废水、废气和废料,没有经济回报,却必须要减量化、无害化。

电解液处理,一般先通过机械方法泄流、压榨,收集起来,然后将废气通入废水吸收,再用氧化方式处理废水,令其“可生化性”(达到在自然环境下无公害地降解),再通过沉淀反应去除沉淀物,用活性炭、反渗透膜形成吸附-超滤组合技术,去除有机污染物,达到中水标准。

需要指出,这只是原理上的描述,具体处理方法非常复杂。电解液回收是专利集中的部分,既是难点,也是消耗能源/资源比较多,却无利可图的部分。大多数主机厂既没有能力,也没有意愿建立这样的电解液专业处理流程。将之委托给专业厂家,让专业的公司做专业的事,比较合理。

“协作机构”与4R,谁能引领

广泛意义上,日本的废品回收体系是全球最完善的。在动力电池回收上,以企业为主导,利用零售商、汽车经销商或者加油站的服务网络向消费者回收废旧电池,回收路线与销售路线相反。和中国一样,政府明确规定,生产商是电池回收的责任主体。政府给予相应补助,提高回收积极性。

日产与住友的合资公司,加上夏普、NEC等,都在谋求“再利用”动力电池,用于风光储能。日产推出了太阳能街灯,将退役电池与街灯上光伏板连接,白天储能,晚上街灯释能照明,可以孤立运行,不依赖电网,适合自然灾害下应急供电。考虑到日本是台风地震多发国家,这么做有现实意义。

本田也声称启动电池“再生计划”,也有二次利用的规划。不同的是,本田计划自己拆解废旧电池,提取钴、镍等金属。但对于电解液等处理,并未提及。

不过,本田也与SNAM公司合作,其中的处理流程和产能,很可能由后者提供。

2018年9月,在经产省的撮合下,丰田、日产等企业联合启动了退役电池回收项目。此前各家都已有了各自的回收计划,有的已经付诸实施多年,为什么还要在“日本制造商协会”的框架内协调联合行动呢?

官方说法是“实现可持续发展”,这其实是暗示,各自为战大概率亏本,难以长期自持。

各大厂商共同出资成立了“日本汽车循环利用协作机构”,总部位于东京,在日本各地建立了7个工厂,同时建立更多的电池回收点。

从此以后,主机商可以将旧电池交给协作机构来处理,前者按比例向后者缴纳处理费即可。

同样在2018年,日产与住友的合资公司4R能源公司成立了,这是日本第一家专门从事锂电池循环利用的工厂。但是,尚未听说“日本汽车循环利用协作机构”与早几个月成立4R有什么业务往来。前者的优势在于广泛的回收体系,后者则是标准商业化运作,从锂电池回收真正能赚到钱。他们都没有向公众解释,如何处理无法赚钱但又不能回避的电解液。

当前,全球范围内纯电产品已经放量,而且纯电PACK量大、回收潜力高,积累量追上HEV和PHEV的小电池,只是时间问题。不过,2019年、2020年全球范围内的动力电池回收是走低的。两个原因:一则新一代锂电池技术更先进、寿命更长;二则大多数EV产品仍处于生命周期的中早期,还未到梯次利用阶段,更不要说报废处理。而2023年之后,预计回收规模将突破100GWh,到那时才能真正建立起相对完善的回收体系。

日本的回收体系,正处于从镍氢向锂电池过渡的阶段。起步较早,架构最齐全,技术也处于略领先的地步(其实很难评估),实用性已经得到验证,惟一有问题的是规模。日本回收的经验,到底价值几何,能否用于锂电池大规模回收体系,在2023年之前会得到验证。

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