Kevin Popper、Julia Navarro、Amelia Lanfrankie与 Felipe Caro
随着消费市场日益关注温室气体排放问题，电动车的市场需求一时剧增。锂离子电池的消费需求也相应增长，预期涨势将持续——截至2025年，锂 (Lithium)离子电池市场复合年均增长率（CAGR）预计可达14%，其中交通行业占比60%。[1] 电动车带动的对钴、铜等锂离子电池原材料的需求，截至2026年，预计将会增长10倍。[2]
图表来源：《2018年电动车前景展望 | 彭博新能源财经》，Bloomberg NEF，2018年，about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/#toc-download
由于这些原材料中部分材料相对稀缺，需求上涨使得成本高昂。钴 (Colbart)是锂离子电池中的重要成分，2016年以来价格已经翻了三倍。[3]为寻求更多原材料，供应商们在不稳定的新兴市场，不负责任的进行开采。例如，60%以上的钴来自刚果民主共和国，那里的采矿场雇佣数万名年龄低至四岁的童工。[4]
通过采取更加负责的锂离子电池回收措施，可以减小这些显性的社会成本。美国目前的回收率极低: 只有5%的电池得到回收，其中仅35%的电池材料可以经过回收投入使用。[5] 目前两种最常用的回收措施是火法冶金和湿法冶金，但效率都比较不理想，导致材料回收率低下。火法冶金回收法需要焚烧完全或部分处理过的电池，且仅有少数金属 (钴、镍、铜和铁) 能够得到回收再利用。[6] 湿法冶金回收法可以更大量地回收锂、锰和铝，但回收所得的这些材料价值较低。[7] 处理过程中还会产生大量废水。
Umicore Val’Eas 火法冶金 + 湿法冶金回收过程
图表来源：ResearchGate：《Umicore 电池回收法》，www.researchgate.net/figure/Simplified-flow-sheet-of-the-Umicore-Battery-Recycling-Process-With-permission-of_fig5_283523469
有人提议采用一种名为直接物理分离法的解决方案。直接物理分离法的不同之处在于，电池正极的金属氧化物与电池负极的加工石墨材料能直接以电池级形态原样再生——这使得精简额外加工、直接再利用成为可能。虽然它目前尚处于实验/演示阶段，却具有诱人的规模化经济前景，它的变动成本很低——只需要有限的燃料及额外加工材料（如酸浸液）即可。不过，直接物理分离法要求所有电池均为相同类型。
直接物理分离法回收过程
图表来源：ResearchGate：《Toxco 回收法》，www.researchgate.net/figure/Toxco-recycling-process_fig2_265158823
若要使直接物理分离法可行，就需要实施一些回收相关的基础变革——尤其是为电池设置标签，标出其成分，以便后续根据电池类型进行分类。[8] 锂离子电池目前基本无从区分，材料成分不同的电池混合回收会导致材料无法再利用。因此分类过程中需要借助添加标签，来将不同类型的电池归入各自相应的物理分离法。通过这些变革，火法冶金或湿法冶金无法回收的材料（如铝）将有办法得到回收，用于制造新电池。
我们多方收集数据，预估了直接物理分离法可能产生的价值（如下）。我们在估算中将当下盛行的Umicore Val’Eas火法冶金回收法与直接物理分离回收法可能再生的材料价值进行了比较。我们没有做这两种回收法的成本模型，因为这其中存在较大的不确定性。我们的节约成本估算只考量2026年至2040年期间再生材料的价值差异。我们估计，直接物理分离回收法（可行前提是为电池加标签）在2026—2040年间可累计节约成本2,120亿美元，其中单是2040年一年就能节约430亿美元。因此，供应链中的电池有巨大价值有待解锁。
节约计算中用到的数据与假设：
- 电池消费/供应情况：预估数据基于彭博新能源财经（BNEF）2030年全年全球电池消费推测数据
- 电池寿命：投入回收环节之前约有8年使用寿命
- 材料成分预估：预估数据基于麦肯锡公司预测报告中的2025年每种电池化工材料市场份额
- 材料再生率：预估数据基于Linda Gaines的研究结果与开放公示的ReCell模型——二者均由美国阿贡国家实验室提供
- 材料价值：预估数据基于2018年ReCell模型输入与伦敦金属交易所（LME）标价
[1] 《锂离子电池： 市场发展及其对于原材料的影响》，Roskill，2017年，https://roskill.com/news/lithium-ion-batteries-market-development-impact-raw-materials/
[2] 《2018年电动车前景展望 | 彭博新能源财经》，Bloomberg NEF，2018年，about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/#toc-download
[3] 《伦敦金属交易所钴价历史图表》，伦敦金属交易所，2018年1月26日，https://tinyurl.com/yco5v627
[4] 《钴矿开采产业的健康与环境损害》，CBS News，CBS Interactive，2018年3月6日，www.cbsnews.com/news/the-toll-of-the-cobalt-mining-industry-congo/
[5] 《深度报告： 锂电池回收——清洁能源的清理问题》，« 垃圾填埋 « 全球废料管理，2018年4月27日，waste-management-world.com/a/in-depth-lithium-battery-recycling-the-clean-energy-clean-up
[6] 《锂离子电池回收： 分析生命周期，规避障碍》，美国阿贡国家实验室，naatbatt.org/wpcontent/uploads/2016/12/Gaines_Quantifying-the-Contribution-of-Advanced-Battery-Recycling.pdf
[7] 《锂离子电池回收： 分析生命周期，规避障碍》，美国阿贡国家实验室，naatbatt.org/wpcontent/uploads/2016/12/Gaines_Quantifying-the-Contribution-of-Advanced-Battery-Recycling.pdf
[8] 《车用锂离子电池回收的未来： 可持续发展路线规划》，Sustainable Materials and Technologies 期刊。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214993714000037
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