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动力电池全球供应链背后的故事

2021年12月10日 11:43:01
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来源:帮宁工作室

劳工权利及环保、区块链、回收和减少碳足迹

编译 | 杨玉科

编辑 | Jane

出品 | 帮宁工作室(gbngzs)

电动汽车正在全球范围内蓬勃发展,产量不断增加。然而,目前该行业所需的电池原材料集中在发展中国家,后者可能存在比较严重的劳工权利或环境问题。

钴,是当今电动汽车电池的关键原材料之一,世界上70%的钴产自于刚果(金)。根据美国公共政策智库威尔逊中心的说法,刚果(金)钴矿的开采依赖于大约4万名儿童,其占矿区25.5万名工人的16%,而且有的儿童只有6岁,工人每天的工资通常不到2美元。

电池的另一个重要原材料——稀土元素,在开采中也可能导致环境污染问题。

汽车制造商们已经计划到2030年推出数十款新电动车型。未来几年,随着电池需求的增加,供应链中涉及劳工和环境侵犯的情况可能会受到更严格的审查。

关键矿产战略中心(Center for Critical Minerals Strategy)主任阿比盖尔·伍尔夫(Abigail Wulf)认为,美国可以采取很多措施,来解决供应链中的这些问题,包括提高国内采矿和加工能力;与盟国合作从其他地方采购原材料,并向其他国家施加压力,要求他们改变之前的做法等。

“最重要的是在供应链中建立一定的透明度。”伍尔夫说。美国要与盟国建立牢固的关系,以确保美国公路上电动汽车材料的采购符合人道标准。例如,加拿大官员近几个月来一直致力于推动该国的采矿活动,使其在供应链中占据更大的份额。

“我们希望与盟友一起努力,无论是新的贸易协定还是贸易协议……共同承诺采购符合高标准的原材料。我们希望使用可追溯性框架,或者区块链或者其他模式,来保证在整个供应链中确实遵守了标准。”伍尔夫补充说。

一部分汽车制造商和供应商已经开始关注解决电动汽车供应链中的劳工权利和环境问题。据路透社报道,宝马集团从2018年开始,与一家英国初创公司合作,使用区块链技术确保其电动汽车只使用“环保钴”,而不是使用童工开采的材料。

在过去一年里,全球最大的电动汽车制造商特斯拉,已经开始在其许多汽车上使用无钴磷酸铁锂电池。福特汽车和大众汽车集团也表示将采取同样的做法。

当然,除了人道原因,影响这些汽车公司的因素还有财务上的激励。世界上大部分钴是在中国加工的,而目前中国与美国的贸易关系仍然很紧张。

此外也要考虑未来的法律责任。也许未来某一天,企业可能会突然发现自己变成了诉讼的对象,就像2019年的一个案例——特斯拉和包括苹果公司及微软在内的科技公司,被一个非营利人权组织指控是“造成刚果(金)儿童死亡的共犯”。

美国总统拜登(Joe Biden)11月签署的基础设施法案,含有旨在提高美国国内电池生产能力的条款,其中包括60亿美元用于促进美国国内电池材料的加工、制造和回收,以及1.4亿美元用于美国国内稀土示范设施开采和提炼材料。

伍尔夫说,这些条款对美国来说是一个良好的开端,因为美国希望在电动汽车电池方面减少对其他国家的依赖。她说:“我们首先需要迈开第一步,建立我们的一些能力,然后希望能继续下去,保持这种势头,以确保投资继续涌入,我们的新兴行业继续增长。”

▍区块链技术

追踪电池材料来源

汽车制造商和供应商们表示,至关重要的是,用于电动汽车电池的钴、锂、铜和其他材料的采购是负责任的,他们正在转向区块链技术来确保这一点。

区块链是一种数字账本,记录交易并在多个计算机网络上存储信息,近年来常被用于追踪从医疗记录到食品供应数据到加密货币等一切信息。

专家认为,区块链可以对其供应链的关键要素进行现代化和精简,这样可以很容易地分辨出制造电动汽车电池原料的矿山和炼油厂是否发生了侵犯劳工权利或环境的行为,因此可以帮助汽车制造商节省资金。

福特汽车、大众汽车集团、LG化学、华友钴业、IBM和英国RSC于2019年成立了负责任采购区块链网络(RSBN)。特斯拉在其“2020年度影响力报告”中透露,它正在使用不同的区块链解决方案来追踪钴和镍的供应。沃尔沃去年也表示,它将投资区块链溯源公司Circulor。

英国RCS首席执行官尼古拉斯·加勒特(Nicholas Garrett)在一份声明中表示:“为了真正实现完全透明和经过验证的供应链,需要持续、最新和经过验证的供应商数据。根据经验,与我们合作的大多数公司,尤其是汽车行业的公司,现在都希望始终如一、定期以可视化方式监控供应商的表现,而不是依赖纸制系统。”

使用区块链,汽车制造商将能看到一个循序渐进的记录:他们的电池材料从哪里来,以及这些来源是否被证实符合人道。目标是阻止在刚果(金)等地发生的侵犯劳工权利的行为。刚果(金)的矿山在某些情况下依赖童工。此前,大多数汽车制造商将不得不依赖不太先进的系统,需要花费时间和精力亲自审计。

福特汽车最近完成了一项试验,展示了华友钴业在刚果(金)的工业矿场生产的钴,如何通过供应链追溯到LG化学在韩国的阴极和电池厂,然后再到福特汽车在美国的一家工厂。

福特汽车发言人在一份声明中表示:“试验是成功的,因为它证实了区块链的优点,确实有助于提高全球供应链的透明度。虽然试点测试的是假设性场景,而不是实际应用。我们相信,区块链技术在供应链上有广泛的可能性,因此我们现在正在研究更全面的业务案例。”

福特汽车计划在田纳西州和肯塔基州建造3座电池工厂。随着这些项目在2030年之前到位,该公司表示,区块链网络的角色将变得更加重要。

福特汽车发言人表示:“通过与区块链网络中的其他行业合作,我们的意图是使用最先进的技术,确保汽车材料能实现我们保护劳工权利和环境的承诺。相信区块链技术不可更改的特性,有助于为现有的供应链跟踪增加更多的透明度。”

大众汽车集团在一封电子邮件中说,该公司将继续测试区块链技术,以提高供应链的透明度。

2019年,沃尔沃完成了试点阶段,成为第一个利用区块链技术实现全球钴追溯的汽车制造商。一年后,沃尔沃对Circulor进行了投资,一位发言人表示,该公司打算利用这种技术追踪其他材料。

沃尔沃首席采购官玛蒂娜·布赫豪泽(Martina Buchhauser)去年表示:“我们致力于建立一个符合人道的原材料供应链,我们与Circulor的合作在这方面发挥了重要作用。通过支持Circulor的持续发展,我们可以在运营中扩大区块链技术的使用,为更可持续的业务作出贡献。”

▍电池回收

Li-Cycle的机遇和挑战

Li-Cycle公司成立5年。这期间,这家电池回收公司迅速扩展到4家工厂和一个中心。但Li-Cycle首席执行官兼联合创始人阿贾伊·科赫哈(Ajay Kochhar)表示,随着电动汽车生产速度的加快,其当前的运营可以看作是一次试运行。

“想象一个全部或者大部分都是电动汽车的未来。那将是巨大的机遇和挑战。我们已经预先考虑这种情况了。在未来几十年里,规模将继续增长。”科赫哈说。

随着汽车制造商大规模生产电动汽车,电池回收将成为供应链的关键部分。Guidehouse Insights首席分析师萨姆·阿布萨米德(Sam Abuelsamid)说,目前废旧电池的数量太少,不足以产生太多的回收需求,但这种情况很快会改变。

“10年后,情况就不一样了,”阿布萨米德说,“需要尽快建立这种能力。”

就在4年前,一些业内人士还在怀疑,用回收材料开发的电池能否与用原始金属制造的电池相媲美。自那之后,电池回收商已经逐步消除了大部分的质疑。

“一旦重新加工和提炼,旧电池就不会失去任何效能,”阿布萨米德说,“如果从地下开采,基本上会得到同样的东西。”

科赫哈认为,用回收材料组装电池的成本比原始材料更低,而且回收可以减少电池制造过程中的碳足迹。“回收产品对环境的总体影响,远远低于复杂供应链中从地里挖出来的影响。世界对回收利用的看法发生了180度的变化。”

今年5月,Li-Cycle与通用汽车公司合作,目标是100%回收电池制造过程中的废料。通用汽车新一代Ultium电池中95%的钴、镍、锂、石墨、铜、锰和铝可以用于新电池或相关行业。

科赫哈表示,回收电池的续航里程和效率应该与原始材料制成的电池相似,甚至会更好。有时,来自原始来源的杂质会导致问题,而这些杂质在回收系统中不存在。

而且,回收电池并再次利用某些部件,简化了生产流程。科赫哈说,未来电池所需的元素已经存在于二手电池中,因此电池制造商无需从多个供应链中获取材料,可以主要依赖于一个已经净化的价值流。

“当你从地下挖掘矿石,或者从卤水中开采材料(比如锂)时,会有很多杂质。而对于电池回收来说,得到的已经非常精炼,那些容易产生问题的杂质已经非常少了。”

Li-Cycle开发了一种轮辐模型,从美国和加拿大4个地区轮辐点获取锂离子电池和电池生产废料。它将电池材料分成3类:塑料、金属和大量黑色的阴极材料,其中含有锂和钴等关键电池元件。

科赫哈说,这有点像在重建或重新制作房子的砖块。他们正在分类这些物质并将其转售。

黑色的物质被送到公司位于纽约州罗彻斯特的轮毂中心,在那里,Li-Cycle提取碳酸锂、硫酸钴、硫酸镍和碳酸锰。

随着Li-Cycle业务的拓展,它计划在方圆200英里的电池厂内增加轮辐点。“我看到过电池从巴西运往比利时的例子,”科赫哈说,“我们的轮辐点通过接近源头,克服了远距离问题。”

“阴极、阳极不能像现在这样重复利用,因为今天的电池化学成分变化太大了。”科赫哈说。汽车行业正在发展阴极技术,使其效率更高。但科赫哈认为,生产锂、镍、钴等基本原料总是有市场的。

随着电动汽车产量和接受度的提升,大量涌入的二手电池可能会流向Li-Cycle及其竞争对手。阿布萨米德说,未来10年,随着初创企业和汽车制造商与供应商的合作,电池回收企业的前景可能会扩大。

Li-Cycle正准备迎接即将到来的业务洪流。

科赫哈说:“我们当然拥有技术,也有意愿来实现这一点,不过这需要跨供应链的合作。”原材料的采购仍然是必要的,但他认为,在未来15或20年里,可回收材料将成为电池的主要供应材料。

“一旦这些材料进入电池组,它就可以一直在链条上。把它回归到基本材料,然后把它直接放回新电池中,这是供应链中所有参与者的首要任务。”科赫哈总结道。

▍循环供应

特斯拉老将的新前景

杰比·斯特劳贝尔(JB Straubel)花了20年时间来推进电气化交通的新时代,以阻止气候变化对环境造成的后果。

今年夏天,他的工作显得更为重要了。就在他的办公室窗外,威胁显而易见。“这里太糟糕了,”他说,“一年有好几个月完全都是烟雾。”

大火吞没了太浩湖地区,烧毁了数千英亩的原始森林,其中一些距离卡森市不到十几英里。斯特劳贝尔新成立的电池回收公司Redwood Materials的总部就在卡森市。

大火最终在10月被扑灭,但那些烧焦的树桩和消防员们的感谢标语仍然刺眼地提醒着人们:野火的猛烈袭击,以及极端天气的影响,可能会重塑干旱肆虐的西部地区。

斯特劳贝尔此前长期担任特斯拉联合创始人兼首席技术官,现在是Redwood负责人。对他来说,这场野火凸显了应对措施的紧迫性。

斯特劳贝尔说:“在未来的10年或20年里,我们将面临难以置信的巨大压力,要以比预期更快的速度改变一切。这是我如此看好我们的增长和投资的部分原因,我们正在以最快的速度增长、投资和实现这一切,比所有外部明显信号看起来的速度都要快。我只是觉得这件事越来越紧急。”

在这样的背景下,Redwood开始考虑更广阔的领域。就在电动汽车销量上升的时候,Redwood考虑的,却是应对电动汽车电池寿命结束的方法。

答案是回收利用。斯特劳贝尔说,该公司在某种程度上类似于传统的回收商,从堵塞的垃圾填埋场节省垃圾,将其分类再利用。不过这一印象可能会削弱Redwood以及其他在电池回收领域尚处于萌芽阶段的新贵所扮演的角色。

一旦Redwood获得汽车、家用电器等产品中的电池,该公司就会用化学方法对其进行解构,类似于拆解一套完整的乐高积木。然后,Redwood为松下和汽车制造商等客户创造新产品。其中一个重要的新合作伙伴是福特汽车,该公司在9月表示,它正在与Redwood合作,创建一个循环供应链,减少对采矿和进口的依赖。

“目前,几乎所有的电池制造商都位于中国、日本或韩国。”金融分析公司PitchBook高级移动行业分析师阿萨德·侯赛因(Asad Hussain)说。

PitchBook预计,到2030年,全球回收市场的规模将从目前的20亿美元增长到273亿美元。“全球电动汽车行业已经暴露外国供应链问题……从长远来看,我们看到了回收报废电动汽车电池的巨大机遇。”

回收材料制成的电池提供了一系列好处。它们减少了对新开采原材料的需求,减少了污染。在物流方面面临劳动力和地缘政治复杂性的时候,它有助于巩固国内电池供应链。最重要的是,它们有助于满足迅速增长的需求。

美国总统拜登设定了一个目标:到2030年,在美国销售的所有新车中,有一半是零排放。虽然这曾经看起来不太现实,但电动汽车的销量确实正在迅速增长。Cox Automotive的数据显示,截至今年第三季度末,各种类型的电动汽车,包括混合动力汽车和纯电动汽车,在整个汽车市场中占据了10%的份额。

市场需求的增长既令人鼓舞,也令人生畏。

“现在已经没人说‘这会发生吗’,他们现在说的是‘好吧,它会发生的’。”斯特劳贝尔说,“人们都急于成为真正的先行者,并作出重大承诺。现在,重大承诺来得太快,现实可能有点跟不上。”

需求与现实之间的差距令人担忧。根据基准矿物情报(Benchmark Mineral Intelligence)的一项分析,要实现上个月联合国气候变化大会制定的零排放运输目标,到2040年需要的锂产量将是目前产量的17倍。

基准矿物情报首席执行官西蒙·摩尔斯(Simon Moores)警告称:“目前,锂需求的增长速度是锂供应速度的3倍。这是一个需要解决的大问题。”

这家电动汽车供应链咨询公司表示,要实现联合国气候变化大会的目标,还需要生产超过500万吨的硫酸镍——大约是目前年产量的19倍。

斯特劳贝尔在特斯拉担任首席技术官时,就预见到了这个问题的紧迫性。他曾开发了特斯拉大部分核心电池技术,并领导建设了内华达州的超级工厂。2017年,他创立了Redwood,将公司设在卡森城,不仅因为它靠近超级工厂,而且利用内华达州的采矿历史和冶金经验丰富的劳动力。2019年,斯特劳贝尔离开特斯拉,全身心专注于回收。

从那时起,他开始相信,解决这些特定材料短缺和其他类似问题的答案,至少在一定程度上依赖于挖掘美国的垃圾。除了废弃的电动汽车电池和生产过程中的废料,Redwood还收集电动牙刷、电动工具和笔记本电脑、吸尘器和手机的电池。

斯特劳贝尔说:“可以用150到160块手机电池制造一个全新的电动汽车电池。”

Redwood总部有一个大约足球场那么大的仓库,各种各样的电池驱动产品被堆放在箱子里,这些箱子一直摞到天花板的一半距离,等待拆除。其中一些是通过与亚马逊和松下等公司的合作获得的,反过来,Redwood也为这些公司提供回收电池材料。

有一些来自电动巴士制造商Proterra和知名电动自行车制造商Specialized Bicycle。有时候,普通市民只是简单地把这些旧物件丢在一边。

斯特劳贝尔说:“人们不知道如何处理这些东西,即使他们有一些想法,也不容易做到。如果是iPhone,我猜你可以把它交给苹果公司。但如果是割草机的电池,该交给谁?”

大多数人会把它扔掉。根据Redwood的说法,大约90%的电池最终被扔进了垃圾填埋场,公司所收集的堆积如山的垃圾,只代表了未来市场的一小部分。

投资者对挑战和机遇有更好的嗅觉。今年7月,Redwood获得了7亿美元的资金。这有助于为卡森城更多建筑的扩张计划提供资金,为斯帕克斯的一个100英亩的设施提供资金,并为北美其他地方的一个待定的新地点提供资金。

到2030年,斯特劳贝尔预计,Redwood的阴极材料产量将达到每年500Gwh,足够为500万辆电动汽车提供动力。这是一个巨大的数字,但可能还不够。在许多方面,这与他在建造超级工厂时遇到的情况类似。斯特劳贝尔说:“目标看起来大得离谱,但当它完成时,你才觉得它勉强够用,现在甚至感觉很小。”

虽然特斯拉的销量在过去15年里不断攀升,但斯特劳贝尔认为,在政府、行业和环保力量的协同作用下,回收在推动循环供应链方面的作用在短期内将变得更加突出。

▍减少碳足迹

通用拟在北美建立阴极工厂

通用汽车正在组建一家合资企业,在北美加工阴极活性材料,将目前主要在亚洲的电池供应链中的一个关键环节本地化。

该公司上周表示,计划在明年第一季度(1~3月)之前,与浦项化学(Posco Chemical)达成合作协议。计划明年 3月之前宣布阴极工厂的位置,该工厂将于2024年投产。

两家公司并未披露其财务承诺,但通用汽车负责全球产品开发、采购和供应链的执行副总裁道格·帕克斯(Doug Parks)上周表示,此次合作将是两家公司在投资和战略上的重大投资。

帕克斯称阴极为锂离子电池的“能量源”。它影响电池的性能、安全性和价格,约占电池成本的40%。

目前,大多数阴极加工都是在中国完成的,这导致运输到北美生产的电池产生了巨大的碳足迹。中国加工中心与未来美国电池厂之间的距离还可能导致供应链中断,就像汽车行业在全球芯片短缺时期所面临的一样。该合资公司也是通用汽车在扩大电动汽车生产的同时,重置电池供应链并将其本地化战略的一部分。

通用汽车计划投资350亿美元,用于电动汽车和自动驾驶汽车的研发,计划到2025年在全球推出30款电动车型,2030年实现轻型车产品线全部电气化。

2019年底,通用汽车和LG能源解决方案成立了一家合资企业,在美国开发专有的Ultium电池。

新的合资公司将向通用汽车和LG能源解决方案——在俄亥俄州Lordstown和田纳西州Spring Hill建设的Ultium工厂——提供原料。通用汽车计划在2025年之前在美国再开设两家Ultium工厂,但没有确定具体地点。

在此之前,双方今年已经建立了一系列合作关系,为电池提供关键材料,改善稀土材料供应、开发碳化硅解决方案,并回收电池制造过程中产生的废料。

过去,通用汽车一直从供应商那里购买电池。帕克斯说,通过合作伙伴关系和合资企业,通用汽车正在成为一个电池研究、开发、设计和制造主体。

“我们正在从工程和供应链角度垂直整合这些片段。这确实是Ultium的基础,也是我们电动汽车的未来。”帕克斯补充说。

(本文部分内容综合Automotive News报道,部分图片来自网络)

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