“芯”归之处:揭秘电动“心脏”的回家之路

比起直接丢进垃圾填埋场掩埋,将废弃物送进回收站显然是对地球更加友好的解决方案。 所有废弃物件中的电池...

比起直接丢进垃圾填埋场掩埋,将废弃物送进回收站显然是对地球更加友好的解决方案。

所有废弃物件中的电池材料都是珍贵的“宝物”,其富含的稀有金属可以在粉碎机的碾压后重获新生——不论它是来自无线键盘、报废的玩具,还是大块电动汽车的退役电池。

而聚焦到汽车产业中,作为电动汽车“心脏”的动力电池的回收,并不仅仅是“变废为宝”的概念创新,更是一道是否真实回应气候变化议题的是非题。

《巴黎协定》曾指出为了将全球变暖控制在1.5℃以下,到2030年全球道路上应该增加1亿辆电动汽车,意味着需要比今天的数字增加50倍,但是气候界早已关注到这个数字预期的内在矛盾:尽管电动汽车在行驶阶段产生的直接排放量近乎为零,动力电池生产制造过程本身却是排放大户,所以如果忽视电池的回收利用,实现这一目标的同时也可能酿成适得其反的环境伤害。

据一位长期关注聚合物资源绿色循环利用的业内人士介绍,电极中包含的镍、钴、锰等金属物质,负极材料中的石墨,以及电解液中的易挥发溶剂都会对水体、土壤和空气造成污染。

中国是动力电池生产制造大国,因而也是目前退役量最多的国家。中国汽车技术研究中心数据显示,2020年中国累计产生约20万吨的退役动力电池,到2025年将增至78万吨,考虑到动力电池的寿命,届时中国将迎来动力电池换装和报废的第一个高峰期。

当下宝马中国围绕退役动力电池的生态建设,可以成为观察“负责任”车企如何布局回收的一个样本。

“聪明”的追踪系统

为退役电池寻找“绿色归宿”的前提是进行有效的全生命周期管理,电池全生命周期的碳排放因而成为各国政府、企业和研究机构关注的焦点,一些国家更是逐步将产品生命周期评估和碳足迹纳入国际绿色贸易的必要考量因素。

中国监管层颁布的政策也充分呼应了对电池生命周期管理的重视。2018年工信部等部委发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》及相关法规,新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台启动应用,目的就是要求主机厂对电池的生产、销售、回收进行追溯并上传数据到国家平台。

据悉,这一年宝马在中国正式上线了一套电池溯源系统,以确保动力电池全生命周期的可追溯性,经过几年时间的运行后,在2023年9月30日更新到该系统的“2.0版”——自主研发的宝马高压蓄电池全生命周期监控平台。

全新升级的电池全生命周期管理体系

除了此前对车辆生产、车辆销售和电池回收信息的追溯之外,“2.0版”在电池状态实时性、平台信息多样性上有了更多优化,变得更加智慧。

华晨宝马高压电池生命周期经理覃春柳对华尔街见闻介绍称,平台信息多样性是通过IT系统升级,增加新的模块来实现的。

具体而言,在电池生产端,新系统打通了与电池供应商之间的数据,电池供应商提供给宝马的电池信息将会自动化同步系统中;宝马研发端则将处于研发阶段和验证阶段的电池信息也纳入系统进行管理;回收物流端还引入了基于AI技术的智慧物流功能,当电池退役后,系统将根据退役电池所处的位置和存储时间,自动规划最佳的物流线路。

回收端可以根据回收电池数量及每块电池的材料、状态信息等,实时统计跟踪可回收的再生材料,实现电池原材料回收透明化的全程闭环追溯。早在上一代系统中,系统中的电池信息便已经接通与国家平台的同步,更新后的系统更是采用了区块链技术,进一步保证上传的数据不会被更改而且同步到所有参与方。

华尔街见闻还了解到,该系统在更新前对电池状态主要采用实物追溯,每一个电芯上都会有一个独立的编码,类似身份证,电池在车辆生产、车辆销售、电池回收等生命周期的各个阶段都有信息同步上传,而在升级后实现了“实物追溯”“性能监测”的双重监控。

宝马对电池信息的追溯已达到电芯级别,每一个电池包、每一个电池模组、每一块电池,都有专属的身份ID,能够进行独立的状态监控。

升级后的系统采用了宝马集团与清华大学合作开发的电池健康状态评估算法,基于大数据,通过采集车辆在使用过程中电池的化学性能和表现,结合电池种类参数、每次充放电电量、平均工况等数据,实时评估电池寿命情况,每30秒采集更新一次数据。

焕然“新生”所带来的减碳效应

根据联合国全球契约组织(UNGC)的测算,主流的动力电池NCM和LFP在原材料获取阶段的碳排放达到80%左右,其中NCM的正极材料含有镍、钴、锰等金属,均需要经过开采、冶炼等过程,会消耗大量化石能源。

而电池生产制造环节则需要消耗大量的电力和天然气。其中,超净干燥室是动力电池制造碳排放的主要来源,因为电池的整个生产过程中有多个工艺步骤需要在真空干燥环境中进行,必须通过持续的能源供应来保持稳定的温度。

芬兰公司Recser Oy和Lassila & Tikanoja最近进行的一项研究发现,与开采新金属相比,回收电池并使用从中回收的金属可以减少50%至98%的温室气体排放,回收金属排放的温室气体明显少于通过初级生产获得的金属。

该研究还开发了一些系数来描述从电池和蓄电池中回收七种金属的环境效益。这些系数基于科学文献,考虑了从采矿到回收的整个金属生产链。研究结果显示,回收锰的温室气体排放量比通过初级生产获得的原始锰少98%。同样,回收镍和钴的温室气体排放量比初级生产的同类产品分别少98%和59%。

由广东省电池循环利用企业重点实验室参与的一项研究则针对某款NCM电池计算了碳排放量,结果发现,正常使用原生材料生产1吨该电池的正极材料温室气体排放量达到28.9吨;通过回收电池生产1吨该电池的正极材料温室气体排放量达到39.8吨,但同时又可获得碳酸锂、硫酸锰、硫酸钴等其他产品,相当于温室气体减排了21.4吨,减少温室气体排放36.3%。

“我们还测算了将生产耗电全部使用绿色能源的场景,发现正常使用原生材料生产所排放的温室气体也将减少46%,而如果同时通过回收电池来生产正极材料,温室气体将减排90.7%之多。”一位参与其中的研究人士告诉华尔街见闻。

宝马提供的数据也支持相近的观点。2022 年,宝马集团在中国与合作伙伴利用创新合作模式,首次实现国产电动车动力电池原材料闭环回收,退役电池中的关键原材料,例如钴、镍、锂等,可以被全数回收并返回到宝马国内的电池生产体系,用于新的宝马动力电池生产。与使用原生原材料相比,这一措施可以节约资源并减少约70%的二氧化碳排放。据悉,目前闭环回收模式已覆盖全部宝马在华销售的电动车型,截至11月已累计回收超过1000吨动力电池原材料。

通过闭环回收模式获取的再生电池原材料

华尔街见闻从业内了解到,目前主要是靠电池回收网点从消费者手中回收退役动力电池,回收网点多为汽车销售服务4S店、汽车维修厂等,回收的退役动力电池经过包装运输至电池回收再利用企业。

宝马在经销商端建造了符合相关建设标准的专用电池回收存储间,满足具体的温湿度要求,配备摄像头、烟感系统、安全箱等,以及采用统一的消防、管理规章制度。目前国内400多家经销商已设有电池回收存储间,预计明年全国所有经销商店都将完成升级改造。同时还给经销商开发了手机端小程序,经销商可以通过小程序上传电池数据,提报回收单据进行物流回收。通过跟经销商的合作,宝马希望让每一位宝马新能源车主都能享受更安心、省心、放心的电池售后及回收服务。

“退而不休”的创新梯次利用模式    

对于剩余容量较高的退役电池,宝马已经能够通过多种梯次利用模式将其二次利用,是中国首家实现动力电池梯次利用的汽车制造商。梯次利用是指电池本身并没有损坏,但由于衰减(一般容量在80%以下时)不足以继续支持电动汽车使用,可以退而求其次,在基本同级或降级应用在电力储能、通讯基站后备电源等场景中。

根据相关研究,梯次利用根据电池容量的衰减程度分为4个阶段:电池容量不低于80%为使用阶段;当电池容量处于60%-80%,可以进行梯次利用和包装再造,梯次利用之后可应用于储能、通信基站、备用电源等领域;当电池容量处于20%-60%,则直接拆解为单体电池再重组用于用户侧;当电池容量小于20%直接报废处理。

“梯次利用可以说是延长电池整个生命周期的非常好的方式,也就是说尽可能地延长电池的使用年限。”华晨宝马中国新能源汽车业务部总监葛汉明对华尔街见闻表示,“2021年我们和华友循环测试退役动力电池在叉车上的梯次利用时,仅仅应用在托盘车上,今天在宝马沈阳生产基地,不仅是托盘车,还有各种其他类型的叉车都在使用梯次利用的电池。”

宝马动力电池梯次利用场景-铁西工厂里达厂区绿色光储一体站

据葛汉明介绍,在铁西工厂里达厂区,今年5月开始正式启动运营绿电梯次储能项目,BMW iX3退役电池模块被改造成为梯次储能柜,配合光伏组件,化身为 “绿色光储一体站”,以满足厂区日常用电需求。

“我们的做法是与像华友循环这样的合作伙伴共同创新,先在内部进行长时间测试与验证,验证通过后再做更广泛的推广,例如未来在经销商店引入梯次利用的储能设备,将屋顶光伏发电储存起来。在这些测试和验证的过程中,我们会解决所遇到的技术问题。”葛汉明如是说。

葛汉明 华晨宝马中国新能源汽车业务部总监

覃春柳则补充,梯次利用和传统回收不太一样,在产业里属于比较前沿和探索性的课题,所以在内部会先做很多研究工作,“包括我们和清华大学关于电池健康状态的研究,主要也是为了梯次利用。对产品十分有信心的情况下,我们才会把梯次产品推向市场,所以这中间会经历一个比较长的验证过程。”

华晨宝马高压电池业务拓展高级经理胡晓嵩告诉华尔街见闻,验证过程一方面是对技术的验证,另一方面也是对应用场景的验证,包括梯次产品最应该应用在什么地方,能给使用者提供哪些效益等。

“出于对梯次利用项目的安全考虑,目前梯次利用项目还是处于项目试点阶段,所以退役电池应用于梯次项目的比例还相对较低,这些试点目前全部位于我们自己的厂区之内,我们希望能够在成熟稳定运行之后,才推广到厂区以外的场景。”胡晓嵩表示,因为目前大部分的梯次利用场景还是储能,出于对储能安全性的谨慎考虑,现在主要是应用在自有工厂的建设项目上。

目前宝马沈阳生产基地共有38台物流设备已使用梯次利用的退役动力电池,和宝马在动力电池回收领域的其它探索一样,这个数字还将不断增长。

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