随着可再生能源行业的发展，高容量、长寿命的电池存储是其成功的基础。这些电池的设计和制造方式将决定其对子孙后代的环境影响。

可再生能源行业正在以指数速度增长。2020 年，英国可再生能源发电量首次超过化石燃料，根据国际能源署的数据，太阳能是“历史上最便宜的电力”。然而，尽管可再生能源部门的能力正在增强，但可再生能源仍仅占世界一次能源的11%。这只是 50 多年前可再生能源所提供比例的两倍，而且联合国预计将超额完成《巴黎协定》2030 年的目标——二氧化碳排放量接近 320 亿吨——因此需要加快向可再生能源转型的步伐。

克服可再生能源的障碍

可再生能源转型存在许多障碍。多年来，经济障碍包括对不可再生能源的补贴、限制可再生能源投资的低油价以及基础设施开发的成本。社会障碍也限制了进展，包括公众对当地景观的变化和现有生活方式的破坏持保留态度。尽管这些障碍持续存在，但国际压力和对化石燃料能源负面影响的认识正在促使政府采取能源部门脱碳行动。欧盟的欧洲绿色协议例如，制定了到2050年温室气体净零排放的计划，中国正在采取措施到2060年实现碳中和。

随着政策制定者制定变革方针，可再生能源正在获得新的投资。10月，英国《金融时报》报道称，氢能设备制造商ITM Power的股价上涨了220%，荷兰储能公司Alfen的股价上涨了230%以上。与此同时，曾经拥有全球最大股权价值的跨国石油天然气公司埃克森美孚的股票市值已被总部位于佛罗里达州的“清洁能源”提供商NextEra Energy超越。

可再生能源是间歇性的，这意味着它们需要电池的支持来存储清洁能源，以便在没有阳光和风的时候使用。电池存储至关重要。

一些大型石油公司也在对可再生能源进行投资。道达尔 (Total) 已承诺在卡塔尔开展一个重要的太阳能项目，而埃尼集团 (ENI SpA) 则承诺到 2050 年将其温室气体排放量降低 80%。瑞士大宗商品贸易商摩科瑞还与私募股权合作伙伴一起向北美的可再生能源项目投资 15 亿美元。英国石油公司 (BP) 决定以资产“不再经济”为由减记价值约 175 亿美元的资产，这可能会改变能源行业的游戏规则。

然而，尽管取得了这些重大进展，但一个根本性的技术障碍仍然存在：能量存储。正如锂离子电池技术公司Aceleron首席执行官 Amrit Chandan 所指出的那样：“可再生能源是间歇性的，这意味着它们需要电池的支持来存储清洁能源，以便在没有阳光和风的时候使用。电池存储至关重要。”

电池开发

高容量长寿命电池的开发对于公用事业和运输行业尤为重要。它们成功的关键推动因素可能是锂离子电池——最常用于手机充电器等小型应用，但越来越多地被开发用于更大规模的应用。七个欧洲国家已经承诺投入 32 亿欧元支持锂离子电池的研究，特斯拉和通用汽车都投资了数十亿美元用于该技术的制造设施。

然而，这些发展给能源行业带来了新的挑战。正如钱丹评论的那样：

我们不能让自己梦游到另一场以电子垃圾为形式的环境危机。预计到 2035 年，全球储能市场将增长 10 倍，达到 5,460 亿美元，对于电池制造商来说，优先考虑消除浪费现在比以往任何时候都更加重要。

在可再生能源转型方面，电池浪费是一个不容忽视的问题。到 2030 年，仅电动汽车就可能产生 1100 万吨锂离子电池废料 ，足以填满伦敦温布利体育场近 20 倍。再加上公用事业可再生能源以及其他电池驱动设备的增长，这增加了一个需要解决的巨大且日益严重的问题。

设计消除电池浪费

锂离子电池的设计和销售方式意味着它们难以修复、再制造和回收。正如 Chandan 所解释的那样，它们“传统上是焊接或粘合在一起的，这使得单个组件难以更换。如果一个部件出现故障，整个电池通常会被扔掉——通常超过 80% 的潜在寿命都未得到利用。”

这里提出了两个重要问题：首先，剩余大部分充电容量的电池被丢弃而不是使用；其次，用于制造这些电池的宝贵材料正在从经济中流失。由于锂最早可能在 2025 年出现短缺，这可能成为采用可再生能源的主要障碍。

延长电池寿命

为了确保电池充分发挥其潜力并且不被浪费，需要跨行业以及企业和政策制定者之间的合作，以及重新思考电池的所有权。

例如，在欧盟，废物框架指令目前将物品的再利用定义为“将非废物产品或组件再次用于其最初设计目的的任何操作”。对于电池来说，这个定义需要重新审视；虽然汽车电池在 8 到 10 年后会损失 20% 到 30% 的存储容量，并且不再可以在汽车中使用，但正如 Chandan 指出的那样，它们可以“作为备用电池，用于数据中心和其他地方的应用”这不需要相同的电池容量。”

到 2030 年，仅电动汽车就可能产生 1100 万吨锂离子电池废料，足以填满伦敦温布利体育场近 20 倍。

除了审查重复使用的定义之外，要使其在实践中发生，还需要建立有效的转售市场，或者制造商保留电池的所有权，以便它们可以在多个用户之间传递。制造商保留电池的所有权也是一种可以增加维修和再制造可能性的模式。

Aceleron 的锂离子电池的设计旨在方便更换组件，从而延长电池的使用寿命。再加上可以检测哪些组件需要维修的高级分析，这意味着在适当的维护下，电池的使用寿命预计可达 25 年，是传统锂离子电池寿命的两倍以上。

出于类似的动机，汽车制造商雷诺为其电动汽车中的锂离子电池建立了租赁模式，以便在客户归还电池时可以重复使用和再制造。雷诺集团战略与环境规划总监 Jean-Philippe Hermine 评论道：

电池帮助我们应对能源领域多年来存在的一个问题：即存储问题。[现在]的目标是帮助再生原材料并重新利用它们来制造新电池。随着时间的推移，这将有助于降低成本，同时确保供应，从而有助于最大限度地减少采矿产生的碳影响。这就是我们正在努力实现的模型。

雷诺等电动汽车也将通过更多地利用电池技术的潜力，在更广泛的可再生能源转型中发挥关键作用。欧洲气候基金会与汽车和电动汽车行业、电池制造商、能源部门以及法国机构和非政府组织的代表一起进行的一项研究发现，当电动汽车停放并连接到电网时，它能够从其电池。它们被称为车辆到电网系统，可以满足电力需求高峰，帮助管理过载并吸收可再生能源的剩余能源。

发展公用事业和电动汽车之间的这种关系有可能加速这两个行业的可再生能源转型。例如，在葡萄牙圣港岛，日立 ABB 电网和雷诺合作，利用电动汽车电池将可再生能源整合到该岛的电网中。车辆到电网技术辅以聚合平台，创建能源生态系统，这将使圣港成为世界上第一个智能无化石燃料岛屿之一。

回收电池组件

虽然新的商业模式、跨部门协作和电池设计可以促进电池的再利用和再制造，但也带来了进一步的挑战：回收其材料。这对于避免废弃电池中的有毒金属和材料排放到环境中、污染土壤和水至关重要。

谷歌和艾伦麦克阿瑟基金会 2018 年的一项研究评估了铅酸电池和锂离子电池的循环经济解决方案，发现回收锂离子电池存在技术困难，而且成本高昂。然而，从电池中回收钴和其他材料有很大的动力。为此，比利时和加拿大建立了大型回收中心。

今年早些时候，化学公司索尔维和公用事业公司威立雅宣布合作，为电动汽车锂离子电池中使用的关键金属创建一个循环经济联盟。威立雅已在法国运营一家电动汽车电池回收工厂 Euro-Dieuze Industrie，该工厂基于选择性提取金属的内部湿法冶金工艺。与索尔维的合作带来了优化钴、镍和锂等关键金属的提取和纯化的专业知识，旨在使这些金属能够重新用作生产新电池的原材料。

索尔维首席执行官伊尔哈姆·卡德里 (Ilham Kadri) 谈到该项目时表示：“索尔维将特种聚合物、复合材料和采矿解决方案相结合的独特专业知识，加上威立雅在废物管理方面的独特经验，是构建绿色电池生态系统的绝佳机会。”

威立雅董事长兼首席执行官安托万·弗雷罗 (Antoine Frérot) 补充道：“电动汽车电池的回收及其所含污染物的管理是重大的生态和工业挑战。通过合作，威立雅和索尔维帮助开发回收价值链并生产战略原材料，以实现可持续发展。”新电池的生产。”

扶持政策

诸如此类的私营部门举措要成功扩大规模，就需要政策制定者的支持。欧盟委员会已经承认，政策制定者需要密切关注产业集群和生态系统面临的机遇和挑战，这些产业集群和生态系统超越了传统产业部门，涵盖了价值链中的所有参与者——从中小企业到跨国公司——每个参与者都带来了自己的专业知识和创新能力。

欧洲电池联盟就是一个很好的例子，该联盟汇集了代表整个电池价值链的 120 多个欧洲和非欧洲利益相关者。在实施循环经济方法时，此类联盟可用于帮助引导工作并为大型项目提供资金，帮助消除创新障碍并提高关键领域的政策一致性。

欧盟委员会的循环经济行动计划指出，将在电池指令评估的基础上提出新的电池监管框架，该指令重点关注电池废物，并借鉴了欧洲电池联盟的工作。其重点之一是“确保有价值材料的回收”。对电池指令的评估还可能导致废物法规和“废物”本身的概念发生必要的变化。例如，在提供废物描述列表的欧洲废物目录中，没有锂电池的条目。然而，由于其易燃性，锂可能是危险的，因此需要适当处理。

全球有 8.4 亿人无法获得电力，许多发展中国家正在探索迷你电网作为脱碳能源的关键推动者。

通过循环经济创新协议，欧盟委员会为企业提供了提出建议的机会，以改善大规模使用和再利用电动汽车电池、发展车辆到电网服务以及电动汽车电池的二次利用。创新协议成员提出的一些问题已经为欧盟电池指令修订的磋商提供了信息。

电池循环经济的潜力

如果能够克服技术障碍并制定支持性法规，建立电池循环经济可能会对全世界，特别是新兴市场产生巨大影响。全球有8.4 亿人无法获得电力，许多发展中国家正在探索迷你电网作为脱碳能源的关键推动者。迷你电网是小型闭环能源系统，以分布式可再生能源（例如太阳能电池板）为中心。为了优化迷你电网，包括 Aceleron 在内的英国能源公司正在开展Energy Catalyst项目，对可维护电池如何将弹性融入此类能源系统进行实地研究。

循环经济中电池的另一个潜在大规模用途是支持数据中心和电信基础设施中的备用电源系统，最终支持互联网、连接和通信的基础。许多运营商正在转向锂离子电池，因为它们能够在这种环境下运行而无需冷却。电池技术在该行业中至关重要，它可以提供不间断的电源，保护网络免受意外中断的影响，并为整个数字基础设施提供更大的弹性。

循环经济的基础是向可再生能源的过渡。它的两个原则是消除浪费和污染以及保持产品和材料的使用。将这些原理应用于电池不仅可以确保锂等有价值且有限的材料在经济中循环，而且有助于实现能源转型并实现净零排放目标。

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本文由韩国SEBANG蓄电池（大陆地区）营销中心于2023-07-16 21:36:12 整理发布。
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