中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國國家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的行業(yè)專家聯(lián)合于2021年2月發(fā)布了一份調(diào)查報(bào)告，并于2021年3月修訂。這份報(bào)告分析了美國電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用的鋰離子電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)因素、障礙和推動(dòng)因素，還分析了美國適用于鋰離子電池再利用、回收和處置的聯(lián)邦、州和地方法律要求，以及與違規(guī)相關(guān)的法律責(zé)任。最后，這份報(bào)告概述了美國明確解決大型鋰離子電池的再利用/回收和處置的政策和舉措。
這份調(diào)查報(bào)告表明，大型鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是美國和全球范圍內(nèi)零碳能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。而專注于減少碳排放和提高電網(wǎng)彈性的國家政策和國際政策將繼續(xù)推動(dòng)對電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的鋰離子電池的需求。僅在美國，部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（用于支持可再生能源發(fā)電設(shè)施）的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將從2013年的523MW增長到2025年的7.3GW，預(yù)計(jì)到2035年美國將擁有4600萬輛電動(dòng)汽車(EV)。
由于電動(dòng)汽車和固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)市場的快速增長和對電池的持續(xù)需求，導(dǎo)致了人們對于全球環(huán)境和電池供應(yīng)鏈的擔(dān)憂。鋰離子電池中使用的關(guān)鍵材料（例如鈷、鋰、鎳、石墨、錳）儲(chǔ)量是有限的，并且僅在全球少數(shù)國家和地區(qū)開采。此外，這些電池原材料通常在環(huán)境和人類健康法規(guī)不太嚴(yán)格的國家和地區(qū)開采。到2050年，石墨、鋰和鈷的需求預(yù)計(jì)將增加近500%，如果鋰離子電池的市場需求趨勢持續(xù)下去，專家預(yù)計(jì)鎳將在5～6年內(nèi)出現(xiàn)供應(yīng)短缺情況。
此外，隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量的增加，廢舊鋰離子電池的數(shù)量也會(huì)增加。根據(jù)鋰離子電池具有10年工作壽命的假設(shè)，到2040年，美國僅用于電動(dòng)汽車應(yīng)用的鋰離子電池?cái)?shù)量可能達(dá)到每年200萬塊。而由于發(fā)生早期故障（例如汽車碰撞和電池更換）以及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)部署量超出早期預(yù)期而導(dǎo)致的退役，退役或報(bào)廢的鋰離子電池?cái)?shù)將會(huì)增加得更多。
隨著美國第一代電動(dòng)汽車電池逐漸報(bào)廢，全球?qū)︿囯姵仃P(guān)鍵材料的需求增加，美國行業(yè)利益相關(guān)者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和政策制定者開始考慮推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)鋰離子電池管理決策的解決方案和行為，并確定鋰離子電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)的障礙。鋰離子電池的循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則試圖從“獲取-制造-消費(fèi)-處置”的線性經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵试S產(chǎn)品和材料的長壽命、高性能以及再利用/回收的循環(huán)系統(tǒng)。
這份調(diào)查報(bào)告還有以下一些發(fā)現(xiàn)：
鋰電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)因素
新的市場機(jī)會(huì)、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性，以及減少對環(huán)境的負(fù)面影響是推動(dòng)美國聯(lián)邦、州和地方對鋰離子電池的再利用和回收進(jìn)行投資的驅(qū)動(dòng)因素。鋰離子電池的回收市場將包括電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用以及需要較少充放電循環(huán)的應(yīng)用（例如無人機(jī)和叉車）。美國現(xiàn)有的有關(guān)電池業(yè)務(wù)（例如汽車拆解商、制造商、維修店、機(jī)械師、第三方回收公司和生命周期管理公司）可以擴(kuò)展到包括鋰離子電池維修、回收、處理和運(yùn)輸服務(wù)。
還可能會(huì)出現(xiàn)新的公司來提供再利用和回收的產(chǎn)品和服務(wù)，其中包括（1）電池的收集、運(yùn)輸、拆卸；（2）用于識別電池化學(xué)成分的診斷和篩選測試；（3）維修、翻新、重新組裝、安裝、回收、逆向物流和轉(zhuǎn)售。此外，從鋰離子電池中回收關(guān)鍵材料（例如鋰、鈷、鎳、錳和石墨）可以減少美國對國外市場和進(jìn)口的依賴，并促進(jìn)國內(nèi)生產(chǎn)和制造行業(yè)的發(fā)展。鋰離子電池的二次使用可以減少可重復(fù)使用產(chǎn)品的處置，而基于回收的鋰離子電池資源可以從垃圾填埋場轉(zhuǎn)向采用具有價(jià)值的材料。此外，通過二次利用延長鋰離子電池的使用壽命，可以減少能源輸出以及生產(chǎn)新的鋰離子電池所需的原始材料的獲取、運(yùn)輸和精煉成本，從而降低其在生命周期中的環(huán)境影響。
成本節(jié)約、利潤增加、競爭力增強(qiáng)是增加對電池產(chǎn)品和工藝創(chuàng)新以及鋰離子電池再利用和回收的私有投資的驅(qū)動(dòng)力。電池制造商和儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者可以出售使用過的鋰離子電池以產(chǎn)生收入或捐贈(zèng)鋰離子電池用于慈善用途并獲得稅收抵免。電池制造商可以通過重復(fù)使用從客戶保修退貨、電池廢料和其他退役鋰電池中回收的材料來降低制造成本。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者和第三方回收商也可以通過將回收材料出售到商品市場來產(chǎn)生收入。此外，從事再利用和回收等環(huán)境可持續(xù)商業(yè)實(shí)踐的企業(yè)可能會(huì)反過來提高消費(fèi)者對電池回收市場的信心及其在市場上的整體競爭力。
鋰離子電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)面臨的障礙
美國的鋰離子電池的再利用和回收市場剛剛起步，并且支持鋰離子電池再利用和回收的服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施十分有限。此外，目前可用于鋰離子電池再利用和回收利用的基礎(chǔ)設(shè)施、流程和技術(shù)并沒有針對有效且經(jīng)濟(jì)高效的材料修復(fù)或回收進(jìn)行優(yōu)化。因此，與更便宜、更容易獲得的電池處置方案相比，美國的再利用和回收方案不太容易實(shí)施并且成本更高。
此外，美國私人投資新的和擴(kuò)展的鋰離子電池的循環(huán)經(jīng)濟(jì)市場機(jī)會(huì)的動(dòng)機(jī)或激勵(lì)也很有限。對于再利用和回收的鋰離子電池的價(jià)值和市場，可供投資決策參考的公開信息和數(shù)據(jù)有限。美國州和地方電網(wǎng)互連、消防、建筑和電氣法規(guī)對鋰離子電池的適用性通常不明確，因此難以確定可行的二次使用。還有，證明再利用和翻新鋰離子電池的質(zhì)量、性能、安全性和技術(shù)可行性的公開信息和項(xiàng)目也很有限，這也可能影響消費(fèi)者對鋰離子電池在電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中再利用的信任和信心。此外，美國聯(lián)邦和各州固體廢物以及聯(lián)邦運(yùn)輸法規(guī)則并沒有為鋰離子電池回收提供激勵(lì)，尤其是當(dāng)處置的經(jīng)濟(jì)性和可及性更有利的時(shí)候。
鋰離子電池循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)者
美國需要制定激勵(lì)政策來推出鋰離子電池的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。美國政府資助的研究與開發(fā)(R&D)和分析可以通過提供有助于緩解市場不確定性的問題的答案，從而使私人投資能夠在新的和擴(kuò)大的鋰離子電池市場機(jī)會(huì)的早期階段為鋰離子電池的再利用和回收。例如，車輛診斷和退化數(shù)據(jù)，以及在現(xiàn)場監(jiān)測電池的改進(jìn)方法可以幫助預(yù)期壽命預(yù)測，可用于為供應(yīng)預(yù)測提供信息并幫助確定可行的二次使用的應(yīng)用。這些政策還可以強(qiáng)制或激勵(lì)鋰離子電池的再利用和回收，這對于鋰離子電池的可持續(xù)材料管理實(shí)踐是必需的，直到市場成熟并且再利用和回收的經(jīng)濟(jì)性比處置更具競爭力。例如，政府補(bǔ)貼、資助和獎(jiǎng)勵(lì)可用于降低財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，并使私營企業(yè)的早期投資更加可行。制定的政策還可以強(qiáng)制重復(fù)使用或回收或禁止處置，還可以通過減少與處置相比的監(jiān)管負(fù)擔(dān)和法律責(zé)任來激勵(lì)重復(fù)使用和回收。（注：本報(bào)告中廣泛使用“政策”，不僅包括美國聯(lián)邦、各州和地方法規(guī)要求，還包括政府舉措和目標(biāo)）。
美國聯(lián)邦、州和地方法律要求
在這一報(bào)告中，還分析了適用于鋰離子電池再利用、回收和處置的聯(lián)邦、州和地方法律要求，以及與違規(guī)相關(guān)的法律責(zé)任。對美國州和地方互連、消防、建筑和電氣法規(guī)的分析表明，這些法規(guī)通常很復(fù)雜，而且由于司法管轄區(qū)不同而有所不同，通常并沒有明確針對電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。事實(shí)表明，這些法規(guī)如何應(yīng)用于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可變性和模糊性造成了不確定性，可能會(huì)影響鋰離子電池在并網(wǎng)和離網(wǎng)應(yīng)用中的重用。這份報(bào)告還根據(jù)1976年發(fā)布的資源保護(hù)和回收法案(RCRA)分析了美國聯(lián)邦固體廢物要求，這些要求可能適用于在回收或處置之前積累或儲(chǔ)存的大型鋰離子電池以及正在回收或處置的鋰離子電池。報(bào)告中發(fā)現(xiàn)，大型鋰離子電池通常被視為美國資源保護(hù)和回收法案(RCRA)危險(xiǎn)固體廢物或通用危險(xiǎn)廢物，需要遵守嚴(yán)格的生成、處理、儲(chǔ)存、處理、回收和處置要求，這些要求會(huì)對不合規(guī)行為進(jìn)行民事和刑事處罰。此外，用于資源回收的鋰離子電池通常以與處置鋰離子電池相同的方式進(jìn)行監(jiān)管，這不會(huì)為回收鋰離子電池提供監(jiān)管激勵(lì)。此外，證據(jù)表明，對于鋰離子電池某些再利用和回收過程（例如，陰極再鋰化）是否會(huì)觸發(fā)資源保護(hù)和回收法案(RCRA)的監(jiān)管，還存在混淆和管轄權(quán)差異。
鋰離子電池材料管理政策
這份報(bào)告概述了美國明確解決大型鋰離子電池的再利用/回收和處置的政策和舉措。并發(fā)現(xiàn)沒有美國聯(lián)邦政策解決電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的鋰離子電池的重用或報(bào)廢管理選項(xiàng)。報(bào)告發(fā)現(xiàn)，北卡羅來納州和加利福尼亞州是美國發(fā)布了一些積極政策的州，其政策直接解決了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用的鋰離子電池的重用或報(bào)廢管理問題。例如，北卡羅來納州的法律要求州機(jī)構(gòu)研究并推薦有關(guān)儲(chǔ)能系統(tǒng)電池的再利用、回收和處置的政策。同樣，加利福尼亞州的法律要求加利福尼亞州環(huán)境保護(hù)局進(jìn)行研究，并提出政策建議，以實(shí)現(xiàn)100%再利用和回收電動(dòng)汽車鋰電池的目標(biāo)。夏威夷州也提出了一項(xiàng)法案，如果該法案獲得通過，將需要進(jìn)行全面的研究，以確定處理和回收清潔能源材料（包括電池）的最佳實(shí)踐。除了發(fā)布法規(guī)之外，加利福尼亞州還制定了一項(xiàng)由州主導(dǎo)的計(jì)劃，以研究電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的鋰離子電池退役和報(bào)廢管理選項(xiàng)。這些最近的政策可能預(yù)示著一種日益增長的趨勢，即優(yōu)先考慮用于電動(dòng)汽車和固定電池儲(chǔ)能應(yīng)用的鋰離子電池提前退役和報(bào)廢電池的可持續(xù)材料管理實(shí)踐。
這份報(bào)告的結(jié)果還基于法律和文獻(xiàn)研究。此外，包含了美國國家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的行業(yè)專家與各種電動(dòng)汽車和固定電池儲(chǔ)能系統(tǒng)專家（包括學(xué)術(shù)和研究組織、行業(yè)協(xié)會(huì)、鋰離子電池制造商、鋰離子電池再利用/維修/回收公司、顧問以及美國聯(lián)邦和州監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及政策制定者通過電話會(huì)議和電子郵件進(jìn)行的交流。每次提出的問題都是專門針對行業(yè)利益相關(guān)者的專業(yè)領(lǐng)域量身定制的。雖然這份報(bào)告針對的是固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)和電動(dòng)汽車采用的鋰離子電池，但關(guān)于鋰離子電池再利用和報(bào)廢材料管理的大部分信息和經(jīng)驗(yàn)都源自美國對廢舊電動(dòng)汽車鋰離子電池的加強(qiáng)管理。此外，本報(bào)告僅限于美國鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的監(jiān)管、政策和市場分析。
該報(bào)告旨在為決策者提供信息，包括參與政策設(shè)計(jì)的決策者；該報(bào)告并不認(rèn)可任何特定的政策機(jī)制，也沒有評估所有監(jiān)管要求和政策可能對美國電池儲(chǔ)能系統(tǒng)市場或相關(guān)市場產(chǎn)生的影響。
作者：Taylor L. Curtis, Ligia Smith, Heather Buchanan, and Garvin Heath
（未經(jīng)授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載）
