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电动汽车比柴油车更清洁不假,但废电池堆积如山又成新的环境挑战
2019-11-07 11:25 前瞻网   

 

自本世纪头十年第一辆现代电动汽车(EV)上路以来,批评人士很快就开始质疑其贴上的“清洁”标签。从对制造业的担忧到电池电源以及整体的自主能力,电动汽车一直受到怀疑论者的密切关注。随着大量的争论和错误信息困扰着这片水域,电动汽车背后的事实变得有些模糊——那么这些汽车到底有多清洁呢?

人们经常提出的一个与电动汽车清洁形象形成对比的论点是,电动汽车电池制造过程背后的污染。事实上,稀土金属是电池的组成部分,它们的提取和操作会导致碳排放。然而,正如2018年国际清洁交通委员会(ICTT)的一份报告所表明的那样,生产电池的国家以及电池成分对排放的影响要大得多。

中国电动汽车和内燃机车的对比研究证实了ICTT的报告,表明基础设施和高效的制造技术是减少生产过程中碳排放的关键。中国电动汽车电池制造商在制造过程中产生的二氧化碳比ICEV发动机多60%,但如果采用美国或欧洲的制造技术,则可减少至多66%的排放。因此,通过提取过程和电池生产所产生的污染与汽油或柴油发动机的制造过程持平或略高。

在其研究中,ICTT还指出,在其使用寿命期间,电池和燃油在排放方面存在明显差异。由于没有燃烧和完全没有尾气排放,电动汽车的大部分排放是通过其制造过程和能源来源产生的,这使它们相对于汽油和柴油动力汽车具有优势。

从电动汽车的整个使用寿命来看,电动汽车的总体影响更为明显,而内燃机汽车无法与之竞争。与使用化石燃料的汽车相比,无论使用何种能源发电,电动汽车在其使用寿命内的排放都要低得多。

电动汽车的废电池何去何从?

出于电动汽车的清洁性,电气化是解决迫在眉睫的气候危机的最大关键之一。随着道路上行驶的电动汽车越来越多,耗油大车辆相应减少,司机燃烧的化石燃料也越来越少,排放到大气中的温室气体也越来越少。但是随着电动汽车的普及,我们又面临着另一项环境挑战:该如何处理电动汽车废弃的电池呢?

根据今天在《自然》杂志上发表的一篇新论文,这些电池开始堆积成一个问题。我们不可避免地需要回收许多电池,但是从电动汽车的废旧锂离子电池中收集有用的材料仍然很繁琐且充满风险。幸运的是,仍然有希望。该论文的作者说,制度上的改变(例如在设计电池时要考虑回收利用,并使用机器人来自动拆卸)可能会改变电池回收的方式。反过来,这些改进可以通过使用旧电池提供制造新电池所需的材料,使电动汽车更加环保。

2017年,全球电动汽车销量超过100万辆。该研究作者估计,仅这些汽车,最终将产生25万吨的废弃电池组。如果这些垃圾最终宿命是丢进垃圾填埋场,则会冒着经历“热失控”过程的风险,该过程基本上是电池中的化学反应,会导致电池升温,甚至燃烧起来或爆炸。 (这就是为什么当你登机时,禁止在托运的行李中放置多余的锂离子电池。)

但是垃圾填埋场爆炸并不是避免丢弃旧电池的唯一原因。实际上,它们从车中取出后很长一段时间内都是有用的。就像你的手机一样,随着时间的流逝,电动汽车中的电池将无法长时间保持电量。因此,司机可以更换新电池或干脆买一辆新车。但是,用过的电池通常可以保持和放电高达80%的电力。这导致了一些聪明的解决方案,以解决如何使用第一批进入市场的电动汽车电池。

今年,丰田启动了一项计划,将旧的电动汽车电池与太阳能电池板配对,为日本的7-11商店供电。随着重新使用这些电池的赚钱,寻找二次使用的应用已经超过了回收利用的努力。

“如果旧电池还能让你赚钱,那么人们就会跟着去做。目前,还没有系统,没有(用于回收电动汽车电池的)基础设施,因此,要实现一项业务的盈利能力并不清楚。”新论文的合著者琳达·盖恩斯(Linda Gaines)说。她也是Argonne国家实验室的系统分析师,该实验室是由芝加哥大学和美国能源部运营的研究中心。

盖恩斯和她的合著者看到了一个新的机会,即可以利用旧材料来满足对新汽车电池的需求。电动汽车的锂电池由钴制成,钴是一种主要在刚果开采的矿物。但是,该地区对钴的需求不断增长,导致有人指控称,开采钴会造成童工和其他社会和环境问题。因此,伯明翰大学的研究员、这项研究的主要作者Gavin Harper认为,在某些情况下,回收电池并将这些有价值的材料重新用于新的制造,而不是一味追求电池可能更有意义。他说:“将钴从电池中取出,并在早期将其制成新电池是否更好?”

为了能够将电池回收到不断增长的电动汽车市场所需的规模,汽车行业将需要解决一些关键挑战。首先,当今的电池并不是为了方便拆卸而设计的。电池并非全部以一种标准的方式制造,因此很难实现自动拆解。很多工作需要有一定技能的人手工完成,以避免在这个过程中伤害到自己。毕竟,这些东西可能会爆炸。 (这样做的话,它们还会产生有毒气体。)电池中使用的密封剂和粘合剂的类型非常坚固,使得工人的工作更加困难。

该论文解释说,借助机器人来拆卸可以解决人类面临的风险,而且可以让这个过程足够快,以应对未来电池的大量涌入。但是机器人将需要更多标准化的电池,以发挥其全部潜能。对于正在寻找便宜原材料的制造商来说,这些设计上的改变也可能是一场胜利。更容易的拆卸可以从电池中提取出更纯净的材料,从而产生更有价值的材料,这些材料随后可以出售或用于制造新电池。

“‘为循环利用而设计’的想法应是电池制造商要牢记的。”盖恩斯说,“这种想法需要进入产品制造的一般阶段。”

两位作者计划开始对他们提出的解决方案进行试验,但机器人拆解电池的装配线仍需要数年时间,目前还没有最后期限。

 

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责任编辑: 3976DBC

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