德國動力電池回收利用經(jīng)驗及啟示

文 / 中國汽車技術研究中心 黎宇科 高 洋

動力電池是電動汽車上最重要的關鍵零部件，主要分為鎳氫電池和鋰電池兩大類，由于這些電池含有鎳、鈷、鋰、錳金屬和含氟電解液（六氟磷酸鋰）等，廢棄的動力電池如果不能得到恰當?shù)奶幚頃廴经h(huán)境和危及人身安全。近年來，隨著電動汽車技術的日益成熟和市場化步伐的加快，電動汽車動力電池的生產(chǎn)量不斷擴大，各主要汽車生產(chǎn)和消費大國都開始考慮和關注動力電池回收利用問題。德國是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟起步最早、水平最高的國家之一，在電池回收利用方面也走在了世界的前列。

一、德國動力電池回收利用經(jīng)驗

德國在電池回收體系建設、動力電池回收利用技術示范及法律制度建設方面取得了豐碩成果，具體經(jīng)驗如下：

1. 已建立較完善的回收利用法律制度

德國的與電池回收相關的法規(guī)基本依照歐盟指令為基礎進行制定和修訂。德國的循環(huán)經(jīng)濟法主要依據(jù)歐盟《廢棄物框架指令（2008/98/EC）》制定；德國的電池回收法案和報廢汽車回收法案分別依據(jù)歐盟電池回收指令（2006/66/EC）和報廢汽車指令制定。歐盟電池指令和報廢汽車指令在個別地方有重復規(guī)定。在這些已經(jīng)制定實施的法規(guī)框架的約束下，產(chǎn)業(yè)鏈上的生產(chǎn)者、消費者、回收者均負有相應的責任和義務。依據(jù)歐盟和德國關于電池回收法規(guī)的規(guī)定：在德國，電池生產(chǎn)和進口商必須在政府登記；經(jīng)銷商要組織收回機制，配合生產(chǎn)企業(yè)向消費者介紹在哪兒能免費回收電池；最終用戶有義務將廢舊電池交給指定的回收機構。

2. 生產(chǎn)者責任延伸制度得到落實

在法律法規(guī)明確規(guī)定生產(chǎn)者責任的基礎上，德國生產(chǎn)企業(yè)迅速行動起來，開展動力電池回收利用活動。德國大眾和寶馬汽車公司都在研究如何開展動力電池回收利用工作。一個基本的考慮是利用經(jīng)銷商和維修服務商定點回收廢舊動力電池，然后再交給有資質(zhì)的處理企業(yè)進行回收利用。目前，寶馬公司正在考慮將從電動汽車上退役的動力電池進行梯級利用，因為從電動汽車上退役的動力電池仍有80%的剩余能量，寶馬公司正在和電力公司研究利用峰谷電機制將退役的電池用于儲能。

3. 已建立完善的電池回收體系

德國利用基金和押金制度，已建立便攜式電池和鉛酸電池的回收利用體系，并且運行良好。其中，便攜式電池回收以來GRS基金會來運轉(zhuǎn)，該基金會由德國領先的電池制造商和德國電子電器制造商協(xié)會于1998年推動成立，是歐洲最大的便攜式電池回收組織，該組織從2010年開始回收工業(yè)用電池，未來也可能將電動汽車動力電池納入該體系回收。該組織參加成員包括電池生產(chǎn)商和經(jīng)銷商近2600家，2012年，回收廢舊電池14511噸，回收率達到43.6%。該組織擁有17萬個電池收集點，在超市、商場均有該組織的綠色回收箱，即使是在鄉(xiāng)村中，每隔1～2公里也有一個回收點。該組織通過三種安全標記分類收集電池，以便在運輸和存儲過程中采取不同的安全策略。綠色箱子收集普通電池；黃色箱子收集高能電池（500g以上的鋰電池）；紅色箱子收集受損高能電池。

4. 已開展動力電池回收不同技術路徑的比較

德國環(huán)境部資助了兩個動力電池回收利用示范項目（LiBRi項目和LithoRec項目），分別用火法冶金和濕法冶金兩種技術對廢舊動力電池進行資源化利用，對比不同技術的回收利用效果。LiBRi項目已于兩年前結(jié)束。該項目開發(fā)了一套針對鈷和鎳的工業(yè)熱冶富集流程，并在德國建立了一個動力電池回收利用的中試工廠，主要采用火法冶金回收鋰電池中的鈷和鎳，但對鋰金屬的回收效果不好，因為鋰會進入冶煉后的爐渣之中，需要對爐渣進一步處理才能提取鋰鹽。LithoRec項目還在進行中，目前是實驗室階段，主要是用濕法冶金回收鋰電池中的各種金屬（包括鋰和稀土），實驗表明該方法對磷酸鐵鋰電池綜合回收率達到85%以上，對三元系（鋰鎳鈷錳氧）電池綜合回收率達到95%，其中對鋰的回收率可達到90%以上。該項目的主要參與單位布倫瑞克大學還開發(fā)了動力電池拆解的專用設備，可在拆解電池時測量電芯的電壓和內(nèi)阻。

5. 開展動力電池回收利用環(huán)境評價和經(jīng)濟評估

德國環(huán)境部資助的兩個動力電池回收利用項目均采用生命周期分析法（LCA）對回收動力電池的環(huán)境影響和經(jīng)濟效益等進行了評估?；鸱ㄒ睙挿桨赣捎谝獙t渣進行處理，因此在環(huán)境影響方面顯示CO2排放和非可再生累積能量需求上是負面的（含爐渣處理），酸化潛力是正面的。濕法冶煉方案顯示各種環(huán)境影響是正面的。在經(jīng)濟性方面，兩個項目研究結(jié)果顯示：當廢舊鋰電池達到一定量時，進行資源化利用均具有一定盈利空間。比如利用濕法工藝處理三元系鋰電池的經(jīng)濟平衡點為年處理量4200噸，估計在德國要到2020年；磷酸鐵鋰電池年處理量要6800噸，估計在德國要等到2026年。如將動力電池組的殼體（包括塑料、鋼鐵等）充分的回收利用，經(jīng)濟效益會大大提高。

圖 1 動力鋰電池回收利用典型流程

二、啟示和建議

目前德國政府已經(jīng)資助相關企業(yè)和科研機構開展兩個動力電池回收利用項目，從回收技術、經(jīng)濟性、環(huán)境性等方面進行了詳細分析，在動力電池拆解工藝和設備、關鍵金屬的回收利用技術和設備、回收工藝路線優(yōu)化和對比、動力電池包裝和運輸以及相關政策和標準等方面取得了一系列研究成果。德國政府已把動力電池回收利用作為下一步發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的一個重要組成部分。政府機構、企業(yè)和科研機構在動力電池回收利用領域均開展了實質(zhì)性工作，這不僅能夠樹立政府在公眾中的良好形象，而且能為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，解決社會的就業(yè)問題。動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)有市場、有利潤，能夠推動新產(chǎn)品、新工藝、新技術和新設備的研發(fā)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，同時也是我國發(fā)展電動汽車的重要保障。我們應該借鑒德國的經(jīng)驗，積極組織產(chǎn)業(yè)分工與合作，加快發(fā)展動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)。

1. 健全法律法規(guī)、政策和標準體系。現(xiàn)有廢舊電池回收利用相關法律法規(guī)、政策和技術標準的不足包括相關法律法規(guī)零散，缺乏系統(tǒng)性；原則性強，可操作性差；缺乏廢舊電池運輸、貯存、拆解、回收利用等相關技術標準，企業(yè)操作缺乏具體的技術指南；缺乏相關經(jīng)濟激勵制度（如押金制度）。在德國，消費者購買鉛酸電池要交7.5歐押金，電池回收時退回押金。

2. 規(guī)范和完善的廢電池回收渠道。我國廢舊電池回收市場的主要從業(yè)大軍是個體商販和小型回收企業(yè)，通過價格優(yōu)勢從銷售商和個人手中購入大量的廢舊電池，致使廢舊資源流向了沒有資質(zhì)的廢舊電池回收企業(yè)，造成環(huán)境污染和資源浪費。因此，要嚴格規(guī)范廢舊動力電池資源供應鏈，掐斷非法小廠的原料資源來源，引導廢舊動力電池流向有資質(zhì)的回收企業(yè)。德國一般通過電池基金會或其他組織來規(guī)范廢舊電池回收渠道，例如GRS電池基金會。電池企業(yè)根據(jù)每年電池的產(chǎn)量向基金會交納一定的資金后，可以共享基金會的回收網(wǎng)絡。

3. 落實生產(chǎn)者責任延伸制度。生產(chǎn)者責任延伸制度在我國的循環(huán)經(jīng)濟促進法中已經(jīng)得到確立，但在具體實施過程中沒有得到良好的貫徹，這會導致在廢電池回收過程中由于責任主體不明確而帶來的難以形成高效環(huán)?；厥盏膯栴}。德國生產(chǎn)者責任延伸制度明確規(guī)定，電池生產(chǎn)和進口商必須在政府登記；經(jīng)銷商要建立廢舊電池回收機制，并且要告知消費者回收地點；最終用戶要交給指定的回收機構。生產(chǎn)者責任延伸制度是包括各個主體在內(nèi)的制度體系設計，我國需要注重社會化回收的特點和第三方專業(yè)化回收的優(yōu)勢，建立一個具有中國特色的回收體系。

4. 開展動力電池的梯級利用研究。

動力電池從開始使用到電池能量完全耗盡報廢的壽命約為20年，然而，當動力電池只能充滿原有電量80%的時候，就不適合繼續(xù)在電動汽車上使用。如果這時將其直接報廢進行資源化處理，會造成可利用價值降低和資源能源的浪費。實際上，在動力電池（或者電池單體）外觀完好、沒有破損、各功能元件有效的情況下，可進行二次利用，例如作為太陽能、風能等清潔能源的儲能裝置，也可以用于電工、電氣照明、高爾夫球車等。通過梯級利用，可以讓動力電池延長使用壽命，充分實現(xiàn)其使用價值。

5. 盡快開展動力電池回收利用示范項目建設。結(jié)合我國的實際情況，選擇典型區(qū)域，進行車用動力電池回收利用技術示范應用。結(jié)合項目示范探討適合國情的回收方案，逐步建立我國廢舊車用動力電池環(huán)保、高效、有序的回收利用體系。

電動汽車的發(fā)展是解決能源危機和環(huán)境污染問題的重要途徑。目前，我國再生資源回收利用市場現(xiàn)存的廢舊電池回收體系，都是以普通廢舊電池（日常生活中常用的電池、車用鉛酸啟動電池）為主，在回收技術研發(fā)和回收管理體系的構建上還未涉及車用動力電池。在資源化循環(huán)利用領域，尤其是廢舊電池的循環(huán)利用領域，我國的管理體系、法律法規(guī)和技術標準還落后于發(fā)達國家。然而，我國電動汽車已經(jīng)處于電動汽車發(fā)展階段的重要時期，我們需要加快電動汽車動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和布局，出臺相關回收利用的法規(guī)和技術標準，構建完善的車用動力電池回收利用體系，解決車用動力電池進入生命周期末端后所帶來的潛在環(huán)境污染和資源浪費，在推動我國循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展的同時，也支持我國電動汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。