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      展會新聞

      動力電池供應的全球競賽

      動力電池,供應鏈,新能源汽車,電池

      劃重點:

      電池供應是電動車發展的阿喀琉斯之踵

      預計到2030年對電池的需求會增長14倍,相當于40到60座Tesla的超級工廠

      中國是電池供應全球競賽的領跑者

      目前,建設一個龐大的超級工廠網絡要嚴重依賴于污染最嚴重的發電方式

      電池供應是電動汽車的致命弱點。至少目前是這樣的。解決這一問題,以及支持公眾接受電動汽車的方法,是對電池生產設施進行數十億美元的投資。

      當前電動汽車約占新車銷量的4%左右(比方說2020年上半年歐洲的情況)。預測顯示,這一比例到2023年會躍升至10%,而到2030年會進一步提高到28 %至30%,到2040年,這個數字會躍升至58%至60%。

      盡管不同地區之間的差異仍然會很大,但是中國和歐洲的轉型會更快。前者是出于對清潔空氣的基本關切所驅動,后者則是由于監管和公眾壓力。在最終跟上之前,美國可能要落后一段時間。以下是Bloomberg New Energy Finance做出的一些預測(預測值包括電池EV + 充電式EV ):

      資料來源:Bloomberg New Energy Finance

      隨著這些圖表的數字在增加,對電池的需求也在增加。調整電池供應需要大力推動產業發展,因為預計到2030年對電池的需求會增長14倍,達到約1800 GWh 的年產能。這大概是什么水平呢?像Tesla在內華達州沙漠運營規模的那種設施要40到60個。

      這么龐大的增長需求會讓我們面臨兩個迫在眉睫的緊張局勢:全球電池生產的不平衡以及關鍵礦物的獲取。

      目前,中國是這場競賽的領先者

      就原始而言,到2030年,72%的電動汽車都將銷往歐洲和中國。與此同時,屆時計劃投產的115座大型工廠里面,有88座會設在中國。一些聲音已經在發出警報,比方說研究公司Benchmark Mineral Intelligence的價格評估主管Caspar Rawles。

      “盡管中國仍然是動力之源,但歐洲汽車工業對于能不能大規模提供高質量的一級鋰離子電池組仍然感到擔憂,擔心這回成為電動汽車加速發展的主要障礙?!?/span>

      就復雜性和范圍而言,制造用于電動汽車的電池與制造電動機無關。盡管全世界的汽車制造商均已經掌握了電動機的制造并內化,但電池需要的工廠和裝配線的規模是獨一無二的。

      “Gigafactory(超級工廠)”這個詞是馬斯克創造出來的。Giga表示千兆瓦時(十億瓦特小時),也暗示了工廠規模的“巨大”。

      在Model S推出不到一年后的2013年,這位Tesla的創始人兼CEO就向自己的經理講了以下這番運算:鑒于公司目標是本個十年末之前實現500000輛汽車的年產能,假設每輛汽車的電池容量為100KWh的話,馬斯克發現, 全世界的電池產量可能都會被Tesla給消化掉。講話結束時,他向負責電池供應的工程師求助,問什么樣的工廠才能實現自給自足。工程人員回答:“那會是一個巨大的設施?!?不出所料,馬斯克很喜歡這個主意。他下令進行全面研究,后來決定與當時最大的鋰離子電池供應商松下聯合建立一個規模創紀錄的工廠,并承擔50億美元投資的一半。

      以下這段話來自馬斯克 2014年對傳記作家Ashlee Vance說的話:

      “競爭對手對Gigafactory各種的嘲諷 。他們認為這個主意很愚蠢,像這樣的東西應該由電池供應商去制造。但是我可以告訴你,據我所知,所有的供應商都不喜歡要給電池工廠投入數十億美元的想法。

      你遇到了一個雞生蛋還是蛋生雞的問題,車企不會大量投入資金,因為他們不確定自己能不能賣掉足夠的電動汽車。所以,我知道,除非我們自己把這座血汗工廠給造出來,否則就沒法拿到足夠的鋰離子電池,而且我知道沒有人造這個玩意兒。第一座不是Tesla做的超級工廠什么時候會建成?我想起碼要到六年后。大型車企太過畏首畏腳了。

      他們希望在批準這種項目并繼續推進之前先看看別人能不能做成。我看他們可能要落后我們七年。但我希望我是錯的?!?/span>

      在行業對Gigafactory 概念的響應時機方面,馬斯克的預測還是稍微有點錯誤。在他做出預測的六年后,樂金化學(韓國)、寧德時代(中國)、比亞迪(中國)以及松下(日本)等電池制造商的運營設施已經可與Tesla的媲美。

      關于電池組的規模,馬斯克的預測也有些偏離。Tesla這里,目前的均值為接近60 KWh(而不是他估算的100 KWh),龐然大物Cybertruck 的電池組是250KWh——但這是極端情況。

      但他在其余方面的預測是正確的:事實證明,超級工廠對于確保汽車制造商的自給自足至關重要。Tesla今年似乎有望生產500000輛汽車,而超級工廠的產能有望達到54 GWh ,也就是相當于每天生產約800萬個電池。

      至于第一家超級工廠,的確是超級巨大:這座工廠位于內華達州Reno市以東,整個建筑物長500米,占地200000平方米,是美國最大的單屋頂設施之一。在全世界也只有飛機裝配廠能夠超越它的規模。

      目前,全球汽車電池供應的天平明顯向亞洲傾斜,尤其是中國,后者控制著全球70%以上的產能:

      資料來源:Benchmark Mineral Intelligence

      資料來源:Benchmark Mineral Intelligence

      但是,隨著歐洲正在醞釀多個工廠項目,產業的版圖正在快速發展。在斯堪的納維亞半島,一家叫做Northvolt 的瑞典公司計劃于明年開始為包括大眾汽車和寶馬公司在內的客戶設立一家大型工廠,另外一家工廠則計劃到2025年在德國建成。其他的項目甚至更加野心勃勃,比方說中國制造商寧德時代打算在德國建設100 GWh 的產能。

      這張圖說明了一件事,歐洲目前的項目令人不安。

      歐洲擬建的超級工廠,資料來源:Benchmark Mineral Intelligence與Monday Note

      歐洲擬建的超級工廠,資料來源:Benchmark Mineral Intelligence與Monday Note

      在歐洲計劃的14個項目里面,其中有10個要靠碳排放密集型的電力生產,項目地點分別在德國,匈牙利和波蘭。主要靠58個核反應堆制造88%的無碳電力的法國,到目前為止籌建的工廠只有一個。

      但凡牽涉到要對工業設施進行數十億歐元的投資時,德國由于其所具備的工業知識總會更具吸引力。至于法國,雖然我不愿這么說,但我懷疑法國的勞資關系,其一連串引人注目的社會沖突,正在對投資者起到威懾的作用。除非法國做出路線調整,否則可能會帶來可怕的社會影響:與內燃機和動力總成制造相關的數千個工作崗位將會消失,需要通過在電池制造領域創造數千個工作崗位來抵消影響。

      為了公平,我應該提一下French ACC(ACC代表汽車電池公司),這是傳統電池制造商Saft (現屬于道達爾所有)和法國汽車制造商PSA 聯合設立的合資企業(各占50/50),該公司計劃在法國北部建立一家電池工廠。第二家將設在德國。法國政府最近要求雷諾也加入該項目。

      大規模制造電池的工序對電的消耗很大。這里有一些數字可以說明問題:生產一千瓦時的電池容量需要大約60千瓦時的裸電量;容量為45GWh的超級工廠每年要消耗2.7萬億瓦時。這相當于一個容量為1300MW的核反應堆的四分之一!

      因此,盡量減少對生態的影響是建設大型工廠的重要組成部分。埃隆· 馬斯克對其“內華達州超級工廠”的設想是,利用一切可用的技術,比方說大規模部署太陽能電池板、風力渦輪機和熱交換器,利用沙漠的溫度變化為建筑物和設備降溫,從而實現碳中和。

      歐洲絕大多數的超級工廠項目不太可能那么綠色環保。這是一個不幸的矛盾沖突,歐洲會大規模推廣電動汽車,但建設一個龐大的超級工廠網絡卻要嚴重依賴于污染最嚴重的發電方式。這一點令人錯愕,因為會讓轉型電動汽車帶來的大部分環境效益失效。

      所以,要以負責任的方式去獲取礦物

      在深入探討之前,請允許我先介紹一下電池的制造過程。電池是由各種材料一層層卷繞起來然后裝進比標準AA電池稍大的容器里面的:

      資料來源:Tesla

      資料來源:Tesla

      電池造好之后,要壓進一個堅固的鋁制外殼里面封裝好。這個鋁殼一般位于汽車底板下方以降低重心。根據型號不同,一輛Tesla大概包含有4000到7000個這樣的電池。整個電池組大概有300–500公斤重。其他汽車制造商可能會采用不同的電池形式,一般是棱柱形或“袋狀”電池,尺寸要比Tesla的大得多,電池的數量是數百個而不是數千個。但是大家的制造過程都是很相似的。

      此圖是根據悉尼科技大學的研究論文制作出來的,展示了電池不同層的制造工藝流程的分解,并且突出展示了部分關鍵礦物的重要性:

      資料來源:悉尼科技大學

      跟普遍的假設相反的是,其實還有大量的鋰資源未被開發出來。不過其他的主要礦物質,無論是用于原材料生產還是精煉,情況就不一樣了。比方說,60%的鈷來自剛果民主共和國,但大部分都是在中國精煉的。再次地,得益于分布廣泛的自然資源和強大的工業生產能力,中國有望在一段時間內控制住電池行業,就像下面這張地圖所示那樣,大多數的生產線都集中在中國。

      鋰電池供應鏈地圖

      這種情況在某種程度上跟1970年代的能源形勢有些相似,當時極度需要石油的西方國家對中東原油形成了依賴,被迫要忍受各種破壞性的禁運和危機。

      除了供應鏈的不確定性之外,任何一個國家也繞不開貴重礦物開采地的情況。而且情況并不好,在非洲、拉丁美洲或東南亞,生產環境和自然環境都很不好。參與者必定面臨供應鏈這一部分必須以某種形式加以改善的巨大壓力。

      最后,我們再來談談另一個與電動汽車相關的錯誤觀念:回收利用。簡而言之,處理報廢的電動汽車電池再也不是問題。首先,以下是各種礦物質成分的可回收性狀況:

      資料來源:悉尼科技大學可再生能源礦物質來源

      資料來源:悉尼科技大學可再生能源礦物質來源

      就像我們所看到的那樣,盡管還有工作要做,但那只涉及到組件的一小部分。這個問題等到它出現的時候會得到解決的,那會是十年以后的事了。屆時,收集廢舊電池的渠道將會就位,由于嚴格的環境法規,對這些組件進行分離和再利所需要的濕法冶金等技術應該已經具備得到廣泛采用了。

      我們現在已經進入到這樣一個時代,那就是政治和公眾均已認識到,環境的緊迫性不再被視為對經濟發展的障礙,而是經濟發展的根本基礎所在。在十年之內,可持續行駛數十萬英里而幾乎不需要維護的電動汽車將會成為常態。這一切之所以變得可能都是因為電池,隨著電力生產以不同的借組過渡到低碳化,電池也會變得更加綠色。在這一點上,并不缺少讓我們持樂觀態度的論據。

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