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核心观点：在美国内华达州等地，企业家们期待着即将到来的电动汽车锂离子电池报废热潮，并希望为回收的矿物创造一个市场。

向内华达州里诺市以东30行驶英里，经过布满灰尘、点缀着淡蓝色鼠尾草的山丘和偶尔出现的人身伤害律师广告牌，一座巨大的混凝土建筑赫然耸立在沙漠中。完全建成后，它将成为一项商业的试点，企业家们将其视为美国未来绿色经济的一个重要方面：锂离子电池回收。

建筑经理查克·莱伯指出了卡车卸下电池的区域，以及房间里用来收集泄漏化学品的深层排水管。他向我展示了建筑下方的两英尺厚的混凝土板，这是一个坚实的地基，以便工人们移动设备和调整厂房，从而改进回收过程。今年晚些时候，第一批电池将在这里进行处理，最终目标是逐步提高到每年处理2万吨电池。

这座占地6万平方英尺的工厂由美国电池技术公司所拥有，这是一项积极的探索，旨在解决电动汽车带来的环境问题——生产它们的电池组需要大量的资源。这也是在考验商业领袖能否兑现他们帮助建立循环经济的承诺：在循环经济中，材料可以无限期地重复使用，最大限度地减少从地球上不断开采更多矿物的需求。

自2019年以来，电动汽车在汽车市场上的份额增加了两倍多，2021年全球销量达到660万辆。在降低气候影响的压力及直接的监管下，许多汽车制造商已经承诺在2040年前停止销售新的燃油汽车。“我们的目标是在五年内让数千万辆电动汽车上路，”可持续发展咨询公司Anthesis Group的亚历山大·米洛瓦诺夫说，他研究了电动汽车转型将如何影响美国的电网，“我们谈论的是一个正在爆炸式增长的市场。”

为了满足不断增长的电动车电池需求，美国政府和企业正在投资国内所需矿物的开采——包括镍、锰、钴和锂（其价格在2021年增长到四倍多）。他们同时也在寻找方法，通过回收利用来减少对新开采材料的依赖。2022年3月，美国总统乔·拜登援引《国防生产法》来增加高需求矿物的供应，引导国内对采矿和其他形式的回收进行投资。

美国电池技术公司希望在内华达州费恩利建造一座占地6万平方英尺的锂离子工厂，以加速国内的电池回收。

研究人员表示，解决回收利用问题有助于避免持续采矿和有害电池废弃物积累带来的环境风险，然而对这些电池进行再加工和提炼其中的金属以供重复使用既困难又昂贵，而且许多人仍然怀疑这种电池供应链能否持续运作。“电动汽车电池是一项高度复合的技术，其中包含许多不同的组件，因此回收设施将会非常复杂，”加州大学河滨分校的地质学家迈克尔·麦吉本说，“从长远来看，这很重要；但从短期来看，它还有很长的路要走。”

提取特定矿物

为了给汽车供电，电池中的电子从负极（即阳极）移动到正极（阴极）。通常情况下，阳极由铜和石墨制成，而阴极由一类称为锂金属氧化物的化合物组成，含有锂以及钴、锰和镍等其他金属。

所有这些金属都必须提取出来，而且仅靠回收还不能满足市场需求。尽管美国有很多铜矿（并从废品回收中获得相当大一部分铜），但锂离子电池中几乎所有的其他金属都来自其他国家的矿区。全球80%以上的锂来自智利、澳大利亚和中国，而60%以上的钴来自刚果民主共和国。

这种对海外市场的依赖可能伴随着代价。例如，如今开采的大部分锂来自智利脆弱的阿塔卡马沙漠，那里通过在大型池塘中蒸发盐水来提取锂。这种方法具有成本效益，但研究人员和当地社区对有毒废弃物以及水资源枯竭和污染表示担忧；据估计，提取1吨锂需要50万加仑的水，其中大部分被蒸发掉。在一些地区，开采电池金属也与侵犯人权有关，例如刚果民主共和国的钴矿，那里的公司被指控使用童工、支付低薪以及未提供基本的安全设施。

电动汽车由大型电池组提供动力，电池组由数千个单独的电池组成。每个电池包含四个主要部件：负极（阳极）、正极（阴极）、电极之间的塑料隔板，以及供锂离子流动的电解液。生产这些部件需要消耗大量的能量和材料，尤其是阴极。

材料的长途运输还会产生温室气体：在有人坐上全新电动汽车的驾驶座之前，一些电动汽车电池材料在运输途中已经旅行了数万英里。（尽管如此，除了少数例外，电动汽车的碳足迹仍比燃油车要小，因此电气化交通是减少碳排放、避免灾难性气候变化的关键。）

目前，采矿仍然是必要的，研究人员认为可以通过本土运营和新技术来减小其影响。但他们表示，改进回收利用技术和商业模式也至关重要。经过数千次的充放电后，锂离子电池的电极单元就会耗尽，正极材料就会出现裂缝，导致电池无法储存和提供足够的电量。数以百万计的电动汽车电池很快就会达到这种损耗程度，如果将它们存放在垃圾场，它们可能会渗出有毒化学物质，甚至会起火。少数几家美国公司回收电池进行再利用，但产能远低于从汽车、手机、电脑和其他电子产品中回收锂离子电池的产能。2019年，美国回收公司从垃圾填埋场转化了约15%的报废锂离子电池。

回收利用所面临的挑战

盈利能力是一个主要障碍。尽管锂离子电池中含有有价值的金属，但很难把它们拆开，从一层层紧密堆叠的无机和有机化合物中提取矿物。据一项研究估计，回收锂的成本是卤水开采原始锂的五倍。相比之下，燃油车上的铅酸电池几乎完全是从垃圾填埋场转化和回收的。“与锂离子电池相比，回收铅酸电池非常容易，”地质学家詹斯·古兹曼说，他是德国亥姆霍兹弗莱贝格资源技术研究所的所长，也是《材料科学研究前沿进展年鉴》上一篇关于构建循环金属经济的文章的合著者。

组成锂离子电池的矿物来源于世界各地，其中一些来源于环境和劳工标准相对较差的国家。上图给出了一些主要电池矿物的主要来源。

另一个问题是，目前主要的锂离子电池回收工艺也不是特别高效。许多回收商使用火法冶金工艺，需要熔化电池和烧掉塑料隔板以提取目标金属。火法冶金是能源密集型的，会排放有毒气体，而且根本无法回收包括锂在内的一些有价值的矿物。

随着电动车销售额不断增长，大规模的电动车电池报废潮将很快加剧回收问题。研究人员预测，到2028年，全世界将有超过100万吨的电池需要处理。伦敦大学国王学院的材料科学家劳拉·兰德说：“我喜欢把它与塑料行业进行比较——我们有很多塑料垃圾，而人们并没有真正面对这个问题——我只是担心这种情况也会发生在电池上。”而根据澳大利亚悉尼科技大学可持续未来研究所撰写的一份报告，如果能够实现盈利，那么到2040年，实现规模化回收电动车电池可以将全球对新开采的锂的需求减少25%，对钴和镍的需求减少35%。

从汽车中获取电池

然而，为了回收电池，这些初创公司首先要确保这些电池组能够被送到他们的工厂——这本身就是一个挑战，因为目前处理报废汽车的工厂没有针对电动汽车的规范流程，包括如何处理电池。梅尔塞特表示，他的公司希望与通用汽车、福特和斯特兰蒂斯（拥有道奇、吉普和玛莎拉蒂等多个品牌）建立新的合作关系，以确保在汽车以旧换新时，电池将被送去回收利用。而红木材料公司已经宣布与大众、丰田、福特和其他汽车制造商在电池收集和回收方面开展合作。

归根结底，电池回收的成功取决于它能否足够便宜。负责任采矿保证倡议联盟的执行董事艾梅·布兰格表示，即使技术有所改进，回收商也可能难以使他们的产品在成本上与原始矿物竞争。该组织与企业合作，改善采矿项目的环境和劳工标准。可能还需要有激励措施和法规：在欧盟，监管机构已经提出了可持续电池的指导方针，其中包括要求电池中含有一定比例的回收材料。