宝马的循环经济——对低能高耗取锂说不

在2021德国国际汽车及智慧出行博览会(IAA)上,宝马集团提出了对循环经济和可持续出行进行了前瞻性展望,并带来BMW i循环概念车(BMW i Vision Circular)的全球首发。由此,宝马更是坚定了对循环经济和可持续发展的高地占领。


对于宝马来说,践行循环经济和可持续发展远比概念性口号宣传更重要。几乎与BMW i循环概念车亮相慕尼黑IAA的同时,10月6日,宝马宣布通过旗下BMW iVenture风险投资基金对美国初创企业Lilac Solutions进行投资,以资助其专利的离子交换技术更快实现商业化。此外,在今年上半年,宝马与美国公司 Livent 签订价值约2.85亿欧元的多年合同,Livent利用专利技术从阿根廷北部的卤水资源中获得锂。


在外界看来,这两者似乎关联性不大,但了解宝马电动化战略的人发现,宝马布局卤水资源后,再实现对卤水锂的提取技术进行选择。而与传统提取方法相比,宝马通过创新的离子交换技术来高效的提取锂元素,更能有效地保护环境。


或许对于行业外的人来说,这样的专业术语仍然让人感觉到一头雾水。堂堂的一个跨国车企集团怎么会连卤水锂提取方法都要亲自布局。在了解整个来龙去脉之后,对于宝马践行循环经济和可持续发展的追求可以用一句话来概括,那就是“勿以恶小而为之,勿以善小而不为。”





目前汽车的电动化已经成为市场大趋势,根据最新数据显示,今年前9月,新能源汽车累计销量达到216.5万辆,同比增长184.5%。同时,新能源汽车市场渗透率在9月达到17.3%。按照国家新能源汽车到2025年渗透率20%的规划,这一目标已“触手可得”。根据产业生命周期理论,在一种新产品、一种新商业模式市场占有率达到10%以后,会从初创期进入成长阶段,市场渗透率大幅增长,将会迎来爆发阶段,即拐点。




锂的需求在未来十年需求量


新能源市场迅速扩张也导致动力电池行业水涨船高,数据显示,1-9月,我国动力电池累计销量达106.8GWh,同比累计增长176.9%。其中,磷酸铁锂电池累计销售56.7GWh,同比累计增长225.0%。受连锁影响,车企为了能够保障原材料供应以及价格稳定,往往也会对原材料供应端进行布局。


锂作为动力电池的主要原材料之一,在全球锂矿床主要有五种类型,即伟晶岩矿床、卤水矿床、海水矿床、温泉矿床和堆积矿床,目前开采利用的锂资源主要为伟晶岩矿床和卤水矿床。而伟晶岩锂矿床面临资源枯竭,开采成本增大现实问题。这也就导致开采矿面进一步增大,能耗碳排放也随之增高。相较而言,卤水矿床有着开采成本低和资源蕴含丰富的天然优势。




四川自贡井盐传统制作方法


提起卤水,人们普遍想到一句民谚“卤水点豆腐,一物降一物”,千百年来,卤水一直是制作豆腐的经典凝固剂。所谓的卤水,是指矿化很强的水。常用以提取某些化工原料,如食盐、碘、硼、溴等。中国四川自贡井盐就是从卤水中提炼而来。聚集于地表的称表卤水或湖卤水。聚集于地面以下者称地下卤水。与石油聚集一起的称石油卤水。


根据相关机构估计,目前全球锂储量为1300万吨,锂资源量为3900万吨。而盐湖卤水中的锂资源约占全球已探明锂资源的90%,南美地区是世界上卤水锂资源最丰富的地区,约占世界卤水锂资源的85%,主要分布在普纳高原,包括玻利维亚(900万吨)、阿根廷(650万吨)和智利(750万吨),被称为世界锂三角地区。而阿根廷锂资源主要分布在普纳高原,盐层厚度一般为几十米至100多米,卤水中锂的含量为0.01%~0.09%,并伴生有0.34%~0.91%的钾和0.01%~0.90%的B2O3。普纳高原盐湖(沼)卤水K、Li、B资源丰富,镁锂比值低,资源的禀赋条件好,开采工艺条件优越,产品生产成本低。


为此,在今年上半年宝马与美国公司 Livent 签订价值约2.85亿欧元的多年合同,Livent利用专利技术从阿根廷北部的卤水资源中获得锂,而为了尽量减少对周围生态系统的影响,宝马采用创新技术提取而不是蒸发,因此大部分使用的盐水直接返回到周围的栖息地,这在很大程度上保持了盐水层和地下水层之间的平衡。




今年3月,宝马宣布同美国Livent公司达成锂供应协议。根据该协议,Livent公司将向宝马供应在阿根廷本地开采的锂矿,以满足该集团全球电动汽车业务的增长需求。宝马集团表示,预计到2030年,集团一半的销售都将是电动汽车。此次协议签署就是集团锂矿供应保障战略的重要一步。


据报道,Livent公司是全球主要锂生产商,在阿当地经营30余年,项目集中在卡塔马卡省。该公司于2019年在阿追加6亿美元投资,将其锂矿开采产能提升至年产6万吨水平。Livent生产锂矿主要出口市场是中国、欧洲和美国。对应的正是全球三大汽车消费市场。




传统卤水蒸发池


在具体获取锂资源方法上,宝马宣布通过旗下BMW iVenture风险投资基金对美国初创企业Lilac Solutions进行投资,以资助其专利的离子交换技术更快实现商业化。这家公司创新的离子交换技术能更高效地提取锂元素,跟传统方法相比,更能有效地保护环境。


不难看出,宝马不仅要实现对阿根廷卤水锂矿的布局,而且还针对具体提取方法有所取舍。这就不得不说卤水锂的提取方法。目前盐湖卤水提锂的主要方法包括沉淀法、溶剂萃取法、煅烧浸取法、碳化法、吸附法、膜分离技术和电渗析技术等。


其中最为人熟知的就是煅烧浸取法,如海盐场的晒盐,四川自贡井盐煮盐都属于煅烧法大类。具体卤水锂的提取来看,传统的煅烧法是将提硼后的盐湖卤水蒸发浓缩得到MgCl2·6H2O和LiCl的固体混合物,再将上述混合物在450℃——900℃煅烧,MgCl2·6H2O热分解成MgO和HCl,然后水浸使LiCl和MgO分离。水中的Li+可通过深度除杂质的目标产物Li2CO3。煅烧后的MgO渣精制后可得到纯度98.5%的MgO副产品,HCl气体可制备盐酸。这种方法有利于综合利用锂、镁等资源,原料消耗少,但镁的利用造成流程复杂、设备腐蚀严重、蒸发水量较大及动力能耗过大。


据BloombergNEF(彭博新能源财经)估计,从盐水中提取每吨锂需要耗费7万升淡水。而锂矿开采大多发生在已经缺水的地区。如智利的阿塔卡马沙漠(Atacama Desert),采矿活动严重破坏该地区的生态系统,给当地社区带来巨大压力。与此同时,蒸发池提取锂的速度也相当缓慢,卤水需要两年时间才能生产出可用的锂。此外,这个过程只能回收盐水中50%的锂。所有这些都增加了前期的投资成本,并减缓了新矿开工的速度。


相比于工艺简单的煅烧浸取法,宝马通过投资锂技术初创公司Lilac Solutions,采用离子交换技术提取锂资源。也就是说,Lilac Solutions不是等待太阳加热蒸发池,而是使用离子交换珠,可以选择性地去除锂,留下镁、钙、硼和其他不需要的矿物质。Lilac Solutions表示,这种方法不需要大型蒸发池,而且可以将锂盐耗尽的卤水重新送回地下。该公司还能将从盐水中提取锂的时间缩短到几个小时。这些珠子的提取效率更高,可以回收卤水中90%的锂。一旦珠子饱和,就会接受酸处理以提取锂,然后可以再次使用。这些技术可以大幅度减少水的使用,降低资本支出,整个过程能减少能源消耗,从而减少了温室气体的排放。


针对宝马动力电池原材料端的采集,与采取卤水锂资源遵循循环经济与可持续发展理念相一致的还有宝马在今年上半年宣布暂停采集深海钴。今年3月31日,宝马与世界自然基金会(WWF)签署了暂停深海采矿倡议,成为第一批签署呼吁暂停深海采矿倡议的全球公司,而深海采矿的标的物正是有关电动汽车的钴、镍、稀土等稀有金属元素。





数据显示,目前深海钴储量为陆地钴6倍,深海稀土占全球稀土资源20%,随着电动车的发展,企业对于钴、稀土等矿物的需求越来越多。汽车预言家了解到,生产一辆纯电动车平均要7千克钴、9千克稀土。相比陆矿,深海矿储量大、纯度高,因此,在采矿公司看来,深海采矿更具持续性。但是深海矿物一般储藏在深海5000米的位置,而目前开采技术也只能将其输送至海面,不能保证重金属运输过程不会泄漏,而深海生态系统是最缺乏韧性的生态系统,一旦泄露污染,海底生态与生物多样性将受到不可逆的损伤。为了降低对不可再生材料的依赖,宝马集团宣布第五代电驱系统不再依赖稀土,同时,在动力电池电芯的设计上也开始逐渐倾向于无钴、低钴化。


除了在原材料源头积极布局外,今年,宝马在首届宝马集团可持续发展峰会以及“2021中国汽车论坛”上,宝马集团多次强调可持续发展战略以应对气候变化的碳减排措施、倡导循环经济以及企业社会责任为三大核心,目标是打造最绿色的电动车:从原材料、供应链、生产到回收利用,实现全生命周期的绿色环保。


中国作为宝马集团最大的世界市场,在实现循环经济以及可持续发展中扮演重要角色。为此,宝马在中国专门建立动力电池回收管理体系。早在2017年,宝马便已在中国建立专门的团队负责动力电池回收和利用相关业务。通过深化与专业的电池运输和电池回收伙伴的合作,宝马建立了完善的经销商高压动力电池回收管理流程。





具体来看,由经销商回收高压电池开始,物流供应商将这些电池运送到有相关资质的企业进行评估。根据这些电池的不同状态,鉴定决定是否继续使用这些电池用作电力储存,或者安装在沈阳工厂的叉车上继续使用,亦或是专业公司进行拆解后由原材料公司对金属原材料进行再利用。





针对动力电池回收过程中可能会出现的问题,华晨宝马搭建了电池码溯源管理系统,所有国产和进口电动车的电池信息都传送到这个专门的溯源平台,对电池从生产直至报废回收的全生命周期进行追踪,并实现平台的对接。


此外,在运输环节,宝马选择与专业运输机构,避免不当运输产生的二次污染。在创新技术驱动下,宝马也在开发更多电池梯次利用的场景。如宝马与国网电动正在经销商端合作打造充光储一体能源示范站,未来计划在能源示范站的储能设备上使用宝马退役电池。这使得宝马在真正实现新能源的循环利用。 


来源:汽车预言家

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