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文/云贺
来源/瞭望智库(ID:zhczyj)
如今的全球汽车业,“缺芯潮”尚未退却,“电池荒”又有席卷之势。
据全球新兴能源市场调研机构SNE Research预测,到2023年,全球电动汽车对动力电池供应缺口约18%;到2025年,这一缺口将扩大到约40%。
但是,缺口似乎已经提前到来。
早在2020年疫情期间,由于电池原材料资源国——澳大利亚、智利、阿根廷、南非、刚果民主共和国等——采取了边境和港口关闭以及隔离政策,一度引发区域性电池断供,奥迪等品牌车型被迫停产。
特斯拉公司掌门人马斯克多次表达了对于电池供应紧缺的担忧,并直言:“无论是宁德时代、松下还是LG化学,我们都会竭尽所能,采购它们所生产的电池。”大有“你产多少,我买多少”的豪兴。
马斯克所言不虚。今年6月,特斯拉就与宁德时代签订了从2022年1月至2025年12月期间的锂离子动力电池供货协议,跨度长达四年。
就连身处锂离子电池制造大国的中国汽车人,焦灼感也与日俱增。
今年3月,蔚来汽车董事长在某次电话会议中坦言,相比芯片,今年二季度电池供应会是最大的瓶颈。
国内多家动力电池厂商表示,现有场地及生产线从今年开年起就一直满负荷运转。
电池,电池,还是电池。
与电池相关的焦虑源自何处?
“电池荒”会引发与其相关的资源争夺战吗?
能源变革时代是否已经来临?
美国有多着急?
自拜登接任美国总统以来,对本国电动汽车产业的焦虑感就与日俱增。
2021年4月20日,拜登在线参观了美国一家电动客车制造商工厂,表示:“我们应该成为世界上最重要的电动大巴和汽车供应国。但现在,我们远远落后于中国。”
2021年5月18日,拜登试驾了福特的一款纯电动皮卡车型,批评特朗普政府“光说不练”,导致美国在电动车市场规模、基础设施建设和电池生产方面都远远落后。
在拜登一手推动的“美国就业计划”中,涉及到新能源领域的直接投资约为3270亿美元(约合2.1万亿元人民币),其中将有1740亿美元(约合1.1万亿元人民币)直接流向本国电动汽车产销两端及充电站。
与特朗普时期对于电动汽车的摇摆态度不同,拜登对于“重新确立美国在电动汽车领域领导地位”有着异乎寻常的执念。
对比中美两国的电动汽车产业发展现状,可知拜登对于“美国已经落后”的判断,并非空穴来风。
在整车产销端,国际清洁运输理事会发布的最新研究报告称,2010年至2020年间,全球共生产超过1000万辆电动汽车。其中,中国是全球最大的电动汽车生产国,占全球产量的44%左右。
数据显示,2020年,全球电池电动汽车和插电式混合动力汽车销量为324万辆,中国占130万辆,美国为30万辆。
在配套设施方面,中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据显示,截至2020年6月,成员单位总计上报的公共类充电桩55.8万台。其中广东省、上海市、江苏省和北京市均迈过5万大关。
反观美国同期。根据美国国家可再生能源实验室截至2020年第二季度的数据,全美电动汽车充电站(包括公共和私人)不超过10万个,公共充电设施不到8.5万个。其中,布局最密集的加州也仅设有2.9万余个公共充电设施。
如果沿着电动汽车产业链向上游追溯,就可知美国所担心的不仅限于整车制造和充电设施。
今年6月,美国商务部、能源部、国防部、卫生与公共服务部联合发布了《建立供给链弹性、振兴美国制造、促进广泛增长》报告,认为美国在包括电动汽车电池关键矿产原材料在内的四个领域,存在供应链风险。
对此,美国能源部几乎在同一时间就做出反应。美国能源部部长詹妮弗•格兰霍姆(Jennifer M。 Granholm)在回应中说:“为了美国清洁能源的未来,我们将极力加大电池生产。这意味着我们现在亟需在本国建立培育起研发、制造和交易电池的能力。”
根据美国能源部的评估数据,如今美国锂离子电池产能只占全球不到10%的份额。供应链外延过甚的结果就是:美国严重依赖进口电池材料和部件,不仅存在极大断供风险,也拉高了购买成本,不利于增加本国就业。
电池供应对美国有多重要,对于其他想在未来汽车产业占据优势的国家和地区就有多重要。
当以化石燃料为主要结构的能源体系,逐渐转向可再生能源,新型电池作为重要的储能装置,其地位不言而喻。
由此推理:正如煤炭和石油之于两次工业革命的意义,构成电池材料的那些矿产资源——锂、钴、镍、石墨......——会不会就是下一个能源变革时代的必需品?
新电池时代的资源焦虑
2019年,诺贝尔化学奖授予了三位为锂电池作出重大贡献的科学家。瑞典皇家科学院给出的获奖原因为:“他们创造了一个可充电的世界”。
2020年7月28日,西宁市南川工业园区的一家动力电池工厂,工作人员在生产车间作业。图|新华社
锂离子电池的出现和规模量产,几乎重塑了电力世界,也改变了众多产业的发展轨迹,其中就包括汽车。
锂的特性决定了它非常适合做高能量密度、高电压的电池。如今在电动汽车产业界,常被提及的磷酸铁锂和三元锂电池,都属于锂离子电池的范畴,区别主要在于正极材料的配方不同。
在环保和能源压力的倒逼作用下,汽车电动化已经成为不可逆转的全球趋势。在某种程度上,一个锂离子电池主导的汽车时代已经到来。
然而,资源焦虑也随之而来。
根据麦肯锡咨询公司的预测,从2016年到2025年,全球对于蓄电池需求的平均年增速将达到32%。
到2030年,全球蓄电池需求总量预计达到2300GWh,相当于2020年的近十倍水平。这其中,将有约80%的电池,流入汽车产业,包括采用纯电动和混动技术路线的私家车、商用车和巴士。
在需求激增的背后,暗藏着原材料资源的巨大供需矛盾。
以三种代表资源——钴、镍、锂为例。
根据Avicenne Energy的预测数据,2000-2025年,可充电电池所需的钴、镍、锂都呈现出显著增长态势,钴和锂尤甚。
钴
钴是三种电池原材料中供给风险最大的资源。
据麦肯锡材料研究所和基准矿物情报机构预测,到2025年,全球对于钴的需求超过21万吨,其中约三分之二将用于电池制造。但美国地质调查局(U.S。 Geological Survey)统计数据显示,2020年全球钴产量只有14万吨。
更值得警惕的是,目前70%以上的钴资源,集中在政局不稳的刚果民主共和国,产量和供应链安全面临极大不确定。
镍
目前,镍的供应和开采情况尚属稳定。但问题在于,三元锂电池的高镍化趋势已经十分明显。
比如,按照镍、锰、钴三者的用量比例,镍锰钴(NMC)电池又分为111型、523型、622型和811等型号。根据预测,由于具有较高的能量密度,2020年之后,NMC622和NMC811两个型号的电池,将快速占领市场。这意味着对于镍的需求将随之快速增加。
锂
从目前的开采情况来看,锂资源供应情况尚属稳定:
一方面,这得益于锂资源在全球四大产区(澳大利亚、阿根廷、中国、智利)较为均衡和平稳的分布和输出。
另一方面,以北美和亚洲地区为代表的大型科技企业和勘探公司,多年来合纵连横打通了供应链,以至于全球锂资源一度超产,价格下探。
然而,风险依旧存在:
一是全球对于锂的需求增速很快,远超其他矿产资源(麦肯锡预测2016-2025年的年均增速为14.6%)。
二是可用于电池级应用的碳酸锂和氢氧化锂,并不易得,需要较好的精炼技术。
除了供需矛盾、分布不均,电池原材料资源的获取还面临着其他问题:
比如,不法开采。
据英国《每日邮报》报道,2019年底,苹果、谷歌、特斯拉、微软、戴尔五家美国科技巨头,被指控在刚果民主共和国开采钴的过程中,剥削童工劳动力。
据悉,这些童工基本上是在没有任何安全保护设备的情况下,使用原始工具在钴矿进行手工作业,由于矿井坍塌等原因,已经造成5名儿童死亡和11名儿童受伤。
再比如,环保问题。
如果技术不成熟,在资源勘探过程中就会造成污染。在美国,环保人士与强调经济和就业增长的官员和工会,两方之间的矛盾交锋屡见报端。
明尼苏达州的Twin Metals铜矿开采项目,因为有可能造成美加边界水域地区污染,被一再延期叫停。美国农业部长汤姆·维尔萨克(Tom Vilsack)公开表示,白宫正在努力寻求“保护原始地区、农村地区就业增长和经济增长的方式之间的平衡”。
可见,围绕电池时代资源的争夺、开采和保护,正在涌现出纷繁复杂的变量和张力。
“拉帮结派”还是“另辟蹊径”?
想要在未来汽车产业之战中胜出的国家和地区,必然转向电动化方向;电动化的核心部件之一是动力电池;而电池供应的命脉就是关键矿产资源。
美国、欧盟、日本等传统汽车制造业的集聚地,为了争取在新一轮汽车产业竞争中不被淘汰,乃至占领高地,就必然要紧抓资源这条命脉。
在资源紧、开矿难的现实条件下,各国和地区主要有以下三种典型策略:
一是拉帮结派,与资源丰富的国家建立多种合作关系,保障本国矿产供应。
二是厉行节约,在本国/本地区内部形成有效的材料循坏利用系统。
三是另辟蹊径,在其他材料电池的研发创新上下功夫。
三种方案在现实博弈中,各有利弊,又各存难点。
“拉帮结派”打造资源朋友圈
善于建立“朋友圈”的美国,在电池关键材料的获取利用上,也采取了类似的做法。
2019年,美国国务院发布的《能源资源管理倡议》(Energy Resource Governance Initiative,简称ERGI),就是一个以美国为主导的“资源朋友圈”。加拿大、澳大利亚、巴西、秘鲁、阿根廷、刚果民主共和国等资源丰富的国家均加入了该倡议。
美国国务院的官方说法是:到2050年,全球对关键能源矿产的需求可能增加近10倍,ERGI可以帮助能源矿产丰富的国家,共同参与能源资源的优化管理。
但实际意义不难揣测,就是通过多方合作、多点布局,为美国建立安全、可控、弹性的资源供应链,满足美国对于新兴能源——包括电池原材料的巨大需求,规避对于单一国家或地区的矿产品依赖。
这里的单一国家,也包括中国。
目前,中国是美国最重要的关键矿产供应国之一。在ERGI中,美国国务院隐晦地提到,稀土资源是电动汽车和风力涡轮机部件的重要矿物质,而全球稀土资源供应链的80%以上由“某一个国家”掌控。
从目前的情况看,加拿大是美国比较积极的响应方。加拿大拥有多种生产车载动力电池和太阳能电池板所需的矿产资源。加拿大总理特鲁多(Justin Trudeau)曾不止一次公开表达过,要与美国共建汽车制造供应链的雄心壮志。
对于加拿大而言,上游资源丰裕,无疑给本国汽车制造业带来更多商机。过去几年时间,加拿大收获了来自多家汽车企业、共约60亿美元(约合389亿元人民币)的投资,用于建立新的电动汽车制造工厂。美国通用汽车、福特汽车近来也宣布了在加建厂的计划。
然而,“拉帮结派”也有现实考验。
特别是新冠肺炎疫情的到来,让各个国家和地区切身感受到了全球化供应链的风险,断供、断链甚至断路、断联的案例不胜枚举。让“供应链回归本国”不仅出于经济考量,更是安全主张。
正因如此,即使在“合作蜜月期”的美国和加拿大,也不免触礁。
最明显的例子,就是纵贯美加的“基石”输油管道项目(Keystone XL pipeline)几经起伏,最终被刚刚上任的拜登送上了吊销许可证的一纸政令,相当于拒绝了盟友每天80万桶原油的供给。
这背后,一方面是出于气候变化和环保压力;另一方面,就是兑现拜登的“优先购买美国产品”的主张。
“循环回收”背后是安全考量
欧盟对于电池资源的焦虑感并不输美国。
2018年,欧盟委员会发布了名为《电池应用原材料》的报告(“Report on Raw Materials for Battery Applications”),系统性梳理了欧盟地区锂离子电池关键材料资源的全球供应情况。
除了芬兰,欧盟电池原材料的主要供应地区均不在欧盟内,且集中性明显。
在欧盟地区,除了芬兰的钴资源和镍资源,以及葡萄牙的锂资源,可以占到欧盟电池材料资源总供应量的10%以上,其余国家对资源的依赖度非常之高。
对此,一向热衷环保问题的欧盟,除了鼓励成员国积极开拓本国资源潜力外,主推的策略是发展“循环经济”,即回收并再利用废旧电池中的关键金属材料。
欧盟认为,相比其他在消费端更为分散的锂离子电池产品,汽车的动力电池材料回收难度是比较低的,完全可以借由重建二手车和报废车流通渠道来实现。
2020年12月10日,欧盟又发布了新电池法的提议草案,要求每一块投放欧盟市场的电池配备二维码和“电子护照”,以便加强对电池及其原材料信息的追踪和管理,特别是规定了企业主体对于钴、铅、锂和镍等材料的最低回收量要求。
换言之,就是尽量避免废弃电池中的珍贵金属,流向欧盟以外的地区,建立一个区域内循环利用的闭环。
理论易得,实践中也有难点:
比如,电池材料的回收率取决于多种因素,包括电池的种类、寿命、终端用户的使用习惯等等。
再如,目前大批电动汽车和动力电池,都不是在欧盟境内制造或组装,二手电动汽车也多流向欧盟境外。这给建立全周期的电池材料监测体系增加了不小的难度。
“另辟蹊径”寻找替代材料
供给少、需求大,必然拉高原材料价格。据高盛预计,锂电池基础材料价格长达数十年的上升趋势才刚刚开始。这无疑加速了寻找动力电池替代材料的步伐。
最近一段时间,有关“去钴电池”“钠离子电池”“固态电池”的新闻铺天盖地,或多或少都与上游资源桎梏和原材料价格上涨的倒逼相关。
早在2018年,特斯拉掌门人马斯克,就曾公开表示,要将电池中成本较高的钴含量“削减至零”。“去钴电池”几经媒体报道,曾引发全球钴板块的大震荡。
2020年3月,路透社报道称,特斯拉正与宁德时代商议将“去钴”电池用于中国产车型。当时不少媒体和业界人士都认为,特斯拉即将大规模推进的就是磷酸铁锂电池。
果不其然。今年7月特斯拉刚刚在中国发布的国产Model Y标准续航版车型,价格为27.6万元,比长续航版本便宜7万余元,抢订潮一度使得官网瘫痪。而成本大幅下降背后的一个重要原因,就是新款车型搭载了磷酸铁锂电池。
最近,国内另外一则电池界的热门新闻是钠离子电池。
中国科学院物理研究所研究员胡勇胜表示,如果全世界可开采的锂都用于制造动力电池,最多只能驱动14.5亿辆电动汽车。实际上,锂还用于核工业、玻璃陶瓷等行业。因此他断言:在这种情况下,锂是不够用的。
今年5月,宁德时代董事长在年度股东大会上,宣布将发布钠离子电池。6月,全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。
由此来看,钠离子电池的出现,与锂资源的相对稀缺密切相关。
固态电池则是另一条解决之道。据悉,固态电池对于铜和铝的消耗量会有明显下降,而石墨和钴也可以做到完全从原材料中剔除。这一点对于资源稀缺的国家——比如日本来说,无疑是很大的诱惑。
今年6月18日,日本政府发布成长战略,重申了对于本国企业推进全固态电池量产的支持和期待。
上述三条策略路径,在各国实践中往往重叠使用,折射出的是人类社会面对能源大转型的不同反应,有些与“石油时代”似曾相识。
同时也可以看出,新电池时代的到来,也考验着不同战略思维的国与国之间,不同利益考量的群体与群体之间,能否形成共识和默契,抑或是会带来更多隔阂和纷争。
石油时代的“往日重现”?
人类社会的历史,也是一部能源史。
从18世纪60年代工业革命开始,石油、天然气、煤炭三大化石燃料长期以来占据着全球燃料消费结构主要地位,也一再改变着许多现代国家的历史进程。
随着世界政治经济格局深度调整,燃料需求总量不断增加,透支有限化石能源存量已不足以支撑各国社会经济可持续发展。为保障本国能源安全、保护生态环境,近年来各发达经济体纷纷制定能源宏略,陆续向清洁、来源广泛的可再生能源方向转型。
一度被产业界所抛弃的电池,凭借锂离子电池技术方案的成熟,得以重登战场。
“挖个洞并不难”(It’s not that hard to dig a hole),这是美国某官员近期接受路透社采访时,针对电池时代的能源矿产供应说的一句话。
然而,事实真的是如此?
看看下面几张图。
上图是化石燃料时代鼎盛期(1861-2015年)全球原油价格波动及其原因。
上面二图来自欧盟委员会,记录的是钴和镍在过去几十年时间内经历的价格变化和主因。
大宗商品价格受多重因素影响,起落本是常事。但如果,是事关一国经济命脉和国际地位的战略性资源呢?
从国际原油跌宕的价格曲线中,我们可以看到:由于全球化石能源资源储量空间分布不均,能源开发活动愈发向着少数国家和地区集中。近几十年来,中东、北非等地区的主要产油国,以及马六甲海峡、苏伊士运河等海上石油运输要道所在地区政治局势动荡、战争频发,不仅为能源持续供给和维持价格平稳埋下隐患,更为世界和平事业的达成增添无数问号。
而这条曲线,还不包括在能源获取过程中,各个国家和地区付出的巨大外部成本。就连将石油政治掌握得炉火纯青的美国,也不例外。
美国学者罗伯特•海夫纳三世(Robert A。 Hefner)曾在《能源大转型》一书中,指出美国作为世界上最大的石油消费国,一直在以扭曲宏观经济的方式维持运转,多年来全体民众都在直接或间接地承受着极大的外部成本,其中包括:
为保障石油在公海中运输,为海军支付的成本;
发动伊拉克战争所支付的成本;
向国外石油生产商支付的成本,堪称人类历史上最大规模的财富转移;
石油-美元循环过程中,金融-信贷系统崩溃成本;
战略石油储备成本;
燃油所带来的城市污染治理成本;等等。
那么,现在的原油,会不会就是未来的锂、镍、钴、石墨、稀土?
同样是需求推动,同样在全球分布不均,同样关系到未来产业竞争,同样事关国家命脉和经济安全。
现在的中东,会不会就是未来的刚果、智利、澳大利亚?
能源转型伴随阵痛,人类历史或许也可以重演。新电池时代的挖矿之路,绝非坦途。
对于中国而言,借力政策扶持,电动汽车及其配套动力电池产业得以获得全球发展先机,引发美、欧、日等传统汽车强国极力追赶,这是战略方向的胜利,是值得肯定的一步。
但同时,围绕全球动力电池供应链,特别是关键能源矿产的种种布局,已经在各个国家和地区启动,变量众多,中国能否持续把握先机、抓牢供应命脉,值得各方予以持续重视和讨论。
从目前的情况来看,决定未来动力电池产业高地所在的关键变量,包括:
谁能够建立一条稳定、安全、具备弹性的关键矿产供应链?
谁可以在原材料的提炼加工和电池的生产制造方面,把握技术创新的风向?
在气候变化的重压下,谁能率先建立绿色电力供应链,持续降低可再生能源的发电价格?
电池曾在人类历史舞台上“几进几出”“几起几落”。如今,新的全球电池版图正在绘就,一场能源变革大幕已经拉开。
我们拭目以待“新电池时代”的大国故事。
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