銅材料的循環利用 --- 新能源汽車節能減排的另一個途徑

隨著新能源汽車市場的快速發展,新能源汽車在節能減排領域的貢獻有目共睹。根據相關領域專家的測算,基本上未來一半的交通行業的減排,是需要新能源汽車來解決。對于新能源汽車在碳減排領域的貢獻,主要的關注點集中在使用階段。如果按照2030年電動汽車占有率20%測算,屆時可減少碳排放量約4.86億噸。與之相對應,新能源汽車通過原材料循環再利用而實現節能減排的潛力一直以來受到的關注較少。實際上,通過采用更多的可循環材料,新能源汽車在該領域也為節能減排做出了顯著的貢獻。

與傳統汽車的發動機和變速箱主要使用鋼鐵材料不同,新能源汽車的動力系統包括電池、電機、電控,和連接各系統的高低壓線束。除了采用種類復雜的多種材料外,三電系統和高低壓線束都大量采用可循環利用的銅作為基礎原材料。根據IDTechEX公司的一項研究,大多數傳統內燃機汽車用銅量不超過23公斤。但是,混動轎車用銅量為40公斤,插電式混動轎車用銅量為60公斤,純電動轎車用銅量為83公斤;混合電動大巴的用銅量為89公斤。

銅材料的循環利用對于節能減排具有重要意義。國家發改委在2022年發布的“《關于加快廢舊物資循環利用體系建設的指導意見》政策解讀”中提到,“廢銅能夠被直接利用生產銅材,顯著減少銅礦開采,縮短冶煉流程。經研究測算,與利用原生資源生產銅相比,每利用1噸廢銅可減少二氧化碳排放約2.5噸”

據公安部統計,截至2023年6月底,全國新能源汽車1620萬輛,如果按照每輛新能源汽車用銅80公斤計算,全國在用新能源汽車累積用銅達到130萬噸。如果完全采用廢銅循環利用,可以減少324萬噸碳排放量。中國汽車工業協會預測2023年中國新能源汽車產量將達到900萬輛,對應的用銅量約72萬噸,如果完全采用廢銅循環利用,每年可以減少180萬噸二氧化碳排放,相當于種植了1億棵樹。

銅材料主要應用于新能源汽車的電池、驅動電機、和高低壓線束。純電動車鋰離子電池用銅箔約25-38公斤,與電池的容量和使用的銅箔厚度相關;單車低壓線束導體用銅量約28公斤,高壓線束導體用銅量約5公斤;驅動電機需使用9-12公斤銅桿。由于銅價格比較高,且線束中的銅導體和驅動電機中的銅電磁線回收方便,基本已經實現100%回收利用。電池中的銅箔回收較為困難,一般先是將退役的鋰離子電池轉為儲能電池實現梯級利用,最后再進行拆解回收。由于鋰離子電池的拆解比較困難,且可能造成環境污染,因此還需要開發更加安全的拆解回收技術。

雖然與新能源汽車使用階段的碳減排相比,原材料循環利用可以降低的碳排放相對較少。但由于以銅材料為代表的上游原材料如果完全來源于礦產,其在礦山開采與運輸、冶煉與電解、型材制造等環節都需要消耗大量的能源,并產生碳排放。因此,充分發揮以銅為代表的可循環利用材料在新能源汽車上的應用,有助于減少新能源汽車全壽命周期的碳排放。