矿业分析|矿山设备电池的归宿是何处？

原标题：Mining’s electric challenge: managing end-of-life EV batteries

By aartimona

全球电动汽车（EV）销量的激增令人瞩目。

年增长率达到35%，2023年近1400万辆新的电动乘用车上路。根据国际能源署（IEA），到2024年底，这一数字可能达到1700万辆，即每五辆车中就有一辆。电动车辆现在占EV电池需求增长的95%，2023年达到了750 GWh——比前一年增长了40%。在这个快速扩张的市场中，2023年宣布了5000亿美元的投资，以提高电池制造能力。

到2035年，每售出的两辆车中可能就有一辆是电动的。

虽然可能不会以这样的速度，但向纯电动汽车（BEV）的转变也在采矿业中获得关注。2024年全球数据报告指出，在分析的十个国家中，截至2023年，采矿业中有11646辆BEV在运营，包括挖掘机、卡车、装载机和其他车辆。

该报告预计，2023年至2030年间，非公路EV市场年增长率将约为17.4%。

电池包含许多有价值的矿物和金属，但通过回收来回收它们仍然是一个挑战。Image: Pixabay

电池和BEV显然将在清洁能源转型和履行COP28承诺中发挥关键作用。然而，尽管满足电池和EV增长速率所需的材料供需已成为许多有时具有争议的讨论焦点，但一个较少被讨论的事实是：电池不会永远“持续”。

目前用于采矿设备的锂离子电池预计至少可以持续3000个完整的充放电周期，然后它们的容量才会降至初始值的70%-80%。

当电池容量降至70%或甚至60%时，根据应用要求，需要更换。对于使用频繁的采矿卡车来说，这可能在三年后就需要更换。由于平均功率需求较低且每天更换次数较少，装载机电池可能持续四年或更长时间。

三到四年的使用寿命并不长，现在开始考虑如何处理所有这些退役电池还为时不早，因为它们可能很快和隐形为矿商带来严重的废弃电池处理问题。

废弃电池处理有三个主要选项：减少材料磨损、重复使用或重新利用电池以实现第二次生命，以及回收。让我们检查每个选项以及它们如何在采矿业中应用。

减少：延长电池寿命

减少电池磨损并延长使用寿命的一种方法是通过优化矿区车队的电池使用。例如，在应用可互换的情况下，较新的电池可以分配给高功率任务，如卡车上坡行驶，而较旧的电池可以重新用于低功率应用，如装载机。

这种方法最大化了电池利用，并延长了更换前的时间。Sandvik的可互换电池模块使这一策略成为可能。

另一种方法，虽然超出了矿商的直接控制范围，涉及使用更高容量的电池技术来延长预期寿命。例如，Sandvik的最新电池组在相同的占地面积上提供了36%更多的能量，使卡车和装载机在更换之间可以运行更长时间，并改善冷却以减少电池退化。

随着电池技术的发展，我们可以预期在能量密度、寿命和可回收性方面会有更多的改进。尽管矿商可能无法直接控制这些进步，但他们向主机厂（OEM）的反馈对于研究和开发工作至关重要，并且在减少退役电池的废物方面也至关重要。

重复使用：为旧电池寻找新用途

电池存储系统在采矿业中进行了试点，作为赋予 EV 电池第二次生命的一种选择。Image: Wikimedia Commons

随着EV电池性能的下降，它们可以被重新用作固定式电力储存单元；这是采矿业电气化和减排努力的一个日益增长的组成部分。

电池重复使用的经济效益取决于诸如电池寿命结束时的售价、剩余寿命和电力市场价格等因素，但它为采矿公司提供了一个有希望的选项。

尽管“电池租赁”（BaaS）作为一种替代商业模式出现——一种确保生产者责任延长的模式——但根据IM最近一篇文章，Epiroc最近表示“越来越多的客户希望完全拥有包括电池在内的整个设备”。

这意味着矿商通常拥有他们的设备的电池，并且对生命周期末端管理的责任在于他们。在这种情况下，现场重新利用电池可以提高循环性并减少碳足迹。

Sandvik和Glencore正在通过一个试点项目来开创这种方法，将128个Sandvik电池模块重新用作Glencore矿山的1MWh电池储能系统（BESS）。

BESS将被安置在一个20英尺的集装箱中，配备有额外的Sandvik系统，用于电池管理和监控、能源管理以及火灾检测和预防。

起初，BESS将为矿山服务提供电力，如照明和轻型EV充电，而Sandvik和德国ECO STOR，一家二次生命能源储存系统提供商，正在探索使用二次生命电池进行电力转移、峰值削减和套利的可行性。

原型BESS集装箱应在2025年投入运营，到2026年将提供完全商业化的选项。

Epiroc和Renewmic最近也宣布合作，创建一个使用Epiroc的二次生命电池的电池储存解决方案。以前用于为电动采矿设备供电的电池，现在被用来支持和稳定瑞典电网，通过频率遏制储备（FCR）服务。

尽管二次生命电池的所有权和商业模式尚未最终确定，但如果BESS成为一个商业产品，采矿公司和主机厂（OEM）之间的合作可能会显著延长电池寿命，带来巨大的环境和经济利益。

如果成功，BEV电池的有用寿命可以翻倍，带来巨大的环境和，希望同样具有吸引力的经济利益。

回收：不浪费，不缺需求

一旦电池达到它们第二次生命的终点，它们必须被退役，并且在最好的情况下，通过材料回收重新投入生产。

不幸的是，EV锂离子电池的回收率远未达到我们需要的水平：目前的估计率不到5%，这是由于迄今为止可用的电池回收方法的成本和复杂性。如果电池最终被填埋，它们对水和土壤都构成相当大的危险。

电池回收领域是一个充满活力的领域，像美国电池技术公司（ABTC）、Redwood Materials——由特斯拉联合创始人JB Straubel领导——以及加拿大的Li-Cycle这样的参与者正在出现，他们雄心勃勃地推动回收技术开发和全球商业规模回收设施。

数据显示，这迫切需要；Li-Cycle估计到2030年，将有1500万吨锂离子电池达到生命周期末端，需要回收。

随着矿山转向 BEV，问题变成了：电池达到使用寿命后去哪里？Image: Sandvik

由于用于原生金属提取和从电子废物或电池中回收金属的方法本质上并不不同，矿商和炼油商在新兴的电池回收市场中肯定有一席之地，麦肯锡估计到2040年，该市场将增长三倍，收入预计将超过400亿美元。

事实上，这种动态格局中正在出现战略合作伙伴关系和合资企业……

2024年1月，英美资源集团宣布与中国最大的电池和电池材料回收商之一格林美（GEM）建立战略合作伙伴关系，探索新的金属溶解技术，允许更有效地使用电池材料，无论是从开采还是回收途径。

今年3月，Li-Cycle宣布从Glencore获得7500万美元的战略投资，以加强他们现有的合作伙伴关系，作为Glencore将更多循环性带入电池材料领域的雄心的一部分。

这项投资紧随2023年开始的联合研究之后，旨在到2027年在意大利撒丁岛建立欧洲最大的电池回收厂。

比利时的Umicore，曾经是矿商，现在是炼油商和回收商，已经开发出一种尖端的回收系统，将核心组件熔化成金属合金（包括铜、镍和钴）和精矿（含有锂和其他稀土元素）。

这利用了电池自身的能量和有机材料，因此只需要很少的能量就能达到熔炼所需的温度。

Umicore在安特卫普Hoboken区的工厂已经有能力每年回收相当于35,000个EV电池，这使其成为世界上最大的回收厂之一。

山特维克最新的电池组在相同的占地面积内可提供 36% 的能源，使卡车和装载机在两次更换之间的运行时间更长。Image: Sandvik

致力于循环价值链的发展

来源@theintelligentminer

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