“双碳”背景下镍资源产业链发展趋势研究
作 者:陈志勇 ¹ ²,朱清 ¹ ², 邹谢华 ¹ ²,武海炜 ¹ ²,邢凯 ¹ ²,汤夏荪 ³
单 位:1.中国矿业报社;2.中国地质调查局国际矿业研究中心;3.中国矿业大学(北京)
“双碳”背景下镍资源全球地位提升
1.1 世界各主要经济体将镍列为关键矿产
1.2 印度尼西亚、菲律宾等镍资源大国强化本国镍产业链
“双碳”背景下镍资源呈现二元供需格局
2.1 东南亚红土型镍矿成为全球镍资源供应主要增长点
2.1.1 全球镍资源主要分为红土型镍矿和硫化物型镍矿
自2016 年以来,全球镍矿勘查投入稳步回升,2022 年达到6.15 亿美元,同比增长45.5%,达到2016年以来最高点(图2),其中,加拿大和澳大利亚勘查投入占据主导地位,分别占比33.9%和32.5%。东南亚地区镍矿勘查投入增幅最大,同比增长128.8%,其次为加拿大,同比增长91.2%。
2.2 全球镍资源供需呈现“二元供应-二元消费”产业格局
“双碳”背景下HPAL 湿法冶炼引领镍市场变革
3.1 镍矿冶炼技术多样,资源决定冶炼技术选择
3.2 红土型镍矿RKEF 火法“镍铁-高冰镍”工艺打通镍两大应用领域
3.3 红土型镍矿湿法HPAL 工艺优势明显
“双碳”背景下动力电池成为镍需求主要增长点
4.1 动力电池需求增加叠加高镍化推动镍需求增长
三元电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料或镍钴铝酸锂三元正极材料的锂电池,为新能源汽车的主要动力电池之一。其中,各种金属的作用不同,锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性,钴的作用在于稳定材料的层状结构,并且提高材料的循环和倍率性能,镍的作用在于增加材料的体积能量密度。目前,钴价超过35 万元/t,而镍价为19 万元/t,镍金属成本优势较为明显。面对日益新增的成本,全球电池供应商将三元电池中镍钴锰或者镍钴铝的配比从6∶2∶2 改为8∶1∶1或无钴。三元电池“高镍低钴”不仅可以降低成本,提高电池能量密度,还可以提升环保效用,三元电池高镍化成为发展趋势。
电池行业用镍分为两类,一类是锂电池中的三元材料前驱体,另一类是镍氢电池中的泡沫镍、储氢合金、球镍。随着动力电池所需数量的增加,以及三元电池高镍化趋势,未来十年动力电池用镍将快速增长,成为拉动电池镍消费的最重要力量。根据国际镍研究组织(INSG)和中国有色金属工业协会的数据,2022 年全球电池用镍占比上升至13%,我国电池用镍占比上升到21%(图10)。根据国际能源署(IEA)预测,预计全球新能源汽车将在未来保持快速增长,全球新能源汽车销量有望在2025 年达到2 197 万辆,中国新能源汽车销量有望在2025 年达到1 099 万辆,预计全球动力电池对镍需求将达到46 万t,电池用镍需求占比将提升到17%。
4.2 不锈钢稳定的需求增长驱使镍需求增长
近些年来,全球不锈钢粗钢产量稳步增加。根据世界不锈钢协会数据,2021 年全球不锈钢粗钢产量突破至5 828.9 万t,同比增长12.7%;而受新冠肺炎疫情影响,2022 年全球不锈钢粗钢产量出现下滑,至5 525.5 万t,同比下降5.2%(图11),其中,欧洲和美国的不锈钢产量下降幅度大,分别下降12.4%和14.8%。中国不锈钢产量为3 197.5 万t,同比下降2%。根据上海有色网数据,2022 年全球不锈钢用镍量为206.3 万t,同比增长2.3%。
2022 年,全球不锈钢消费量达到5 189 万t 左右,同比增长3.6%。日本、德国、意大利等发达国家人均不锈钢消费量达到16 kg、25 kg、20 kg,中国达到约17 kg,而印度仅为2 kg,印度尼西亚、菲律宾等逐渐步入工业化发展的东南亚国家更远不及世界平均消费水平的6 kg。未来随着各国“双碳”政策的相继落地实施,不锈钢作为全生命周期最具低碳属性的金属材料,将被更多国家所选择。中国人均不锈钢消费量已较为接近发达国家水平,但由于城市化进程仍在推进,对不锈钢等高质量材料需求仍然较大,未来几年中国不锈钢产量仍将保持小幅稳定增长,未来十年仍保持高位;印度、东盟等新兴经济体逐渐步入工业化初期,城镇化进程不断加速,本国不锈钢需求将快速增加,带动镍资源消费增长,预计2030 年不锈钢领域用镍达到约230 万t。
“双碳”背景下镍资源回收利用前景广阔
再生资源回收利用是碳减排的重要路径之一,同时兼具污染物减排的协同效益,无疑是实现“双碳”目标不可或缺的方式。未来随着镍资源生产消费不断增长,所产生的含镍二次资源也越来越多。作为最有回收价值的常见有色金属,镍资源进行回收再生既可以保护环境,又可以“变废为宝”,避免填埋引起贵重镍的损失,降低原料成本5%~10%,使镍资源进行更充分、更有效的利用。
5.1 废旧动力电池将成为回收镍资源主要驱动力
随着新能源汽车产业的快速发展,动力电池装机量逐渐攀升。根据SNE Research 统计,2022 年,全球电动汽车电池装机量达到了517.9 GWh,同比上涨71.8%。其中,中国动力电池装机量达到294.6 GWh,同比增长90.7%。动力电池的使用年限一般为5~8 a,电池容量衰减至80%以下后,不能有效满足新能源汽车使用需求。在动力电池需求不断攀升的背景下,高镍电池凭借性能优势有望成为主流,进一步提升镍的需求量,上游原材料价格水涨船高。回收废旧动力电池不仅可以减少环境危害,还能通过提升动力电池循环再利用水平,弥补动力电池核心原材料资源短缺的短板。
根据中国汽车技术研究中心数据,截至2022 年底,从退役电池中生产的再生镍占当年动力电池生产所需资源量的7%,新能源汽车领域再生镍的使用比例将出现明显上涨,预计到2025 年,其在动力电池的使用比例将增加至25%。
5.2 各国高度重视再生资源回收利用
随着全球能源与环境问题日益严峻和“双碳”目标的提出,世界各国高度重视社会类废旧物资的循环利用,将资源循环利用作为应对的重要手段,不断完善政策规划,促进废旧物资回收体系发展。早在2008 年,欧盟发布环境保护指令要求强制回收废旧电池,欧洲各国先后制定相应的本国专项法律,如德国颁布《回收法》《电池回收法》等系列法律。欧盟于2022 年2 月通过的《新电池法》规定:到2030 年,镍再生原材料含量达到4%,到2035 年提升到12%。美国于2019 年和2021 年分别出台《推进美国回收系统国家框架》和《国家回收战略》,提出2030 年将回收率提高到50%的国家回收目标,根据美国地质调查局(USGS)统计,2022 年,美国镍资源供应中废料回收资源占到表观消费量的56%。由于资源禀赋不足,日本非常重视资源回收利用,在其2009 年颁布的《稀有金属保障战略》中,资源回收利用是保障稀有金属稳定供应的四大支柱之一,将包括镍在内的31个矿种优先考虑。同时,日本积极构建电池、手机和家电等回收系统,致力于提高回收技术。
5.3 中国镍资源回收利用大有可为
相比于欧美等发达国家,我国镍等金属回收再利用程度较低,再生镍占总产量不到30%,而欧美的废料回收镍资源占供应端50%以上。我国作为全球镍消费第一大国,从2013 年起,镍消费占全球镍消费50%以上。然而我国是一个严重缺镍的国家,人均探明镍储量仅为世界平均值的1/5,对外依存度90%以上,自供能力严重不足。当前我国动力电池行业发展迅猛,预计未来5~10 a 大量动力电池退役。动力电池回收或将成为镍资源重要补充渠道,对我国镍资源稳定安全供应有着重要意义。
5.3.1 加强行业规范管理
鼓励发展镍资源回收利用产业,特别是动力电池回收利用产业,目前我国动力电池回收市场表现为“小、散、乱”特点,严重影响行业发展。要进一步加强动力电池回收标准体系建设,规范动力电池回收市场、动力电池回收行业设置技术和环保门槛,推动资源回收规模化,培育镍资源回收利用骨干企业。同时,加大行业监管,对无资质的回收企业等主体进行严惩,建立良好的动力电池回收市场营商环境。在制度层面,不断完善动力电池回收利用管理制度体系建设,从源头、回收监控和末端治理三个维度对动力电池回收利用进行管理和规范引导。有条件放开废电池和废正极材料进口,形成废旧电池回收国内国外双循环体系。
5.3.2 加快法律法规制定
我国相关法律、法规和税收、财政政策的缺失,导致镍资源回收与再利用领域缺乏有效布局。建议加快制定有关废旧动力电池等资源回收利用领域专项法律,明确政府部门分工职责,强调生产者责任延伸,完善落实生产者责任延伸制度,进一步强调废旧动力蓄电池规范回收、高效利用。同时,可借鉴欧美等发达国家的经验,设置合理奖惩激励机制,对积极承担镍资源回收的企业给予财政补贴与优惠政策,例如将废旧动力电池回收利用纳入税收优惠政策范围,推动废旧动力电池回收行业发展。
5.3.3 加大工艺技术创新
建议政府及企业等主体加大镍资源回收技术攻关力度,加快攻克废旧动力电池镍资源回收利用的关键技术。在废旧动力电池预处理阶段,利用好互联网、大数据和人工智能等新技术,加强废旧动力电池的分类、包装、运输、存储和梯次利用技术,积极研发智能化分解电池技术,最大程度降低拆解成本。在提纯阶段,目前湿法回收为废旧动力电池镍资源回收提纯主要技术路线,在溶解浸出、萃取分离等主要流程上,加强工艺技术方法创新,提高镍资源回收利用率。
结 论
“双碳”背景下,新能源行业作为最受益行业之一,快速增长的新能源需求对全球镍资源生产、冶炼、消费、回收利用均产生重要影响。
1)碳达峰与碳中和对全球镍资源供需格局影响深远。新能源产业快速发展推动动力电池用镍需求大幅增加,形成以不锈钢和电池为主导的需求“二元消费”格局;供应端,因硫化物型镍矿的“开采过度”和品位下降,以及红土型镍矿冶炼技术的不断成熟,红土型镍矿供应占比不断增加,呈现“二元供应”格局。镍资源供需呈现“二元供应-二元消费”产业格局。
2)“双碳”背景下,镍需求持续增长助推供给端扩产意愿增加,进而促进冶炼技术不断进步。红土型镍矿作为镍资源的主要来源,其冶炼技术进步促进供给端不断增加。RKEF 火法“镍铁-高冰镍”工艺打通了硫化物型镍矿和红土型镍矿火法冶炼之间的壁垒,使得镍铁可转产高冰镍,加速红土型镍矿的开发利用。同时,相比于目前红土型镍矿火法冶炼最为广泛使用的工艺方法RKEF,HPAL 湿法冶炼回收率和成本优势明显。未来企业投资将会偏向低成本、低能耗的湿法冶炼项目,新建火法冶炼项目逐渐减少。
3)“双碳”背景下,新能源产业快速发展,以及全球“脱碳”进程加快,镍资源供需矛盾更加凸显,镍资源再回收利用也将受到越来越多国家重视。我国作为全球镍消费第一大国,新能源汽车产业快速发展导致未来我国大量动力电池退役,废旧动力电池镍资源回收前景广阔。
第一作者简介
陈志勇:汉族,江西浮梁人,硕士,工程师,主要从事资源产业经济等方面的研究。单位:1.中国矿业报社;2.中国地质调查局国际矿业研究中心。
通讯作者简介
朱清:汉族,湖北松滋人,工学博士,研究员,硕士生导师,主要从事资源产业经济方面的研究。单位:1.中国矿业报社;2.中国地质调查局国际矿业研究中心。
引用格式
陈志勇,朱清,邹谢华,等. “双碳”背景下镍资源产业链发展趋势研究[J]. 中国矿业,2024,33(10):54-63.
CHEN Zhiyong,ZHU Qing,ZOU Xiehua,et al. Research on the development trend of nickel resource industry chain under the background of “dual carbon”[J]. China Mining Magazine,2024,33(10):54-63.
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