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全球Tier1动力电池企业“碳中和”战略路径

2021-10-11 17:09
电池中国网
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在全球化时代,全人类命运休戚与共,碳中和日益成为关乎人类整体命运的大课题。

数据显示,自第一次工业革命以来,人类已经向地球累积排放超过1.5万亿吨二氧化碳。随着二氧化碳排放量不断累积,全球气温也不断升高,在过去的100多年间,全球平均气温已经升高0.8℃。如若放任温升,2050年后全球粮食会因旱产量持续下降,将直接影响人类的饱腹和生存。

当然,二氧化碳排放过量的危害远不止粮食减产。为应对气候危机,全球掀起了前所未有的能源革命。截至目前,已经有约占全球经济总量70%的130个国家,相继提出了碳中和目标达成路线。这其中,欧盟今年6月通过的《欧洲气候法案》,将碳中和的目标设定于2050年。今年4月,中国政府则重申了“将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的庄严承诺。

在这场碳中和浪潮中,作为全球温室气体重要来源的汽车领域成为全球聚焦的主战场。据国际能源署(IEA)数据统计,2019年全球电力和热力生产行业二氧化碳排放占比达42%,交通运输业占比达24.6%。因此,要实现交通领域的碳中和,就必须要限制燃烧化石燃料的燃油汽车。

目前,包括大众、戴姆勒、宝马、通用在内的全球主流车企都发布了雄心勃勃的电动化战略。其中,大众集团宣布到2030年其电动汽车产量在新车中的占比将超过50%,规划6座产能达到240GWh的电池生产基地来实现产业链闭环供应;通用汽车宣布在2035年实现完全电动化;戴姆勒宣布在原战略的基础上上调2030年纯电动汽车渗透率目标至100%……未来,电动汽车将以更快的速度普及,在2030年达到30%以上的渗透率。

全球车企发起碳中和竞赛,预示着未来对动力电池的需求量将呈几何式增长。根据国际能源署的报告,仅用于电动汽车的电池,到2030年就需要大约6.6TWh,到2050年需要14TWh。这意味着在未来10年,电池产能将增加25倍。

然而,要达成交通领域碳中和目标,远非仅仅生产更多的动力电池、制造更多的电动汽车替代燃油车这样简单。

01

绿色能源全面转换

电动汽车因为没有排气管,所以很容易给人造成一种错觉,那就是:电动汽车的二氧化碳排放量是零。事实上,根据欧洲车企全生命周期评估方法,目前生产一辆电动汽车并不比生产一辆燃油车的碳排放要少,反而是更多。

中国工程院院士孙逢春曾在一次演讲中提到的一组数据,也印证了这一点:生产一辆燃油乘用车其产生的碳排放是9.2吨二氧化碳当量,而生产一辆三元动力电池乘用车其产生的碳排放为14.6吨,磷酸铁锂电池乘用车则达14.7吨。也就是说,就生产阶段而言,目前的电动汽车并不低碳。

根据麦肯锡发布的报告,预计到2025年电动汽车整个产业链中生产阶段的碳排放,将占到汽车全生命周期总排放量的45%;到2040年这一比例将达到85%左右。

那么,被冠以“新能源”称号的电动汽车,为何又诡吊地表现出“反低碳”的表征?这其中的主要原因在于,在当下的全球能源结构中,碳基化石能源还占有较大比重。丰田汽车社长丰田章男就曾提到,在日本电力供应中,火力发电占到77%,可再生能源和核电占比只有23%。

而日本的这种情况,在全球范围内还相当普遍。业内人士分析称,“在全生命周期的碳排放分析看来,考虑到电动车生产过程中的碳排放,如果使用的能源大部分仍然来自于化石能源发电,那么,电动车对减碳及全球气候变化影响非常有限。”

因此,只有在电力来源完全清洁的情况下,即完全实现绿色发电,才有可能真正大幅减少二氧化碳排放。需要指出的是,不仅是在电动汽车生产环节,包括整车企业、电池企业在内的整个汽车产业链,还要在运营、物流等各个环节都制定可持续发展的清洁路线和具体措施,以实现全面的碳排净零目标。

事实上,许多企业早已采取了行动。比如,沃尔沃就要求2025年所有一级供应商使用100%可再生能源的“绿电”;今年3月,宝马集团宣布在丁格芬和慕尼黑的工厂将100%使用当地的绿色水电,用于新型电动BMWiX和BMWi4的生产,力争到2050年达成全价值链气候中和;保时捷计划到2030年实现全价值链的碳中和;奔驰计划到2039年确保其乘用车在整个价值链中实现碳中和。

在整个电动汽车产业链中,电池环节无疑是减碳“重镇”。根据孙逢春院士的研究数据,生产动力电池的碳排放,占比大约是纯电动乘用车生产过程的19%-20%。T&E数据也显示,仅电池生产部分的碳排放范围就在61~106 kg CO/kWh,极端情况下,最高可以占据电动汽车全生命周期的60%以上。

因此,在动力电池制造环节实现低碳生产,对整个汽车产业链实现碳中和至关重要。目前,全球不少具有前瞻视野的电池供应商,比如Tier1的宁德时代、LG新能源等都已经开始了脱碳行动。绿色能源全面转换,就是LG新能源审时度势提出的实现碳中和的三大战略之一。目前,LG新能源已经在波兰和美国的工厂100%使用了绿电,在中国与韩国将于2030年完成100%绿电的使用。

LG新能源最新的减碳行动是,去年12月,其位于中国江苏的正极材料工厂与当地风能太阳能发电企业签署了供应140GWh的购电协议,自2021年起该工厂将仅使用可再生能源;2021年,LG新能源计划通过购电协议推进浙江衢州前驱体工厂使用可再生能源发电。

据了解,作为全球领先的电池供应商, LG新能源积极履行RE100(可再生能源100%)和EV100倡议,其脱碳行动不仅限于电池生产环节,该公司计划到2030年将全球所有营运部门使用的电力转换为可再生能源绿电,这一承诺将比RE100倡议(2050年)提前20年完成目标。

值得注意的是,电动汽车和可再生能源电力需求的增长将对电网造成负担。由于可再生能源固有的间歇性,这就需要有效的分时储能技术。在数字技术和储能系统的帮助下,以大规模分布式人工智能技术电网满足时变用电需求,将是能源绿色转型最优方案。因此,LG新能源将致力通过多样化的储能解决方案,助力人工智能技术分布式电网的建设,为全产业链实现碳中和保驾护航。

02

人工智能技术制造创新

除了在生产环节使用绿电,通过人工智能技术制造、改进制造技术等手段提高良率、降低原材料损耗,也是减碳的重要途径。在全球范围内,包括特斯拉、大众、奔驰、宝马等车企,都以率先通过升级人工智能技术制造的方式,打造出符合碳中和愿景的样板工厂,并在全球生产体系中推广。据报道,“某汽车厂商的油漆工厂车间采用循环送风系统,降低能耗达到70%”。

正如中国某科技企业负责人所说的那样,“人工智能技术制造的全面产业化,是与碳达峰、碳中和的‘双碳目标’一致的。人工智能技术制造对于生产、制造场景,带来的核心价值就是降本、增效、提质,也就是更高质量地进行生产、制造,从而提升整体的生产效率,减少原材料的浪费,最终达到减少碳排放的目标” 。

由于电池环节所占汽车全生命周期碳排放的高比重,电池企业的人工智能技术化生产的重要性就越发凸显。在人工智能技术制造创新方面,LG新能源的布局也是先声夺人。据了解,LG新能源通过数字化人工智能技术制造的创新工艺,减少损耗和提高能源效率,预计到2025年其新工厂的能效将进一步提升15%。为了使电池更环保,LG新能源还将使用更节能的工艺来制造材料、电极和电芯。

值得注意的是,在生产电池所消耗的能量给定的情况下,通过让电池更耐用、性能更优良,并提供更高的累计重放电量,也是助力电动汽车实现净零目标的重要举措。事实上,全球范围内的主流电池厂商都在致力于更高质量动力电池的研发。

仍以LG新能源为例,针对电动车企对高端化的需求,该公司目前已经在全球率先实现了高镍四元锂电池(NCMA)技术突破和量产,而其高效率硅氧(SiO)负极产品的量产,亦令这种四元电池的能量密度更高,快充性能更佳,从根本上解决目前新能源汽车用户普遍存在的里程焦虑。

同时,应用先进的热管理技术、最新安全技术的模组与CTP高集成设计,LG新能源电池产品可以实现不起火和自熄灭,大幅提升高能量密度动力电池的安全性与可靠性。后锂时代,LG新能源将致力于开发更安全的全固态电池,以及轻量化锂硫电池,以满足未来多样化应用场景。

据了解,近期LG新能源联合美国加州大学圣地亚哥分校共同研发的新一代全固态电池技术,攻克了过去只能在60℃以上环境进行充电的难关,实现在室温下也可以快速充电的技术突破。采用纯硅作为负极材料的全固态电池,在业内首次实现了在常温环境(室温通常指25℃)下循环寿命500次以上。

这些高瞻远瞩的布局,都彰显了LG新能源在碳中和时代引领行业发展的领头羊地位。

03

电池全生命周期管理

2020年12月,欧盟发布了新电池法规提议草案,并出台了针对电池产业全生命周期的13项措施,包括从电池分类、再利用、回收、碳足迹、电化学性能和耐久性等方面的要求,同时规定了生产商的责任、电池设计要求、电池材料回收,以及供应链尽职调查等。新法规被业内解读为欧盟实施电池战略行动计划的下一个里程碑,这意味着“电池全面碳中和之战打响”。

欧盟新法规的目的在于,确保投放到欧盟市场的动力电池在整个生命周期中都是“绿色”的。也就是说,不仅电池生产过程里的碳排放要达标,生产电池使用的电力、电池厂房建筑使用的水泥、乃至生产电池用矿产的开采,都得是符合碳排放标准的。目前,欧盟已经宣布,2024年7月起,只有已建立碳足迹声明的动力电池才能投放市场。

值得注意的是,为了让电池更加环保,欧盟电池新法规中,还特别在电池材料的循环利用方面提出要求。到2035年,新生产的EV和工业电池中将有至少20%的Co、85%的Pb、10%的Li、12%的Ni来自于从废旧电池中回收的材料。行业数据显示,综合利用废旧动力电池中的锂、镍、钴、铜等资源,可以做到每千瓦时0.19吨的减碳效果。

孙逢春院士的研究也表明,回收利用锂离子电池是降低电动汽车在生产过程二氧化碳排放的另一有效的途径。其中,在回收阶段可以核减排放5.1吨二氧化碳当量,使得生产阶段的碳排放能够核减为9.8吨,减少约34%。

据了解,在车企方面,沃尔沃计划到2025年将在产品中更多地使用再生及生物基材料,将材料的二氧化碳排放量降到最低。电池厂商中,LG新能源在其电池全生命周期管理战略指引下,已经着手通过构建涵盖电池原材料、生产、消费、废弃等全供应链的资源闭环体系,针对使用后的废旧电池和电池生产过程产生的废品,进行回收利用。

需要指出的是,电池梯次利用对于减碳的价值也不容忽视。据行业机构推测,2021~2030年中国退役的动力电池将达到708GWh,将这些电池有效地梯次利用,将比制造等量的新电池减少近3342万吨碳排放。据悉,LG新能源已经通过寿命更长的电池和人工智能技术电池生命管理技术来实现电池的梯次利用,并开发一种可将废料中的活性材料直接修复的再生工艺。

碳中和的浪潮势浩浩荡荡。未来,LG新能源将持续聚焦绿色能源全面转换、人工智能技术制造创新、全生命周期管理三大重点领域,全面推动碳排净零目标的实现。同时,秉承“为更美好未来赋能”的ESG经营愿景,LG新能源希望构建全球绿色环保的电池产业生态,创造可持续的社会价值。

根据LG新能源发布的碳中和规划,该公司计划将碳排放量从2019年96万吨分阶段逐渐降低,直至2050年实现碳排放量彻底降为零。

来源:电池中国网

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