李 媛 時(shí)進(jìn)鋼# 陳 楠 張明博 Paul P.J. Gaffney

(1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心,北京 100029;2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101)

我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)勁,帶動(dòng)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)量同比翻倍,我國(guó)現(xiàn)已成為全球最大的新能源汽車(chē)消費(fèi)國(guó)與鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)國(guó)。在“雙碳”(碳達(dá)峰、碳中和)目標(biāo)指引下,我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)?；⒏哔|(zhì)量、快速發(fā)展的新階段[1]。2020年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)售總量為136.7萬(wàn)輛[2],占全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量(331.1萬(wàn)輛)的41%;2021年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量352.1萬(wàn)輛,占全球(670萬(wàn)輛)的53%[3]。鋰動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的核心部件,發(fā)展勢(shì)頭迅猛,2021年我國(guó)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)量219.7 GW·h,較2020年(83.4 GW·h)增長(zhǎng)163%。受鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng),2020年我國(guó)鋰消費(fèi)量2.29×105t(碳酸鋰當(dāng)量),并保持高速增長(zhǎng)(年均增速24%),是全球最大的鋰消費(fèi)國(guó)與鋰鹽材料生產(chǎn)國(guó)[4]。

鋰動(dòng)力電池作為交通領(lǐng)域減污降碳的重要載體,鋰動(dòng)力電池相關(guān)政策、技術(shù)開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)影響等方面問(wèn)題受到學(xué)者廣泛關(guān)注與研究。政策層面,郭揚(yáng)[5]分析了世界視域下新能源替代化石能源的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治三維驅(qū)動(dòng)效應(yīng),郭本海等[6]總結(jié)了現(xiàn)有新能源汽車(chē)的政策措施,并實(shí)證分析政策措施耦合協(xié)調(diào)度對(duì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新績(jī)效的影響。技術(shù)開(kāi)發(fā)層面,張丹寧等[7]對(duì)新發(fā)展格局下我國(guó)新能源鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平與提升路徑進(jìn)行研究,陳立泉[8]、黃學(xué)杰等[9]、涂康安[10]研究了我國(guó)鋰動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料研發(fā)技術(shù)狀況,并提出日后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)目標(biāo)。產(chǎn)業(yè)影響層面,陳軼嵩等[11]與金莉娜等[12]針對(duì)新能源汽車(chē)相對(duì)傳統(tǒng)燃料汽車(chē)更“綠色”的屬性,開(kāi)展全生命周期環(huán)境影響與經(jīng)濟(jì)效益分析,吳錦澤等[13]研究了廣東新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)政策的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有政策對(duì)能源生產(chǎn)端、鋰動(dòng)力電池回收端污染管控較弱,需加強(qiáng)全生命周期的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控;部分學(xué)者對(duì)鋰動(dòng)力電池涉及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展情況與生產(chǎn)技術(shù)及環(huán)境影響開(kāi)展研究[14-16],邢佳韻等[17]梳理了鋰資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本狀況,提出鋰產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的建議;蔣京呈等[18]篩查了鋰動(dòng)力電池的有毒有害物質(zhì),王藝博等[19]對(duì)鋰動(dòng)力電池回收處理過(guò)程的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)予以研究。從已有文獻(xiàn)看,側(cè)重于鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)環(huán)境影響研究仍有不足。

鋰動(dòng)力電池及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí),也面臨著生態(tài)壓力、環(huán)境污染等挑戰(zhàn)。受長(zhǎng)沙比亞迪工廠“排污門(mén)”事件、歐盟“考慮將鋰列為有害物質(zhì)”等新風(fēng)向影響,更多公眾開(kāi)始關(guān)注鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈條的環(huán)境問(wèn)題。本研究聚焦鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈,基于我國(guó)鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批情況,探究我國(guó)鋰動(dòng)力電池上、中、下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀;針對(duì)主要生產(chǎn)過(guò)程,開(kāi)展全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境污染特征分析,剖析我國(guó)現(xiàn)階段鋰動(dòng)力電池高速發(fā)展與資源環(huán)境保護(hù)的主要矛盾;并提出針對(duì)性的環(huán)境管理建議。

1 我國(guó)鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)查評(píng)估

1.1 鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈概況

鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈可總結(jié)歸納為上游鋰資源開(kāi)發(fā)利用與鋰鹽生產(chǎn)、中游鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)與鋰動(dòng)力電池制造、下游鋰動(dòng)力電池的回收與利用3大部分[20]。上游鋰資源有固態(tài)和液態(tài)兩種形式,固態(tài)鋰輝礦石經(jīng)破碎、浮選等處理,得到鋰精礦石,鋰精礦石采用硫酸法、硫酸鹽法、石灰石焙燒法等方法處理,得到碳酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰等鋰鹽產(chǎn)品。液態(tài)鋰主要存在于鹽湖鹵水、海水、油田鹵水中,主要利用溶劑萃取法、沉淀法、離子交換吸附法等鹵水提鋰方法得到碳酸鋰、氯化鋰等鋰鹽產(chǎn)品。上游生產(chǎn)的鋰鹽產(chǎn)品輔以石墨、聚乙烯、聚丙烯等其他原料,用于中游鋰動(dòng)力電池正、負(fù)極材料及隔膜、電解液等的生產(chǎn),經(jīng)組裝及封裝后得到鋰動(dòng)力電池。當(dāng)鋰動(dòng)力電池容量衰減到80%時(shí)需進(jìn)行回收處理,包括梯次利用與拆解回收兩種方式:梯次利用將狀態(tài)較好的鋰動(dòng)力電池模塊、單體重新利用于儲(chǔ)能、備用電源燈等對(duì)電池性能要求較低的場(chǎng)景;拆解回收將鋰動(dòng)力電池進(jìn)行放電和拆解后,提煉鎳、鈷、錳、銅、鋁、鋰等原材料,實(shí)現(xiàn)鋰動(dòng)力電池材料資源的循環(huán)利用。

1.2 我國(guó)鋰動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)狀

查詢中國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)監(jiān)管數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)可知,截至2021年,全國(guó)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)批復(fù)共503項(xiàng),按照《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)分類(lèi)管理名錄》,我國(guó)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)項(xiàng)目可歸納為4類(lèi),具體如表1所示。批復(fù)項(xiàng)目與新增污染物批復(fù)量主要集中于鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)與鋰動(dòng)力電池制造環(huán)節(jié),占比超過(guò)70%,主要新增污染物為氮氧化物。

表1 鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)涉及項(xiàng)目匯總表

2 存在的問(wèn)題分析

2.1 上游鋰資源多依賴進(jìn)口,擴(kuò)產(chǎn)或面臨較大生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),以碳酸鋰為主的鋰鹽生產(chǎn)結(jié)構(gòu)或影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量

我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量較為豐富,存在形式以鹽湖鋰為主(占比85%),主要集中于青海、西藏、四川、江西等地。我國(guó)鹽湖鋰因具有較高的鎂鋰比,開(kāi)采難度較大;礦石鋰受資源品質(zhì)、區(qū)位條件、提鋰技術(shù)等因素制約,總體開(kāi)采程度較低;利用我國(guó)鋰資源進(jìn)行鋰鹽生產(chǎn)的占比為30%,其余70%依賴于進(jìn)口鋰輝礦石[21-22]。目前青海、江西部分地區(qū)鋰開(kāi)采已初具規(guī)模,未來(lái)主要開(kāi)采潛力集中在青藏高原、青海柴達(dá)木盆地等生態(tài)功能脆弱地區(qū),一旦無(wú)序開(kāi)采,或?qū)⒃斐刹豢赡孓D(zhuǎn)的生態(tài)環(huán)境影響。

我國(guó)鋰鹽生產(chǎn)以碳酸鋰為主。2021年我國(guó)碳酸鋰產(chǎn)量為48萬(wàn)t(礦石鋰41萬(wàn)t、鹽湖鋰7萬(wàn)t),是全球碳酸鋰增量的主要來(lái)源。我國(guó)碳酸鋰生產(chǎn)主要采用“硫酸法礦石提鋰”工藝,即鋰輝礦石經(jīng)轉(zhuǎn)化焙燒,高溫使其結(jié)構(gòu)由致密變?yōu)槭杷?再經(jīng)粉磨后與過(guò)量硫酸混合,在回轉(zhuǎn)爐中酸化焙燒溶解,水浸后得到粗硫酸鋰溶液,經(jīng)過(guò)濾洗滌、凈化、濃縮等處理后獲得碳酸鋰產(chǎn)品,如圖1所示。其中,鋰輝礦石高溫轉(zhuǎn)化焙燒工序產(chǎn)生大量煙氣,為典型的大氣污染項(xiàng)目,或影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量,礦石鋰生產(chǎn)的碳酸鋰產(chǎn)品被列為《環(huán)境保護(hù)綜合名錄(2021年版)》的高污染產(chǎn)品。按我國(guó)碳酸鋰生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)信息統(tǒng)計(jì),電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)過(guò)程中煙氣排放量為3.358萬(wàn)～11.70萬(wàn)Nm3/t,排放量主要受鋰輝礦石精礦品位與企業(yè)清潔生產(chǎn)水平影響。

圖1 硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)污示意圖

2.2 中游鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)與鋰動(dòng)力電池制造項(xiàng)目數(shù)量增長(zhǎng)迅速,生產(chǎn)過(guò)程涉及多種重金屬與有機(jī)化合物,存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》明確提出,2025年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)銷(xiāo)售總量的20%。以2020年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量(2 531萬(wàn)輛)保守估計(jì),2025年我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將超過(guò)500萬(wàn)輛。在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)布局、補(bǔ)貼支持、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)推廣等政策標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同推動(dòng)下,鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)與鋰動(dòng)力電池制造項(xiàng)目數(shù)量增長(zhǎng)迅速。對(duì)我國(guó)新能源汽車(chē)鋰動(dòng)力電池制造相關(guān)項(xiàng)目調(diào)研發(fā)現(xiàn),2016年全國(guó)鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)及鋰動(dòng)力電池制造環(huán)境影響評(píng)價(jià)批復(fù)項(xiàng)目7項(xiàng),2017年新批復(fù)項(xiàng)目43項(xiàng),2019年新增批復(fù)項(xiàng)目數(shù)量高達(dá)101項(xiàng),整體呈現(xiàn)數(shù)量增長(zhǎng)較快、地域分布廣、新增污染物批復(fù)量增高的特點(diǎn)。

鋰動(dòng)力電池原材料包括正極材料(鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元體系鎳鈷鋁等)、負(fù)極材料(石墨、硅碳復(fù)合材料等)、電解質(zhì)(六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰)、高純度有機(jī)溶劑及添加劑等[23]。在針對(duì)全國(guó)鋰動(dòng)力電池建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn),鋰動(dòng)力電池原材料制造環(huán)節(jié)存在排污許可證降級(jí)管理現(xiàn)象。鈷酸鋰、三元正極材料的生產(chǎn)屬于無(wú)機(jī)鹽制造,按《固定污染源排污許可分類(lèi)管理名錄(2019年版)》為“重點(diǎn)管理”,但一些地方卻歸為“簡(jiǎn)化管理”,存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

電池制造流程主要包括極板工程、組裝工程、化成工程,如圖2所示。其中,極板工程是產(chǎn)污較多的環(huán)節(jié),攪拌制漿與涂布烘干工序產(chǎn)生非甲烷總烴氮甲基吡咯烷酮有組織廢氣。此外,極板工程產(chǎn)生廢正負(fù)極片與組裝工程的邊角料等固體廢物,電池組裝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生電解液,具有易燃性,且電解液通常具有毒性與致癌性,屬于危險(xiǎn)廢物。

圖2 鋰動(dòng)力電池制造產(chǎn)污示意圖

2.3 下游鋰動(dòng)力電池回收體系持續(xù)完善,回收利用現(xiàn)狀不容樂(lè)觀,潛在的環(huán)境安全隱患亟待解決

在新能源汽車(chē)鋰動(dòng)力電池回收政策與標(biāo)準(zhǔn)等的推動(dòng)下,我國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力回收體系建設(shè)正逐步完善,如圖3所示。2021年12月,《新能源汽車(chē)廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》發(fā)布第三批合規(guī)企業(yè)名單(47家),截至2022年,全國(guó)已建成鋰動(dòng)力電池梯次利用和再生利用企業(yè)共74家[24-26]。

圖3 我國(guó)鋰動(dòng)力電池回收利用體系政策

鋰動(dòng)力電池的回收利用流程主要包括拆解、焙燒(破碎、分選)、材料回收,如圖4所示。廢氣主要為焙燒、破碎、分選過(guò)程產(chǎn)生的二氧化硫、顆粒物、氟化氫、非甲烷總烴、鎳及其化合物、鈷及其化合物、二噁英;廢水中含有重金屬、氟化物等污染物,主要產(chǎn)生于材料回收階段濕法浸出過(guò)程;固體廢物主要為拆解過(guò)程產(chǎn)生的乙二醇廢冷卻液和塑料連接件、電路板等拆解產(chǎn)物。

圖4 鋰動(dòng)力電池回收利用產(chǎn)污示意圖

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),鋰動(dòng)力電池回收企業(yè)普遍反映回收鋰動(dòng)力電池渠道不暢,由于正規(guī)企業(yè)鋰動(dòng)力電池運(yùn)輸、拆解成本高等原因,無(wú)成本優(yōu)勢(shì),多數(shù)廢舊鋰動(dòng)力電池流入了“小作坊”。廢舊鋰動(dòng)力電池含有大量重金屬及氟、粉塵、酸堿等物質(zhì),未經(jīng)妥善處置的廢舊鋰動(dòng)力電池將威脅公共安全,并可能造成環(huán)境污染:正極材料中鎳、鈷等重金屬與酸堿溶液將造成土壤、水體污染;電解液溶質(zhì)六氟磷酸鋰屬于有毒物質(zhì)且易潮解,會(huì)與空氣中的水反應(yīng)產(chǎn)生劇毒的氟化氫,造成大氣污染,溶劑則會(huì)造成水污染。

3 結(jié)論與建議

3.1 我國(guó)鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

(1) 上游鋰資源多分布于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū),擴(kuò)產(chǎn)面臨較大的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),以初級(jí)產(chǎn)品碳酸鋰為主的鋰鹽生產(chǎn)結(jié)構(gòu)或影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。

(2) 中游鋰動(dòng)力電池原材料生產(chǎn)與鋰動(dòng)力電池制造項(xiàng)目數(shù)量增長(zhǎng)迅速,生產(chǎn)過(guò)程涉及多種重金屬與有機(jī)化合物,存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 下游基于“生產(chǎn)者延伸制度”的回收體系持續(xù)完善,但鋰動(dòng)力電池回收渠道仍有不暢,多數(shù)廢舊鋰動(dòng)力電池流入了“小作坊”,潛在的環(huán)境安全隱患亟待解決。

3.2 環(huán)境管理建議

(1) 以“三線一單”、規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)為抓手,加強(qiáng)上游鋰資源開(kāi)采與加工環(huán)境影響評(píng)價(jià)準(zhǔn)入管理。嚴(yán)格落實(shí)“三線一單”管控要求,從項(xiàng)目選址、污染物排放強(qiáng)度、污染防治設(shè)施水平、防護(hù)距離等方面精準(zhǔn)細(xì)化項(xiàng)目環(huán)境準(zhǔn)入條件,強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的資源稟賦地區(qū)環(huán)境影響評(píng)價(jià)準(zhǔn)入管理。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局與資源配置,引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)布局園區(qū)化、生產(chǎn)規(guī)?；⒐芾砑谢?實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展。

(2) 強(qiáng)化中游鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)排污許可情況監(jiān)督。加強(qiáng)對(duì)鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)類(lèi)型項(xiàng)目排污許可證核發(fā)監(jiān)管,加強(qiáng)排污許可事中事后監(jiān)管,強(qiáng)化對(duì)鋰鹽生產(chǎn)、鋰動(dòng)力電池制造等典型行業(yè)的排污許可執(zhí)行情況監(jiān)督,督促生產(chǎn)企業(yè)嚴(yán)防污染。建立鋰動(dòng)力電池環(huán)境分級(jí)管理體系,引導(dǎo)高污染環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)已完成技術(shù)改造,工藝達(dá)到清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),建議以污染物排放量為標(biāo)準(zhǔn),實(shí)行環(huán)境分級(jí)管理,區(qū)別對(duì)待污染控制技術(shù)進(jìn)步與落后的生產(chǎn)企業(yè),用環(huán)境管理政策倒逼企業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

(3) 進(jìn)一步明確下游鋰動(dòng)力電池回收企業(yè)環(huán)境主體責(zé)任。根據(jù)《生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案》,新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)負(fù)有回收鋰動(dòng)力電池的主體責(zé)任。建議研究出臺(tái)鋰動(dòng)力電池回收的環(huán)境主體責(zé)任政策文件,研究考核獎(jiǎng)懲機(jī)制,增強(qiáng)企業(yè)在回收過(guò)程的自發(fā)能動(dòng)性;加強(qiáng)環(huán)境主體責(zé)任追究,嚴(yán)格查處不合規(guī)企業(yè);鼓勵(lì)企業(yè)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù),構(gòu)建鋰動(dòng)力電池線上線下追溯系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)回收體系管控的高效化與便捷化。