面向全面电动化的汽车资源风险评估和资源效率研究.pdf
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1、 面向全面电动化的汽车资源风险评估和资源效率研究 中汽中汽数据有限公司数据有限公司 2022022 2.8 8 I 摘要 自“双碳”目标发布以来,各行各业积极布局碳达峰、碳中和工作。汽车产业作为国民经济支柱产业之一,其社会影响巨大,因此如何推进汽车产业碳中和工作成为重中之重,其中汽车的全面电动化是解决汽车行业碳排放问题的关键。动力蓄电池是汽车的全面电动化进程中的关键环节,全面电动化下持续增长的动力蓄电池需求,让我国面临潜在的资源风险,特别是对锂、镍和钴等金属资源的风险。在全面电动化背景下,开展对锂、钴和镍等动力蓄电池关键材料的资源风险评估和资源效率研究,研究包括背景与政策现状调研,资源供给、需
2、求与回收研究,资源风险与效率分析,风险应对策略研究及政策建议等内容。同时,依据产业发展状况设立保守情景与理想情景,采用全生命周期物质流方法,全方位分析全面电动化下我国未来会面临的锂、镍、钴资源风险。供给研究显示,我国目前锂资源相对丰富,镍、钴储量相对匮乏,极其依赖资源进口;全球锂资源主要分布于智利、澳大利亚,镍资源主要分布于印度尼西亚、澳大利亚,钴资源主要分布于刚果;智利、澳大利亚、古巴、巴西等国未来有较大的关键矿产资源投资潜力。需求研究显示,随电动化推进,未来我国新能源汽车行业锂、镍、钴资源需求量快速上升,理想情景下到 2035 年新能源汽车行业锂、镍、钴资源分别可达 72 万吨、44 万吨
3、与 5.3 万吨;未来新能源汽车行业在镍与钴资源上将分别面临来自不锈钢行业与 3C 电池行业的资源竞争。资源风险研究显示,在资源供需方面,理想情景下,我国锂资源在 2036 年前供不应求,钴资源在 2046 年前供不应求,镍资源不存在供不应求风险;在资源对外依存度方面,我国锂、镍、钴资源在 2050 年前资源对外依存度始终较高,保持在50%以上,有潜在的供应链风险。资源效率研究显示,理想情景设置下,可大幅提升资源效率。风险应对策略研究显示,在 2054 年前电池优化策略的更显应对效果最好,2054 年后再生回收水平提升有更大更显应对潜力。根据研究结果针对我国政府、行业、企业提供针对性建议。在政
4、府层面,一是加快矿产布局,包括我国锂矿布局及国外镍、钴矿布局;二是开展技术创新,推进新型电池包研发及应用,推进高密度锂离子动力蓄电池包技术攻关,推进低碳替代燃料发展;三是发布相应资源风险应对政策,完善、健全回收法规,建立动力蓄电池标签/护照制度,建立资源税制度等。在行业层面,充分发挥行业的引导作用,引导建立资源友好的新能源汽车发展路线图,推进电动车换电、燃料电池、新型电池的发展。在企业层面,一是提升企业新矿产资源获取能力,尽快开 II 展全球上游矿产布局;二是确保企业二次资源的保障,保障企业对动力蓄电池所有权,鼓励企业于海外建立废弃动力蓄电池回收、拆解、再生工厂等。III 内容目录 摘要摘要.
5、I 表表目录目录.VI 图图目录目录.VII 1.研究背景与政策现状研究背景与政策现状.1 1.1.研究背景.1 1.2.国内外政策现状.2 1.2.1.国外政策.2 1.2.2.国内政策.5 1.3.资源风险和资源效率研究现状.10 1.3.1.关键金属的物质存量核算.10 1.3.2.关键金属的资源风险.11 1.3.3.资源风险应对策略.12 1.4.研究必要性.13 1.4.1.研究内容.13 1.4.2.研究必要性.14 1.4.3.研究目的.14 2.研究方法与范围研究方法与范围.15 2.1.研究边界范围.15 2.2.研究方法.15 2.2.1.方法论.15 2.2.2.技术路
6、线图.16 2.2.3.情景设置与关键参数设置.16 3.新能源汽车产业发展分析新能源汽车产业发展分析.17 3.1.中国新能源汽车销量预测.17 3.2.全球新能源汽车销量预测.17 4.锂、镍、钴资源供给研究锂、镍、钴资源供给研究.19 4.1.我国锂、镍、钴资源供给研究.19 4.1.1.我国锂资源供给研究.19 4.1.2.我国镍资源供给研究.20 IV 4.1.3.我国钴资源供给研究.21 4.2.全球锂、镍、钴资源供给研究.22 4.2.1.全球锂资源供给研究.22 4.2.2.全球镍资源供给研究.24 4.2.3.全球钴资源供给研究.26 5.锂、镍、钴资源需求研究锂、镍、钴资源
7、需求研究.28 5.1.锂、镍、钴资源需求研究方法.28 5.1.1.新能源汽车行业锂、镍、钴资源需求研究方法.28 5.1.2.其他行业锂、镍、钴资源需求研究方法.30 5.2.中国锂、镍、钴资源需求预测.30 5.2.1.新能源汽车行业锂、镍、钴资源需求预测.30 5.2.2.中国全行业锂、镍、钴资源需求预测.32 5.3.全球锂、镍、钴资源需求预测.34 5.3.1.新能源汽车行业锂、镍、钴资源需求预测.34 5.3.2.全球全行业锂、镍、钴资源需求预测.36 6.锂、镍、钴资源回收研究锂、镍、钴资源回收研究.38 6.1.锂、镍、钴资源回收研究方法.38 6.2.中国锂、镍、钴资源回收
8、量预测.40 7.新能源汽车行业锂、镍、钴资源物质流分析新能源汽车行业锂、镍、钴资源物质流分析.43 8.锂、镍、钴资源风险分析锂、镍、钴资源风险分析.45 8.1.锂、镍、钴资源供需不平衡风险.45 8.1.1.我国锂、镍、钴资源自身供需关系分析.45 8.1.2.全球锂、镍、钴资源供需关系分析.47 8.1.3.我国整体锂、镍、钴资源供需研究.49 8.1.4.我国锂、镍、钴进口资源需求与国外资源供给关系分析.51 8.2.锂、镍、钴资源对外依存度风险.53 8.2.1.锂、镍、钴资源对外依存度计算方法.53 8.2.2.锂、镍、钴资源对外依存度结果.54 8.3.锂、镍、钴资源风险分析小
9、结.55 9.锂、镍、钴资源效率分析锂、镍、钴资源效率分析.56 9.1.锂、镍、钴资源效率分析方法.56 9.2.锂、镍、钴资源利用次数分析.57 9.3.锂、镍、钴资源单位资源能源载荷量分析.58 V 10.锂、镍、钴资源风险应对策略研究锂、镍、钴资源风险应对策略研究.60 10.1.锂、镍、钴资源风险应对策略敏感性分析.60 11.政策建议政策建议.62 11.1.政府层面风险应对建议.62 11.2.行业层面风险应对建议.64 11.3.企业层面风险应对建议.64 12.研究结论研究结论.64 13.参考文献参考文献.65 23452345.70 VI 表目录 表 1-1 各国汽车电动
10、化的资源风险管理现状.3 表 1-2 汽车产业中长期发展规划关于新能源汽车的主要内容.7 表 1-3 中国关于新能源汽车的相关法规.8 表 1-4 新能源汽车动力蓄电池的相关法规.10 表 1-5 资源风险与资源效率研究现状.12 表 2-1 保守情景与理想情景设置.17 表 4-1 中国锂资源储量分布情况.19 表 4-2 中国镍资源储量分布情况.20 表 4-3 中国钴资源储量分布情况.21 表 4-4 2020 年全球锂资源储量及开采量.23 表 4-5 2020 年全球镍资源储量及开采量.25 表 4-6 2020 年全球钴资源储量及开采量.27 表 6-1 动力蓄电池寿命设置.39
11、表 6-2 动力蓄电池回收相关参数设置.40 表 10-1 各风险应对策略于 20202060 年较基准线一次资源需求累计降低量.60 VII 图目录 图 1-1 全球不同地区的新能源汽车保有量(从 20102020 年).1 图 1-2 中国新能源汽车销量(20102020 年)30.6 图 1-3 中国新能源汽车保有量(20142019 年)30.6 图 1-4 我国新能源汽车动力蓄电池装机量(20132020 年)31.7 图 2-1 ISO 14040 标准 LCA 的技术框架.15 图 2-2 材料的生命周期物质流.16 图 2-3 研究技术路线图.16 图 3-1 中国新能源汽车销
12、量预测.17 图 3-2 全球主要国家新能源乘用车销量预测.18 图 3-3 全球主要国家新能源商用车销量预测.19 图 4-1 中国锂资源储量分布图.20 图 4-2 中国镍资源储量分布图.21 图 4-3 中国钴资源储量分布图.22 图 4-4 全球锂资源储量分布.24 图 4-5 全球锂资源开采量分布.24 图 4-6 全球镍资源储量分布.26 图 4-7 全球镍资源开采量分布.26 图 4-8 全球钴资源储量分布.28 图 4-9 全球钴资源开采量分布.28 图 5-1 我国新能源汽车行业锂资源需求量预测(LCE 吨).31 图 5-2 我国新能源汽车行业镍资源需求量预测(吨).31
13、图 5-3 我国新能源汽车行业钴资源需求量预测(吨).32 图 5-4 我国全行业锂资源需求量预测.33 图 5-5 我国全行业镍资源需求量预测(吨).33 图 5-6 我国全行业钴资源需求量预测(吨).34 图 5-7 全球新能源汽车行业锂资源需求量预测(LCE 吨).35 图 5-8 全球新能源汽车行业镍资源需求量预测(吨).35 图 5-9 全球新能源汽车行业钴资源需求量预测(吨).36 图 5-10 全球全行业锂资源需求量预测(LCE 吨).37 图 5-11 全球全行业镍资源需求量预测(吨).37 图 5-12 全球全行业钴资源需求量预测(吨).38 图 6-1 资源回收模型技术路线
14、图.39 图 6-2 我国动力蓄电池锂资源回收量及新电池循环锂占比.41 图 6-3 我国动力蓄电池镍资源回收量及新电池循环镍占比.42 图 6-4 我国动力蓄电池钴资源回收量及新电池循环钴占比.43 图 7-1 2020 年与 2035 年新能源汽车行业锂资源物质流分析.44 图 7-2 2020 年与 2035 年新能源汽车行业镍资源物质流分析.44 图 7-3 2020 年与 2035 年新能源汽车行业钴资源物质流分析.45 图 8-1 我国锂资源自身供需曲线(LCE 吨).46 图 8-2 我国镍资源自身供需曲线(吨).46 VIII 图 8-3 我国钴资源自身供需曲线(吨).47 图
15、 8-4 全球锂资源供需曲线(LCE 吨).48 图 8-5 全球镍资源供需曲线(吨).48 图 8-6 全球钴资源供需曲线(吨).49 图 8-7 我国锂资源总供需(LCE 吨).50 图 8-8 我国镍资源总供需(吨).50 图 8-9 我国钴资源总供需.51 图 8-10 国外锂资源供给量与我国进口一次锂资源需求量关系(LCE 吨).52 图 8-11 国外镍资源供给量与我国进口一次镍资源需求量关系(吨).52 图 8-12 国外钴资源供给量与我国进口一次钴资源需求量关系(吨).53 图 8-13 我国新能源汽车行业锂资源对外依存度与进口资源需求量.54 图 8-14 我国新能源汽车行业
16、镍资源对外依存度与进口资源需求量.55 图 8-15 我国新能源汽车行业钴资源对外依存度与进口资源需求量.55 图 9-1 锂资源利用次数.57 图 9-2 镍资源利用次数.58 图 9-3 钴资源利用次数.58 图 9-4 锂资源单位资源能源载荷量(kWh/kg LCE).59 图 9-5 镍资源单位资源能源载荷量(kWh/kg).59 图 9-6 钴资源单位资源能源载荷量(kWh/kg).60 图 10-1 不同风险应对策略下新能源汽车行业一次锂资源需求量变化(LCE 吨).61 图 10-2 不同风险应对策略下新能源汽车行业一次镍资源需求量变化(吨).61 图 10-3 不同风险应对策略
17、下新能源汽车行业一次钴资源需求量变化(吨).62 1 1.研究背景与政策现状 1.1.研究背景交通是全球能源消耗、资源消耗、污染物和温室气体排放的重要部门。全球交通行业的二氧化碳排放量逐年增加,是碳排放量第二大的部门(2019 年二氧化碳排放量占全球的 24%),也是城市空气污染的主要原因(全球由于交通运输的尾气排放造成的与环境细颗粒物(PM2.5)和地面臭氧引起疾病而死亡的人数分别占总人数的 11.7%和 11.4%)1,2。近年来,各国政积极推广电动汽车来减少交通行业的能源消耗、资源消耗、温室气体排放和环境污染3-9。如图 1-1 所示,在过去十年中,新能源汽车的存量在全球呈现指数性增长的
18、趋势,2020 年全球电动乘用车存量约 1020 万辆,是 2019 年的 1.4 倍10。其中,中国是全球最大的新能源汽车市场,2020 年存量达 451 万辆,占全球电动汽车存量的 44.2%,欧洲和美国紧随其后。欧盟针对汽车制造商制定二氧化碳排放标准,并立法为清洁车辆公共采购设定了成员国的最低标准,也大大推动了其电动汽车的普及11。法国、英国和瑞典等 10 余个欧洲国家提出了燃油车禁售声明,预计在 2040 年前这些国家所销售的新乘用车和轻型商用车将实现 100%零排放(车辆行驶阶段)。图 1-1 全球不同地区的新能源汽车保有量(从 20102020 年)此外,各国政府或行业协会针对于废
19、弃电动汽车的处理处置也出台了一系列的管理政策。锂电池是电动汽车的关键设备。随着电动汽车的大力推广和普及,2 锂离子电池的使用增速势必呈现逐年上升的趋势,且电动汽车的锂离子电池往往在达到其最大使用寿命之前往往就被废弃,从而导致大量废弃锂离子电池进入城市垃圾流12。锂离子电池有很多有毒物质,例如重金属和有机电解质,会分解成有害气体,如醛和酮。因此处理不当,将对环境和人类健康造成严重风险。因此,合理处理处置废弃电动汽车,特别是锂离子电池成为各国政府汽车电动化普及的资源管理和利用的关键环节。1.2.国内外政策现状1.2.1.国外政策 许多国家和区域出台了一系列法律法规来管理和回收废旧电动汽车,并取得了
20、显著的效果(表 1-1)13,14。欧盟在管理废旧电动汽车及其锂离子电池上制定了较为先进和严格的规定。2000 年,欧洲颁布了报废汽车回收的指令,并要求汽车制造商和消费者在 2015 年对于 M1 和 N1 这两种型号的汽车实现再利用+回收(recovery)达 95%,以及再利用+回收(recycle)达 85%的目标11。而在 2006年,欧盟就出台了关于回收废弃锂离子电池的严格法规,要求其回收率必须在2012 年达到 25%,在 2016 年达到 45%15。德国作为欧盟的先进国家,积极实施该指令,建立了废弃锂离子电池管理的生产者责任制度。另外德国在此基础上制定了本国的电池法令,要求电动
21、汽车生产企业承担回收责任和费用。其他成员国如丹麦、瑞典和荷兰也积极参与其中,并达到指令的回收目标16。在 2020 年,欧盟再次更新了关于废电池回收的指令,以 2025 年和 2030 年为时间节点,设置了三个目标,即中等,高等和理想目标,以望在 2025 年,废旧锂离子电池的回收率达 65%以上17。2022 年,欧洲议会投票通过欧盟电池与废电池法规最新修改版本(以下简称“新电池法”),将电池管控方式由指令上升为法规,更新了部分金属与电池的回收率要求,同时提出新动力蓄电池循环材料含量要求,该法规尚未正式发布与生效。在美国,没有关于具体的关于废旧电动汽车和动力蓄电池管理的联邦法规,但是有一些法
22、律法规涉及到了对于电动汽车的管理,例如资源保护恢复法、清洁空气法、反汽车盗窃法以及模范消费者电池管理法案。电车回收行业的汽车回收协会运营一个信息网站,提供相关法规,以达到更严格的规定18。作为一个汽车和电子工业非常发达的国家,日本已经制定了几项法律来应对大量汽车和锂离子电池的产生,例如颁布了 报废车辆回收法,以期在 2015 年后对于报废汽车的回收达到 70%以上。根据 2001 年批准的 促进资源有效利用法和 2012 年批准的促进废旧小型电子设备回收再利用法这两项法律,政府、制造商、零售商、消费者、加工企业和移动电话运营商都有责任回收废旧锂离子电池19,20。韩国在 2017 年出台了清洁
23、空气保护法,指出消费者有义务返还电动汽车电池,并获得补贴,但是并没有对于其电池回收率做出 3 明确的目标规定21。加拿大政府没有对废旧锂离子电池的回收做出明确的规定,但是各个州颁布了严格的法律法规,例如英属哥伦比亚省和安大略省分别颁布电池回收法规,以望最终的电池回收率分别能达到 75%和 80%22,23。作为世界上最大的电池和汽车生产和使用国,中国也采取了必要的措施来应对这种情况24。表 1-1 各国汽车电动化的资源风险管理现状 国家国家 法规名称法规名称 发布发布 时间时间 管理部门管理部门 主要内容主要内容 管理要求管理要求 欧洲 关于报废车辆的指令2000/53/EC 2000 欧洲委
24、员会 汽车制造商和进口商以及最终用户对 M1 和 N1型号汽车进行回收利用 2006 年:再利用+回收(recovery):85%再利用+回收(recycle):80%2015 年:再利用+回收(recovery):95%再利用+回收(recycle):85%关于废电池,废除2006/66/EC指令,修订2019/1020号条例 2020年 欧洲委员会 建立基于延伸生产者责任制的电池回收系统 中等目标:2025 年锂离子电池回收率:65%;铅酸电池回收率:75%;Co,Ni,Li,Cu 和 Pb 的原料回收率:90%,90%,35%,90%和 90%;对不可充电便携电池的技术参数和耐用性进行了
25、设定。高等目标:2030 年锂离子电池回收率:70%;铅酸电池回收率:80%;Co,Ni,Li,Cu 和 Pb 的原料回收率:95%,95%,70%,95%和 95%;逐步淘汰不可充电的便携式电池。理想目标:2025 年便携式电池回收率:75%;一般性便携电池完全淘汰。欧盟电池与废电池法规(草案)2020年发布;2022年更新 欧盟委员会 针对于动力蓄电池全生命周期和价值链;提出新动力蓄电池循环材料含量要求 加入镍铬电池、其他废电池的回收率要求,更新 Li的回收要求:镍铬电池2025 年回收率 85%;Li 在2026 年与 2030 年回收率分别提升至 70%与 90%。新动力蓄电池循环材料
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