目前，许多为电动和插电式混合动力汽车提供动力的巨型锂电池在美国的最后一站是亚利桑那州凤凰城附近一个小镇的一家工厂。
在那里，总部位于多伦多的Li-Cycle公司将电池分解成“黑色物质” - 铜，钴，镍和锂的黑暗，碎裂的混乱，未经进一步处理，就像闪亮的污垢一样有用。也就是说，直到大部分被运往其他国家的工厂，将其分离成汽车和电子产品制造商制造新电池所需的宝贵原材料。
很快，随着一个新行业的兴起，所有这些都将改变，以满足美国对电动汽车零件日益增长的需求。Li-Cycle是该领域为数不多的几家追求新的联邦回收激励措施的公司之一。一旦该公司明年在纽约罗切斯特开设一家新工厂，他们将能够将他们的黑色物质加工回汽车制造商梦寐以求的原材料。
回收往往是清洁能源未来中被忽视但至关重要的部分。为了应对气候变化，我们需要用清洁能源驱动的电力取代我们的家庭、建筑物和车辆的燃料。这一点在美国污染最严重的行业运输中最为重要。挑战在于每辆车都需要自己的电池，包括铜、钴、镍、锰、石墨和锂。由于这些材料的供应有限，目前还不清楚汽车制造商将如何获得足够的电池。
部分答案将取决于各国如何处理其旧的电动汽车电池。到本世纪末，预计将有近26万辆电动汽车在国内上路。2030年后，拜登政府的目标是所有新车销量的一半是电动汽车。投资回收利用将把有害的废物流变成急需材料的可再生来源
这就是为什么未来几年是推动美国国内产业发展的关键窗口，该行业能够分解和重建这些电池，就像全球锂离子电池材料的竞争真正升温一样。对于大多数需要的矿产，美国没有其他国家拥有的采矿能力或已知的矿藏，但它能做的是创建一个本土的回收行业。
投资回收利用可以同时解决几个问题：这意味着更少的采掘开采，并可能有助于降低电池原材料的价格。它将把另一个有害的废物流变成清洁能源转型急需的可再生材料。这是一个制造真正可持续汽车的机会。
清洁能源的未来需要更好的电池回收
现在电池面临的最大问题不是工程问题：它们比以往任何时候都更强大、更安全。真正的挑战是如何以及在哪里获得原材料。根据国际能源署的数据，要实现世界《巴黎协定》的气候目标，到40年，铜和稀土元素的供应量将增加70%，镍和钴的供应量增加90%，锂的供应量增加近2030%。
电动汽车革命的幕后花絮
但这些材料只在少数几个国家开采，使它们面临供应链混乱的高风险。在过去五年中，美国内政部将其中许多归类为“关键矿物”，这意味着它们既具有经济重要性，又面临供应中断的高风险。锂和钴的风险最高，因为它们主要集中在少数几个国家。目前锂离子电池中最昂贵的部分钴大部分是在刚果民主共和国生产的。中国控制着全球三分之二的石墨供应，并主导着全球锂精炼市场。
“我们不想依赖其他国家来满足我们的能源需求，”阿贡国家实验室的材料回收负责人兼行业和政府合作机构ReCell中心主任Jeff Spangenberger说。“不幸的是，制造地球的人并没有给我们很多进入我们电池的材料。
尽管如此，拜登政府仍在努力追逐地下的东西。现在由两党基础设施法启动的几项举措将扩大美国的锂矿开采业。其中两个潜在地点位于内华达州的Thacker Pass（露天矿）和加利福尼亚州的索尔顿海盆地（Salton Seabasin），那里有大量水下矿床。尽管国内锂矿开采的投机热潮，但美国任何严肃的行业都需要数年甚至数十年才能成为现实。迄今为止，美国只有一个运营中的锂矿。
然而，寻找锂、钴和镍的另一个地方不是在新的矿山，而是在已经存在的电池中。好消息是，美国将很快拥有能够从废旧锂离子电池中提取材料的回收工厂。至少有五家主要创业公司专注于这项工作，包括Li-Cycle，Redwood Materials和Ascend Elements。联邦资金也在帮助启动该行业，其中包括335.<>亿美元，专门用于鼓励两党基础设施法中的电池回收计划。
回收的承诺意味着美国不会如此依赖来自政治不稳定地区或竞争对手国家的进口。Spangenberger说，回收利用的作用是减少对外国市场的依赖，因此制造商只需要依赖它们一次，用于原始开采的材料。
电池回收的成功或失败取决于成本和谁愿意支付
美国汽车工业正在寻求使锂离子电池回收既高效又具有成本效益。
到目前为止，美国在消费电子产品中回收锂离子电池的记录很差。一些估计显示，这些电池中只有5%最终被回收，大多数最终被扔进垃圾桶，无限期储存，或作为废物出口。美国在回收锂离子电池方面的记录不佳
回收这些电池仍然是一个复杂而昂贵的过程：废电池的收集和运输占回收成本的近一半——这是一个障碍加州大学戴维斯分校教授艾丽莎·肯德尔（Alissa Kendall）是加州电动汽车电池回收咨询委员会的成员，预计在2025年左右将变得更具挑战性，届时数以万计的电动汽车电池将开始达到其使用寿命的终点。
这意味着，回收是否足够有利可图和有效，足以将电池从垃圾中转移出来，真正的测试还需要几年时间。在那之前，像Li-Cycle这样的设施大多是制造废料。这种废料通常是电池制造过程中产生的多余或有缺陷的材料。运输废料比未来十年汽车电池开始从全国各地涌入时的样子更简单、更集中。
另一个挑战是锂离子电池在大多数州的分类方式：它们通常被认为是危险废物，因为它们在拆卸不当时存在火灾风险，这意味着在全国范围内运输它们有更费力的包装和容量标准。由于美国很少有工厂开业，能源部估计锂离子电池必须行驶约50英里进行拆卸，然后再行驶1英里到工厂进行加工。
计算所有这些额外成本的确切费用是一件复杂的事情。美国能源部的阿贡国家实验室开发了一个经济模型，清楚地表明，美国的每小时回收成本远高于中国——美国为50美元，而中国为7.50美元。
这些较高的回收成本解释了为什么采矿是汽车制造商采购所需材料的更便宜的方式——直到过去几年需求增长和大流行中断提高了采矿成本。
同样值得注意的是，与采矿相比，回收材料使用更少的能源和水，产生的污染更少。但回收电池的经济性并不是一个给定的。
成功的一种模式可能是内燃机汽车使用的传统铅酸电池。这些电池本身对环境和公共卫生构成破坏性威胁，但也是美国回收率最高的产品 - 重复使用率接近100%。效率的部分原因是联邦和州对如何处理铅酸电池有要求。另一个原因是消费者已经支付了回收成本;它只是内置在购买电池的价格中（这些成本因州而异，但由于铅酸电池技术已经存在了近一个世纪，因此每次销售增加的成本仅为几美元）。
“我们已经习惯了我们的车辆足够值钱，以至于一些汽车回收商会把它从我们手中拿走，”肯德尔说。锂离子电池还没有那么受追捧。“在很多情况下，如果你不干预政策，纯粹的市场经济就不存在。答案不是我们不应该回收，而是我们需要政策支持来确保它正在发生。“我们已经习惯了我们的车辆足够值钱，以至于一些汽车回收商会把它从我们手中拿走”
如果我们不弄清楚这个废物流会发生什么？我们已经看到了其他行业的情况，比如美国试图回收塑料袋或手机等产品。消费电子产品的回收率很低，而且新塑料非常便宜，以至于对回收塑料袋没有真正的需求。如果电动汽车电池回收工作没有建立更好的模式，它们可能无法奏效。
“如果我们希望看到[回收]发生，那么我们需要期望为此付出代价，”肯德尔说。
电动汽车电池有多个第二次生命
让我们假设经济学确实有利于收集废旧电池并以某种方式重新利用它们。这可以采取几种形式。
一种是简单地将旧电池重新用于其他目的，而无需完全拆卸它们。即使在电动汽车电池的使用寿命结束时，它仍然保留了大量的汁液。汽车制造商认为低于70%容量的电池健康状况不符合为车辆供电的标准（并且有资格在保修期内退货），但具有70%容量的电池仍然可以很好地为电网存储太阳能。已经有一些试点计划将这些电池重新用于其他国家的固定电源，例如日产与日本公用事业公司的合作以及雷诺与欧洲能源公司的合作。
然而，绝大多数锂离子电池仍然被运往将它们切成黑色物质的设施。黑色团块发生的事情是它变得更加混乱的地方。
今天存在的大多数美国回收设施只是产生黑色物质运往其他国家，在那里使用两种技术之一完成完全回收。
火法冶金利用热量分解材料，但在此过程中会损失大量锂，直到最近，火法冶金仍然是典型的方法。从矿山获得新的锂比在回收中回收锂更便宜。
但随着锂价格的上涨，这一领域的新公司都专注于湿法冶金。该过程使用化学反应来分离和纯化黑色物质，并保留更多的这些材料。湿法冶金被认为对环境的破坏和能源密集度较小，因为它燃烧的材料更少，能源消耗更少。
降低回收成本，并真正将这些材料留在美国境内，需要扩大可以处理黑色物质的国内设施的容量。美国地质调查局关于北美和欧洲回收能力的报告显示了该行业是如何增长的。在2015年之前，加拿大只有一家锂离子电池回收设施，并于2015年扩展到俄亥俄州。目前在北美和欧洲有25家正在运营或正在开业。在2015年之前，只有一个锂离子电池回收设施
与特斯拉相关的红杉材料公司声称是第一家通过处理黑色物质然后重建新电池来完全重塑电池的公司。马萨诸塞州伍斯特的电池资源商建造了美国迄今为止最大的工厂，每年能够回收30，000公吨锂离子电池。Li-Cycle将于2023年在纽约罗切斯特开设第一家使用湿法冶金的工厂，该公司声称能够处理三倍的数量 - 或足以容纳225，000辆电动汽车。
美国将有更多的设施，全部使用湿法冶金方法来回收尽可能多的锂，现在也有联邦激励措施。
换句话说，该行业有望大幅增长。这是一个机会，不仅可以考虑如何启动和运行锂离子回收行业，还可以确保其运作良好。
伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute）的回收专家Yan Wang为Battery Resourcers提供建议，他表示，从电动汽车的生命周期开始就考虑回收利用将使回收更容易。更好的标签和电池确切材料的标准化，它们都有不同的化学成分，会有所帮助。“人们正在开发各种电池，以提高安全性和能量密度;输入变得越来越复杂，“他说。“这也使回收变得更加困难。
另一种回收技术可能指日可待。它被称为直接阴极回收，这是ReCell计划正在开发的一种方法，该计划是工业界与能源部之间的合作伙伴关系，旨在推进电池回收技术。直接回收不是像湿法冶金或火法冶金那样将阴极变成一种元素汤，而是保持分子结构完整，因此阴极不必再次完全重新配制。
ReCell项目负责人Spangenberger表示，直接回收可能不适用于每辆车，但他希望它能够足够成功，以便在更大的范围内发挥作用。他解释说，目标不是使阴极像湿法冶金那样像新的一样好，而是让它足够接近，这样性能几乎没有差异。这可能是最有效的过程，也是将电池移出“危险废物”类别的一种方式。
然而，电动汽车回收的最大革命将是，从消费者到汽车制造商和监管机构，每个人都开始从配方中考虑这些电池的使用寿命结束。
Kendall补充说，仍然有机会做到这一点，并制定必要的基础设施和政策。
“在未来10年左右，我们将看到大量的电池从车辆中出来，”她说。“我们没有错过我们的窗口。”
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