在全球電池荒之下，各國政府非但把電池供應鏈和電池工廠，列為國安戰略物資，更積極推動電池材料本地化生產。為求實現此目標，電動車退役電池的「梯次利用」，以及從報廢電池回收鋰、鈷、鎳等有價金屬的「再生利用」，被業界視為最可行的關鍵方案，讓「城市採礦」產業逐漸壯大起來。究竟「城市採礦」是否真的可以緩解電池短缺的問題？背後蘊藏的商機又有多大呢？

 

都市廢棄物是一座金屬礦山

 

　　「城市採礦」（Urban Mining）是日本東北大學選礦製煉研究所南條道夫教授在1980年代所提倡的概念。南條道夫認為，從回收的角度來看，城市大量廢棄的家電產品其實是一座未被開採的「都市礦山」。只要建立能夠從報廢家電中提取鐵、鋁、或銅等金屬的回收加工工廠，便可以二次利用這些金屬資源。

 

　　近年，隨著全球電子垃圾迅速增加，可將廢棄物轉化為永續資源的城市採礦，遂開始受到重視。電子電器廢棄物論壇（WEEE Forum）指出，現時電子產品使用壽命週期變得愈來愈短，而且大部分人發現產品壞掉時，都未必會考慮維修，而是直接去買一部新產品，導致電子垃圾氾濫成災。該論壇評估，2021年全球便產生了6,300萬噸電子廢物。

 

　　當電動車全面普及後，預計電子垃圾問題將會變得更加嚴重。英國電池技術公司Aceleron預測，未來20年內全球電動車將會產生逾1,100萬噸報廢電池，足以填滿20個英國溫布頓球場。

 

城市採礦比傳統礦業成本低

 

　　其實，這些電子廢物背後蘊藏著驚人價值。世界經濟論壇2019年發表的報告指出，每年人類產生的電子垃圾價值高達625億美元（約4,875億港元），比不少國家的國民生產總值（GDP）還要高。但聯合國的調查報告顯示，2019年全球只回收了17.4%的電子垃圾，可見城市採礦市場仍然大有可為。

 

　　若論成本效益，城市採礦更要比傳統礦業高得多。從礦山挖掘出的礦石中，每噸可以提煉3至4克黃金，每噸廢棄手機則可以提取約350克黃金；從礦井開採出來的最高等級鋰礦石，當中僅有2%至2.5%的氧化鋰，惟從報廢鋰電池擷取的鋰含量卻是其4至5倍。

 

　　同時，城市採礦也可以取代需開山劈石的傳統採礦，以減低對自然環境的破壞。英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）助理教授赫魯茲科（Maria Holuszko）推算，城市採礦足以應付全球25%至30%的黃金需求，即是可以減少四分一以上的金礦開採活動。世界經濟論壇評估，循環電池供應鏈能夠減少碳排量的30%，並在2030年為全球創造1,000萬個就業機會。

 

Redwood 回收手機再造鋰電池

 

　　特斯拉（Tesla）前技術長施特勞貝爾（JB Straubel）一早就察覺到城市採礦的重要性，於是2017年投資逾8億美元（約62.4億港元）創辦初創公司Redwood Materials，在美國內華達州建立電池回收及加工廠。及至2019年，他更索性辭掉在Tesla的高薪厚職，全身投入這項城市採礦事業。

 

　　施特勞貝爾成立Redwood的目標是，創建北美首個鋰電池的循環供應鏈，以解決電動車普及後，大量鋰電池開採、製造與處置過程中為環境帶來的災難。根據施特勞貝爾的評估，全美國居民車庫裏大概有10億枚舊電池，可說是隱藏在城市中的「大礦山」。他進一步估算，每回收300部智能手機，從中提煉的鈷足夠製造一輛電動車所需的電池。

 

　　每日都會有兩、三輛大型貨車運送約60噸廢棄手機與電子產品的舊電池到Redwood工廠，跟著工人就會將鋰、鎳、鈷等金屬從電池中分拆出來，粉碎後再進行化學處理，再造成電動車電池的金屬材料。

 

Redwood在美國各地積極回收廢棄電子產品，例如2022年5月跟內華達州電力供應商NVEnergy合作，舉辦舊手機和電子產品的募集活動。（圖片來源：NVEnergy推持帳戶）

 

2萬噸廢料再造4.5萬組電池

 

　　2020年，Redwood工廠處理了約1萬噸來自松下（Panasonic）與昂科威AESC（Envision AESC）電池廠的廢料，以及來自亞馬遜（Amazon）含有電池的電子垃圾。2021年，Redwood取得逾7億美元（約54.6億港元）的融資，得以增聘人手擴大業務，能夠處理2萬噸電子廢料，可供製造45,000組電動車電池。

 

Redwood從Tesla超級工廠內的Panasonic電池生產線回收電子廢物，然後將循環再造後的電池金屬材料送回給Panasonic，以供製造新的電動車電池。（圖片來源：Redwood官網）

 

　　美國能源部於2021年提出《鋰電池國家藍圖》（National Blueprint for Lithium Batteries），希望2030年前在美國本土建立完整鋰電池供應鏈，讓礦物開採、電池製造、以至電池回收完全自主化，故此城市採礦已被視為未來10年的主流產業之一。能源部長格蘭霍姆（Jennifer Granholm）表示，及至本世紀末，全球綠色能源技術市場規模將達到23兆美元（約179.4兆港元）。

 

　　看好城市採礦的龐大潛在商機，Amazon與福特（Ford）也先後捧著現金投資給Redwood。現時該公司的估值已攀升至37億美元（約288.6億港元），成為市場注目的獨角獸之一。

 

日本都市礦山含金量極豐富

 

　　日本作為城市採礦概念的發源地，當然也積極推動此產業的發展。根據日本國立研究開發法人物質材料研究機構的估算，全球金礦蘊藏量約為4萬2,000公噸，日本都市礦山就有6,800公噸，相當於前者的16%；日本城市礦山的其他金屬蘊藏量，大概等於全球錫礦11%、銀礦22%、以及銦礦61%。因此，日本憑藉電子廢物回收，就足以排進全球前幾大金屬礦產國。

 

　　2013年，日本政府推行《小型家電回收法》，鼓勵國內回收廢棄小家電，並交由專門業者循環再造。2018年，2020東京奧運組織委員會公布，東奧的金、銀、銅牌要以城市採礦方式製造，鼓勵民眾捐出廢棄小家電，以供回收再造。由此可見，日本推廣城市採礦的概念已行之有年

 

2020東京奧運組織委員會建立了一個活動宣傳網站，向民眾募集廢棄小家電來製造奥運獎牌。從240部舊手機中就可以提取足夠黃金，製作一面奧運金牌。（圖片來源：Toshi-kouzan.jp網站）

 

　　在這樣的風氣下，日本企業亦早已加入城市採礦行列。2010年，日產汽車（Nissan）已開始考慮電動車電池的回收問題。Nissan Leaf初代電動車的24kWh電池組，是由48個鋰電池模組合組而成。日產工程師發現，只要取出3個模組重新封裝，便可為其生產線上的自動搬運機械人（Automated Guided Vehicle，AGV）提供足夠的運作電量。

 

Nissan所有工廠合計有4,000部AGV，可替生產線員工與機械手臂補充零件或替換工具，其動力來源正是回收自Leaf電動車的鋰電池。（圖片來源：翻攝日產官方YouTube影片）

 

退役鋰電池重生為儲能裝置

 

　　這些替工人運送零件和工具的AGV，以往使用傳統的鉛酸電池，運作壽命僅有1至2年，幾乎隔年就要更換電池；至於Leaf的舊鋰電池，則可供AGV運作7至8年。這樣不但能夠減低維修成本，也讓日產生產線的運作更接近碳中和。

 

　　之後，日產逐步擴展電動車電池梯次利用的應用範疇。2012年，日產跟ABB電機、4R Energy、住友商事合作，把Leaf退役電池回收後再組裝，成為智慧電網的儲能裝置。2021年，該公司宣布，擬於2025年前在美國、歐洲興建電池回收廠，藉此降低電動車生產成本；這是日產首次在日本以外地區開設電池回收廠，惟暫時未有公布設廠的具體位置。

 

日產宣布，未來5年內將斥資2兆日圓（約1,157億港元）推動電動車發展，目標是2030年前推出23款電動車。為求降低生產成本，日產擬於2025年前在美國、歐洲建立電池回收廠。（圖片來源：日產官網）

2018年底前生產的40萬輛日產Leaf電動車中，接近五分之一被運送到發展中國家重新使用；日後如要在這些地方回收廢棄電池，將會十分困難。（圖片來源：維基百科）

 

　　另一日系車廠本田汽車（Honda），則跟法國電池回收公司SNAM合作進行城市採礦。SNAM可以透過22個國家的Honda經銷商，收集鋰電池與鎳氫電池，然後分析電池狀況和判斷後續處理方式。

 

　　假如電池狀況良好，重組後可成為太陽能或風力發電站的儲能設備，用上7至10年。若然電池損壞不堪，SNAM 便會使用水性溶液來溶解電池芯，從中提取鋰、鈷等金屬，再製造成全新鋰電池、彩色顏料，或砂漿添加劑。

 

本田與SNAM簽訂合作協議，授權SNAM可從世界各地的本田經銷商收集報廢電池，並分析它們是否適合回收作梯次利用、或重新冶煉。（圖片來源：本田官網）

 

城市採礦規模化任重而道遠

 

　　然而，電動車電池回收在實際執行上依然存有不少挑戰。事實上，不少舊車經常被賣到開發中國家繼續使用。英國諮詢公司Circular Energy Storage估計，日產在2018年之前生產的40萬輛Leaf電動車，當中約有五分之一被運往烏克蘭、俄羅斯、約旦、斯里蘭卡等國家重新上路；日後當電動車完全報廢，因當地電池回收配套設施不足，要進行城市採礦就會格外困難。

 

　　另一方面，由於很多電子產品在設計時沒有考慮到回收再造，以致從廢棄產品中提取金屬材料的過程變得很複雜；甚至有些產品的拆卸和分解要花20至30分鐘，令回收變得費時失事，欠缺成本效益。

 

　　假如在產品構思階段已把拆卸難度列為其中一項設計標準，日後要分解產品自然容易得多，但要讓業界普遍接受和落實這種設計思維，可能還有一段很長的路要走。有業內人士估計，若要完全優化鋰電池回收產業鏈，或許要等上10年時間。

 

回收後的電池組需先行拆卸外殼和分離電極，工序非常複雜，讓回收商難以快速拆解，重新冶煉。（圖片來源：Redwood官網）

 

　　要想讓全世界在2050年前實現碳中和，只靠轉用電動車、投入綠色能源、提升能源效率、以及採用碳捕集方案，可能仍是遠遠不夠的，惟這個差距可以藉由回收再利用來彌補。因此，城市採礦始終是一項值得長時間投資的綠色產業。

 

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