铜材料的循环利用 --- 新能源汽车节能减排的另一个途径

随着新能源汽车市场的快速发展,新能源汽车在节能减排领域的贡献有目共睹。根据相关领域专家的测算,基本上未来一半的交通行业的减排,是需要新能源汽车来解决。对于新能源汽车在碳减排领域的贡献,主要的关注点集中在使用阶段。如果按照2030年电动汽车占有率20%测算,届时可减少碳排放量约4.86亿吨。与之相对应,新能源汽车通过原材料循环再利用而实现节能减排的潜力一直以来受到的关注较少。实际上,通过采用更多的可循环材料,新能源汽车在该领域也为节能减排做出了显著的贡献。

与传统汽车的发动机和变速箱主要使用钢铁材料不同,新能源汽车的动力系统包括电池、电机、电控,和连接各系统的高低压线束。除了采用种类复杂的多种材料外,三电系统和高低压线束都大量采用可循环利用的铜作为基础原材料。根据IDTechEX公司的一项研究,大多数传统内燃机汽车用铜量不超过23公斤。但是,混动轿车用铜量为40公斤,插电式混动轿车用铜量为60公斤,纯电动轿车用铜量为83公斤;混合电动大巴的用铜量为89公斤。

铜材料的循环利用对于节能减排具有重要意义。国家发改委在2022年发布的“《关于加快废旧物资循环利用体系建设的指导意见》政策解读”中提到,“废铜能够被直接利用生产铜材,显著减少铜矿开采,缩短冶炼流程。经研究测算,与利用原生资源生产铜相比,每利用1吨废铜可减少二氧化碳排放约2.5吨”

据公安部统计,截至2023年6月底,全国新能源汽车1620万辆,如果按照每辆新能源汽车用铜80公斤计算,全国在用新能源汽车累积用铜达到130万吨。如果完全采用废铜循环利用,可以减少324万吨碳排放量。中国汽车工业协会预测2023年中国新能源汽车产量将达到900万辆,对应的用铜量约72万吨,如果完全采用废铜循环利用,每年可以减少180万吨二氧化碳排放,相当于种植了1亿棵树。

铜材料主要应用于新能源汽车的电池、驱动电机、和高低压线束。纯电动车锂离子电池用铜箔约25-38公斤,与电池的容量和使用的铜箔厚度相关;单车低压线束导体用铜量约28公斤,高压线束导体用铜量约5公斤;驱动电机需使用9-12公斤铜杆。由于铜价格比较高,且线束中的铜导体和驱动电机中的铜电磁线回收方便,基本已经实现100%回收利用。电池中的铜箔回收较为困难,一般先是将退役的锂离子电池转为储能电池实现梯级利用,最后再进行拆解回收。由于锂离子电池的拆解比较困难,且可能造成环境污染,因此还需要开发更加安全的拆解回收技术。

虽然与新能源汽车使用阶段的碳减排相比,原材料循环利用可以降低的碳排放相对较少。但由于以铜材料为代表的上游原材料如果完全来源于矿产,其在矿山开采与运输、冶炼与电解、型材制造等环节都需要消耗大量的能源,并产生碳排放。因此,充分发挥以铜为代表的可循环利用材料在新能源汽车上的应用,有助于减少新能源汽车全寿命周期的碳排放。