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“挖个洞并不难”?美国已经急了,马斯克跑到中国协议一签四年……

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瞭望智库 2021-07-22 20:47
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如今的全球汽车业,“缺芯潮”尚未退却,“电池荒”又有席卷之势。

据全球新兴能源市场调研机构SNE Research预测,到2023年,全球电动汽车对动力电池供应缺口约18%;到2025年,这一缺口将扩大到约40%。

但是,缺口似乎已经提前到来。

早在2020年疫情期间,由于电池原材料资源国——澳大利亚、智利、阿根廷、南非、刚果民主共和国等——采取了边境和港口关闭以及隔离政策,一度引发区域性电池断供,奥迪等品牌车型被迫停产。

特斯拉公司掌门人马斯克多次表达了对于电池供应紧缺的担忧,并直言:“无论是宁德时代、松下还是LG化学,我们都会竭尽所能,采购它们所生产的电池。”大有“你产多少,我买多少”的豪兴。

马斯克所言不虚。今年6月,特斯拉就与宁德时代签订了从2022年1月至2025年12月期间的锂离子动力电池供货协议,跨度长达四年。

就连身处锂离子电池制造大国的中国汽车人,焦灼感也与日俱增。

今年3月,蔚来汽车董事长在某次电话会议中坦言,相比芯片,今年二季度电池供应会是最大的瓶颈。

国内多家动力电池厂商表示,现有场地及生产线从今年开年起就一直满负荷运转。

电池,电池,还是电池。

与电池相关的焦虑源自何处?

“电池荒”会引发与其相关的资源争夺战吗?

能源变革时代是否已经来临?

文 | 云贺 瞭望智库研究员

本文为瞭望智库原创文章,如需转载请在文前注明来源瞭望智库(zhczyj)及作者信息,否则将严格追究法律责任。

1

美国有多着急?

自拜登接任美国总统以来,对本国电动汽车产业的焦虑感就与日俱增。

2021年4月20日,拜登在线参观了美国一家电动客车制造商工厂,表示:“我们应该成为世界上最重要的电动大巴和汽车供应国。但现在,我们远远落后于中国。”

2021年5月18日,拜登试驾了福特的一款纯电动皮卡车型,批评特朗普政府“光说不练”,导致美国在电动车市场规模、基础设施建设和电池生产方面都远远落后。

2020年5月11日,位于美国加利福尼亚州的特斯拉“超级工厂”。

在拜登一手推动的“美国就业计划”中,涉及到新能源领域的直接投资约为3270亿美元(约合2.1万亿元人民币),其中将有1740亿美元(约合1.1万亿元人民币)直接流向本国电动汽车产销两端及充电站。

与特朗普时期对于电动汽车的摇摆态度不同,拜登对于“重新确立美国在电动汽车领域领导地位”有着异乎寻常的执念。

对比中美两国的电动汽车产业发展现状,可知拜登对于“美国已经落后”的判断,并非空穴来风。

在整车产销端,国际清洁运输理事会发布的最新研究报告称,2010年至2020年间,全球共生产超过1000万辆电动汽车。其中,中国是全球最大的电动汽车生产国,占全球产量的44%左右。

数据显示,2020年,全球电池电动汽车和插电式混合动力汽车销量为324万辆,中国占130万辆,美国为30万辆。

在配套设施方面,中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据显示,截至2020年6月,成员单位总计上报的公共类充电桩55.8万台。其中广东省、上海市、江苏省和北京市均迈过5万大关。

反观美国同期。根据美国国家可再生能源实验室截至2020年第二季度的数据,全美电动汽车充电站(包括公共和私人)不超过10万个,公共充电设施不到8.5万个。其中,布局最密集的加州也仅设有2.9万余个公共充电设施。

(图/美国电动汽车充电设施总数,美国国家可再生能源实验室)

如果沿着电动汽车产业链向上游追溯,就可知美国所担心的不仅限于整车制造和充电设施。

今年6月,美国商务部、能源部、国防部、卫生与公共服务部联合发布了《建立供给链弹性、振兴美国制造、促进广泛增长》报告,认为美国在包括电动汽车电池关键矿产原材料在内的四个领域,存在供应链风险。

对此,美国能源部门几乎在同一时间就做出反应。美国能源部部长詹妮弗•格兰霍姆(Jennifer M. Granholm)在回应中说:“为了美国清洁能源的未来,我们将极力加大电池生产。这意味着我们现在亟需在本国建立培育起研发、制造和交易电池的能力。”

根据美国能源部的评估数据,如今美国锂离子电池产能只占全球不到10%的份额。供应链外延过甚的结果就是:美国严重依赖进口电池材料和部件,不仅存在极大断供风险,也拉高了购买成本,不利于增加本国就业。

电池供应对美国有多重要,对于其他想在未来汽车产业占据优势的国家和地区就有多重要。

当以化石燃料为主要结构的能源体系,逐渐转向可再生能源,新型电池作为重要的储能装置,其地位不言而喻。

由此推理:正如煤炭和石油之于两次工业革命的意义,构成电池材料的那些矿产资源——锂、钴、镍、石墨......——会不会就是下一个能源变革时代的必需品?

2

新电池时代的资源焦虑

2019年,诺贝尔化学奖授予了三位为锂电池作出重大贡献的科学家。瑞典皇家科学院给出的获奖原因为:“他们创造了一个可充电的世界”。

2020年7月28日,西宁市南川工业园区的一家动力电池工厂,工作人员在生产车间作业。图|新华社

锂离子电池的出现和规模量产,几乎重塑了电力世界,也改变了众多产业的发展轨迹,其中就包括汽车。

锂的特性决定了它非常适合做高能量密度、高电压的电池。如今在电动汽车产业界,常被提及的磷酸铁锂和三元锂电池,都属于锂离子电池的范畴,区别主要在于正极材料的配方不同。

在环保和能源压力的倒逼作用下,汽车电动化已经成为不可逆转的全球趋势。在某种程度上,一个锂离子电池主导的汽车时代已经到来。

然而,资源焦虑也随之而来。

根据麦肯锡咨询公司的预测,从2016年到2025年,全球对于蓄电池需求的平均年增速将达到32%。

(图/麦肯锡咨询公司报告)

到2030年,全球蓄电池需求总量预计达到2300GWh,相当于2020年的近十倍水平。这其中,将有约80%的电池,流入汽车产业,包括采用纯电动和混动技术路线的私家车、商用车和巴士。

在需求激增的背后,暗藏着原材料资源的巨大供需矛盾。

以三种代表资源——钴、镍、锂为例。

根据Avicenne Energy的预测数据,2000-2025年,可充电电池所需的钴、镍、锂都呈现出显著增长态势,钴和锂尤甚。

(图/Avicenne Energy,2018)

l 钴

钴是三种电池原材料中供给风险最大的资源。

据麦肯锡材料研究所和基准矿物情报机构预测,到2025年,全球对于钴的需求超过21万吨,其中约三分之二将用于电池制造。但美国地质调查局(U.S. Geological Survey)统计数据显示,2020年全球钴产量只有14万吨。

(图/麦肯锡咨询公司报告)

更值得警惕的是,目前70%以上的钴资源,集中在政局不稳的刚果民主共和国,产量和供应链安全面临极大不确定。

(表/美国地质调查局)

l 镍

目前,镍的供应和开采情况尚属稳定。但问题在于,三元锂电池的高镍化趋势已经十分明显。

比如,按照镍、锰、钴三者的用量比例,镍锰钴(NMC)电池又分为111型、523型、622型和811等型号。根据预测,由于具有较高的能量密度,2020年之后,NMC622和NMC811两个型号的电池,将快速占领市场。这意味着对于镍的需求将随之快速增加。

(图/麦肯锡预测未来动力电池装机情况)

l 锂

从目前的开采情况来看,锂资源供应情况尚属稳定:

一方面,这得益于锂资源在全球四大产区(澳大利亚、阿根廷、中国、智利)较为均衡和平稳的分布和输出。

另一方面,以北美和亚洲地区为代表的大型科技企业和勘探公司,多年来合纵连横打通了供应链,以至于全球锂资源一度超产,价格下探。

然而,风险依旧存在:

一是全球对于锂的需求增速很快,远超其他矿产资源(麦肯锡预测2016-2025年的年均增速为14.6%)。

二是可用于电池级应用的碳酸锂和氢氧化锂,并不易得,需要较好的精炼技术。

除了供需矛盾、分布不均,电池原材料资源的获取还面临着其他问题:

比如,不法开采。

据英国《每日邮报》报道,2019年底,苹果、谷歌、特斯拉、微软、戴尔五家美国科技巨头,被指控在刚果民主共和国开采钴的过程中,剥削童工劳动力。

据悉,这些童工基本上是在没有任何安全保护设备的情况下,使用原始工具在钴矿进行手工作业,由于矿井坍塌等原因,已经造成5名儿童死亡和11名儿童受伤。

再比如,环保问题。

如果技术不成熟,在资源勘探过程中就会造成污染。在美国,环保人士与强调经济和就业增长的官员和工会,两方之间的矛盾交锋屡见报端。

明尼苏达州的Twin Metals铜矿开采项目,因为有可能造成美加边界水域地区污染,被一再延期叫停。美国农业部长汤姆·维尔萨克(Tom Vilsack)公开表示,白宫正在努力寻求“保护原始地区、农村地区就业增长和经济增长的方式之间的平衡”。

可见,围绕电池时代资源的争夺、开采和保护,正在涌现出纷繁复杂的变量和张力。

3

“拉帮结派”还是“另辟蹊径”?

想要在未来汽车产业之战中胜出的国家和地区,必然转向电动化方向;电动化的核心部件之一是动力电池;而电池供应的命脉就是关键矿产资源。

美国、欧盟、日本等传统汽车制造业的集聚地,为了争取在新一轮汽车产业竞争中不被淘汰,乃至占领高地,就必然要紧抓资源这条命脉。

在资源紧、开矿难的现实条件下,各国和地区主要有以下三种典型策略:

一是拉帮结派,与资源丰富的国家建立多种合作关系,保障本国矿产供应。

二是厉行节约,在本国/本地区内部形成有效的材料循环利用系统。

三是另辟蹊径,在其他材料电池的研发创新上下功夫。

三种方案在现实博弈中,各有利弊,又各存难点。

l “拉帮结派”打造资源朋友圈

善于建立“朋友圈”的美国,在电池关键材料的获取利用上,也采取了类似的做法。

2019年,美国国务院发布的《能源资源管理倡议》(Energy Resource Governance Initiative,简称ERGI),就是一个以美国为主导的“资源朋友圈”。加拿大、澳大利亚、巴西、秘鲁、阿根廷、刚果民主共和国等资源丰富的国家均加入了该倡议。

美国国务院的官方说法是:到2050年,全球对关键能源矿产的需求可能增加近10倍,ERGI可以帮助能源矿产丰富的国家,共同参与能源资源的优化管理。

但实际意义不难揣测,就是通过多方合作、多点布局,为美国建立安全、可控、弹性的资源供应链,满足美国对于新兴能源——包括电池原材料的巨大需求,规避对于单一国家或地区的矿产品依赖。

这里的单一国家,也包括中国。

目前,中国是美国最重要的关键矿产供应国之一。在ERGI中,美国国务院隐晦地提到,稀土资源是电动汽车和风力涡轮机部件的重要矿物质,而全球稀土资源供应链的80%以上由“某一个国家”掌控。

从目前的情况看,加拿大是美国比较积极的响应方。加拿大拥有多种生产车载动力电池和太阳能电池板所需的矿产资源。加拿大总理特鲁多(Justin Trudeau)曾不止一次公开表达过,要与美国共建汽车制造供应链的雄心壮志。

对于加拿大而言,上游资源丰裕,无疑给本国汽车制造业带来更多商机。过去几年时间,加拿大收获了来自多家汽车企业、共约60亿美元(约合389亿元人民币)的投资,用于建立新的电动汽车制造工厂。美国通用汽车、福特汽车近来也宣布了在加建厂的计划。

然而,“拉帮结派”也有现实考验。

特别是新冠肺炎疫情的到来,让各个国家和地区切身感受到了全球化供应链的风险,断供、断链甚至断路、断联的案例不胜枚举。让“供应链回归本国”不仅出于经济考量,更是安全主张。

正因如此,即使在“合作蜜月期”的美国和加拿大,也不免触礁。

最明显的例子,就是纵贯美加的“基石”输油管道项目(Keystone XL pipeline)几经起伏,最终被刚刚上任的拜登送上了吊销许可证的一纸政令,相当于拒绝了盟友每天80万桶原油的供给。

这背后,一方面是出于气候变化和环保压力;另一方面,就是兑现拜登的“优先购买美国产品”的主张。

l “循环回收”背后是安全考量

欧盟对于电池资源的焦虑感并不输美国。

2018年,欧盟委员会发布了名为《电池应用原材料》的报告(“Report on Raw Materials for Battery Applications”),系统性梳理了欧盟地区锂离子电池关键材料资源的全球供应情况。

除了芬兰,欧盟电池原材料的主要供应地区均不在欧盟内,且集中性明显。

在欧盟地区,除了芬兰的钴资源和镍资源,以及葡萄牙的锂资源,可以占到欧盟电池材料资源总供应量的10%以上,其余国家对资源的依赖度非常之高。

(图/欧盟成员国的电池关键材料供应情况)

对此,一向热衷环保问题的欧盟,除了鼓励成员国积极开拓本国资源潜力外,主推的策略是发展“循环经济”,即回收并再利用废旧电池中的关键金属材料。

欧盟认为,相比其他在消费端更为分散的锂离子电池产品,汽车的动力电池材料回收难度是比较低的,完全可以借由重建二手车和报废车流通渠道来实现。

2020年12月10日,欧盟又发布了新电池法的提议草案,要求每一块投放欧盟市场的电池配备二维码和“电子护照”,以便加强对电池及其原材料信息的追踪和管理,特别是规定了企业主体对于钴、铅、锂和镍等材料的最低回收量要求。

换言之,就是尽量避免废弃电池中的珍贵金属,流向欧盟以外的地区,建立一个区域内循环利用的闭环。

理论易得,实践中也有难点:

比如,电池材料的回收率取决于多种因素,包括电池的种类、寿命、终端用户的使用习惯等等。

再如,目前大批电动汽车和动力电池,都不是在欧盟境内制造或组装,二手电动汽车也多流向欧盟境外。这给建立全周期的电池材料监测体系增加了不小的难度。

l “另辟蹊径”寻找替代材料

供给少、需求大,必然拉高原材料价格。据高盛预计,锂电池基础材料价格长达数十年的上升趋势才刚刚开始。这无疑加速了寻找动力电池替代材料的步伐。

最近一段时间,有关“去钴电池”“钠离子电池”“固态电池”的新闻铺天盖地,或多或少都与上游资源桎梏和原材料价格上涨的倒逼相关。

早在2018年,特斯拉掌门人马斯克,就曾公开表示,要将电池中成本较高的钴含量“削减至零”。“去钴电池”几经媒体报道,曾引发全球钴板块的大震荡。

2020年3月,路透社报道称,特斯拉正与宁德时代商议将“去钴”电池用于中国产车型。当时不少媒体和业界人士都认为,特斯拉即将大规模推进的就是磷酸铁锂电池。

果不其然。今年7月特斯拉刚刚在中国发布的国产Model Y标准续航版车型,价格为27.6万元,比长续航版本便宜7万余元,抢订潮一度使得官网瘫痪。而成本大幅下降背后的一个重要原因,就是新款车型搭载了磷酸铁锂电池。

最近,国内另外一则电池界的热门新闻是钠离子电池。

中国科学院物理研究所研究员胡勇胜表示,如果全世界可开采的锂都用于制造动力电池,最多只能驱动14.5亿辆电动汽车。实际上,锂还用于核工业、玻璃陶瓷等行业。因此他断言:在这种情况下,锂是不够用的。

今年5月,宁德时代董事长在年度股东大会上,宣布将发布钠离子电池。6月,全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。

由此来看,钠离子电池的出现,与锂资源的相对稀缺密切相关。

固态电池则是另一条解决之道。据悉,固态电池对于铜和铝的消耗量会有明显下降,而石墨和钴也可以做到完全从原材料中剔除。这一点对于资源稀缺的国家——比如日本来说,无疑是很大的诱惑。

今年6月18日,日本政府发布成长战略,重申了对于本国企业推进全固态电池量产的支持和期待。

上述三条策略路径,在各国实践中往往重叠使用,折射出的是人类社会面对能源大转型的不同反应,有些与“石油时代”似曾相识。

同时也可以看出,新电池时代的到来,也考验着不同战略思维的国与国之间,不同利益考量的群体与群体之间,能否形成共识和默契,抑或是会带来更多隔阂和纷争。

4

石油时代的“往日重现”?

人类社会的历史,也是一部能源史。

从18世纪60年代工业革命开始,石油、天然气、煤炭三大化石燃料长期以来占据着全球燃料消费结构主要地位,也一再改变着许多现代国家的历史进程。

随着世界政治经济格局深度调整,燃料需求总量不断增加,透支有限化石能源存量已不足以支撑各国社会经济可持续发展。为保障本国能源安全、保护生态环境,近年来各发达经济体纷纷制定能源宏略,陆续向清洁、来源广泛的可再生能源方向转型。

一度被产业界所抛弃的电池,凭借锂离子电池技术方案的成熟,得以重登战场。

“挖个洞并不难”(It’s not that hard to dig a hole),这是美国某官员近期接受路透社采访时,针对电池时代的能源矿产供应说的一句话。

然而,事实真的是如此?

看看下面几张图。

(图/《BP世界能源统计年鉴》)

上图是化石燃料时代鼎盛期(1861-2015年)全球原油价格波动及其原因。

(图/1967-2017年钴资源价格波动图)

(图/1929-2009年镍资源价格波动图)

上面二图来自欧盟委员会,记录的是钴和镍在过去几十年时间内经历的价格变化和主因。

大宗商品价格受多重因素影响,起落本是常事。但如果,是事关一国经济命脉和国际地位的战略性资源呢?

从国际原油跌宕的价格曲线中,我们可以看到:由于全球化石能源资源储量空间分布不均,能源开发活动愈发向着少数国家和地区集中。近几十年来,中东、北非等地区的主要产油国,以及马六甲海峡、苏伊士运河等海上石油运输要道所在地区政治局势动荡、战争频发,不仅为能源持续供给和维持价格平稳埋下隐患,更为世界和平事业的达成增添无数问号。

而这条曲线,还不包括在能源获取过程中,各个国家和地区付出的巨大外部成本。就连将石油政治掌握得炉火纯青的美国,也不例外。

美国学者罗伯特•海夫纳三世(Robert A. Hefner)曾在《能源大转型》一书中,指出美国作为世界上最大的石油消费国,一直在以扭曲宏观经济的方式维持运转,多年来全体民众都在直接或间接地承受着极大的外部成本,其中包括:

为保障石油在公海中运输,为海军支付的成本;

发动伊拉克战争所支付的成本;

向国外石油生产商支付的成本,堪称人类历史上最大规模的财富转移;

石油-美元循环过程中,金融-信贷系统崩溃成本;

战略石油储备成本;

燃油所带来的城市污染治理成本;等等。

那么,现在的原油,会不会就是未来的锂、镍、钴、石墨、稀土?

同样是需求推动,同样在全球分布不均,同样关系到未来产业竞争,同样事关国家命脉和经济安全。

现在的中东,会不会就是未来的刚果、智利、澳大利亚?

能源转型伴随阵痛,人类历史或许也可以重演。新电池时代的挖矿之路,绝非坦途。

对于中国而言,借力政策扶持,电动汽车及其配套动力电池产业得以获得全球发展先机,引发美、欧、日等传统汽车强国极力追赶,这是战略方向的胜利,是值得肯定的一步。

但同时,围绕全球动力电池供应链,特别是关键能源矿产的种种布局,已经在各个国家和地区启动,变量众多,中国能否持续把握先机、抓牢供应命脉,值得各方予以持续重视和讨论。

从目前的情况来看,决定未来动力电池产业高地所在的关键变量,包括:

谁能够建立一条稳定、安全、具备弹性的关键矿产供应链?

谁可以在原材料的提炼加工和电池的生产制造方面,把握技术创新的风向?

在气候变化的重压下,谁能率先建立绿色电力供应链,持续降低可再生能源的发电价格?

电池曾在人类历史舞台上“几进几出”“几起几落”。如今,新的全球电池版图正在绘就,一场能源变革大幕已经拉开。

我们拭目以待“新电池时代”的大国故事。

参考资料:

【1】Metal mining constraints on the electric mobility horizon,McKinsey,2018.4

【2】Report on Raw Materials for Battery Applications,European Commission,2018.11

【3】U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries,2021

【4】Electric Vehicle Charging Infrastructure Trends from the Alternative Fueling Station Locator: Second Quarter 2020,National Renewable Energy Laboratory,2021

【5】DOE Announces Actions to Bolster Domestic Supply Chain of Advanced Batteries,Department of Energy,2021

【6】Biden looks abroad for electric vehicle metals, in blow to US miners,Reuters, May 25,2021

【7】 《能源大转型》,罗伯特•海夫纳三世(Robert A. Hefner)著,中信出版社,2013年版。

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