《華爾街日報》：下一代改變電動汽車的芯片可能由木材製成

澳大利亞阿德萊德——伊萬·威廉姆斯認為他能助力打破中國對電動車電池關鍵材料的壟斷。為此，他一直在全球鋸木廠收集木屑。

在新西蘭風景如畫的馬爾堡葡萄酒產區試驗工廠裏，威廉姆斯團隊將木屑送入機器，生產出一種人造石墨。他表示這種工程材料的純度與化石燃料合成石墨相當——後者主要產自化石燃料，中國佔據全球69%的產量，可佔鋰離子電池總重量的50%。

這使得威廉姆斯創立的CarbonScape公司站到了發達國家減少能源轉型關鍵礦物對華依賴的最前沿。石墨已被美歐列為關鍵礦物，兩地政府希望通過資助新項目來推動本土開採增產。

“我們的使命是讓電池產業脱碳，“威廉姆斯説。他相信這項技術適用於任何擁有充足木屑資源的地區，“這同時解決了供應鏈本地化等其他問題。”

中國在2023年10月以國家安全為由宣佈將加強石墨出口管制，引發電池金屬市場震盪。據估算，全球60%的天然石墨（源自礦產）和69%的人造石墨產自中國，該國還精煉了鋰離子電池所需的近全部高純度石墨。

CarbonScape首席執行官伊萬·威廉姆斯站在公司生產的人造石墨與用於製造它的木屑袋之間。圖片來源：CarbonScape中國加強出口管制提醒了全球大宗商品市場對地緣政治緊張局勢的脆弱性，這一點已通過原油、天然氣和小麥價格的劇烈波動因烏克蘭戰爭而顯現。北京決定從12月1日起對部分石墨產品實施出口許可，此前幾天美國收緊了對中國企業獲取半導體的限制。

尋找關鍵商品的替代供應並不容易。建造一座礦山可能需要數年時間，尤其是在許可程序嚴格的發達國家。有前景的技術可能尚未經過大規模驗證，開發者通常需要資金來擴大規模。當新領導人上台時，政府支持可能會變得不穩定。

在電池技術領域，創新正在以可能重塑石墨需求前景的方式進行，國際能源署估計，到2040年的二十年間，石墨需求可能增長高達25倍。一些公司正嘗試生產使用較少或完全不使用石墨的電池，例如通過使用鈉與硬碳陽極。日本的豐田汽車和石油公司出光興產計劃合作推進電動汽車固態電池的大規模生產，其中石墨可能被鋰金屬取代。

CarbonScape的技術吸引了歐洲林產品公司斯道拉恩索的注意，該公司投資1800萬美元獲得了CarbonScape約15%的股份。這筆交易打通了供應鏈，斯道拉恩索已向CarbonScape的新西蘭工廠提供了一些北歐木材樣本進行測試。

要取得成功，CarbonScape需要克服外界對其技術的質疑，以及其產品在成本上與其他形式石墨競爭的能力。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）首席研究科學家亞當·貝斯特表示，由於所需木屑量巨大，他認為生物質並非製造石墨的高效方式。不過他並未直接評論CarbonScape的工藝。

“我們確實認為天然石墨是更可持續的選擇，“他説道，並強調從廢舊電池中回收石墨是未來供應的另一潛在來源。

目前CarbonScape使用木材加工剩餘物，但威廉姆斯相信還可以利用所謂的"採伐剩餘物”——即伐木期間遺留在森林中的廢棄枝杈等木材。通過熱解工藝將木屑加熱製成生物炭，這種富碳材料經研磨後轉化為粗石墨，再經過提純和包覆處理達到電池負極所需品質。

CarbonScape表示每7噸幹木屑可生產1噸人造石墨。

基準礦物情報機構高級石墨分析師袁谷指出，這存在技術挑戰：電池負極需要極高純度的石墨，且新工藝必須在成本上與其他生產方法競爭。

威廉姆斯表示，CarbonScape自2016年以來一直在開發這項技術，能夠可靠地生產人造石墨。其陽極材料的性能已得到包括日本TDK旗下新能源科技公司（ATL）在內的部分電池製造商驗證，ATL同時也是該公司的投資方。

ATL執行副總裁林志超指出：“但CarbonScape生物石墨的最大優勢不在於卓越性能，而在於碳足跡的減少。”

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織的貝斯特解釋道，化石燃料制石墨需在3000攝氏度高温下煅燒，這一高耗能過程會產生有害人體健康的温室氣體和細微顆粒物。

CarbonScape實驗室正在進行人造石墨測試。圖片來源：CarbonScape威廉姆斯透露，採用其技術以木材為原料生產人造石墨的成本與化石燃料法制備相當，但未提供具體數據。他表示，木屑制石墨所需温度更低，且生產過程僅需數小時而非數週。

據威廉姆斯介紹，CarbonScape正計劃在歐洲選址建設首個商業化工廠，同時也在評估美國東南部各州——該地區擁有廣袤林場且電價優勢顯著。

商業化工廠的年產量通常接近1萬噸人造石墨，將遠超目前5噸規模的試驗性生產。

“生物質石墨無疑是一條有趣的新供應途徑，”伍德麥肯茲高級研究分析師詹姆斯·威洛比表示。

與化石燃料不同，生物質是一種可再生能源形式——儘管生物燃料的反對者認為其可能導致森林砍伐，並對排放計算方式提出質疑。CarbonScape公司表示其工藝無需額外砍伐樹木，威廉姆斯稱該過程雖會排放部分二氧化碳，但整體而言最差也是碳中和。他表示，利用伐木廢料可能有助於森林維護，隨着氣候變化導致野火日益嚴重，這正成為某些政府日益重視的議題。

“如同所有新技術一樣，這需要時間發展，”威廉姆斯説，“然後產業採納也需要時間。”

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本文發表於2023年12月11日印刷版，標題為《木屑開闢石墨製造新路徑》。