紅木材料的內華達州電動汽車電池回收設施試圖與中國競爭 - 彭博社

電池回收領域，在內華達州的Redwood Materials公司等待回收的30英畝舊電池。

攝影師：Emily Najera/Bloomberg布魯克林市中心Alloy Block開發項目的第一座塔樓，完全依靠電力運行。

攝影師：Bryan Anselm for Bloomberg Green在內華達州西部的灌木地帶，特斯拉聯合創始人JB Straubel站在一處懸崖上，俯瞰着幾英畝整齊堆放的用完的鋰離子電池包，與起伏的丘陵上點綴的草木灰相映成趣。彷彿按照劇本，一個巨大的風滾草滾過。那是三月的最後一個星期五，Straubel剛剛發現了黑金。

當天早些時候，他的電池回收公司Redwood Materials啓動了第一條商業規模生產線，生產一種對電動汽車電池至關重要的細黑色粉末。這種叫做陰極活性材料的物質佔據了電池成本的三分之一。Redwood計劃生產足夠的這種物質，到2028年每年生產超過130萬輛電動汽車，此外還生產美國以前從未生產過的其他電池組件。

這標誌着美國電池供應鏈的一個轉折點，目前該供應鏈受制於中國。據彭博新能源財經數據，全球第二大經濟體控制着70%的全球鋰精煉產能，以及高達95%的其他製造電動汽車所需關鍵材料的產量。Redwood試圖通過使用回收的關鍵金屬打破這種壟斷。

“責任壓在我身上，”Straubel説。“我記得在特斯拉的早期，當其他製造商還沒做什麼的時候，我們有一種非常明顯的感覺，覺得自己舉着旗幟奔向戰場，大聲説‘電動汽車是未來！’我們覺得如果我們失敗了，那麼沒人會跟隨。這有點似曾相識。”

JB Straubel在Redwood Materials的設施中欣賞風景。攝影師：Emily Najera/BloombergRedwood的工程中心坐落在一個300英畝的建築斜坡上，建築物處於各種不同的完工狀態。這種氛圍更接近於一個軍事指揮前哨站，而不是一個工業加工廠。操作設在一個巨大的無窗帳篷內，讓人想起了埃隆·馬斯克為建造Model 3電動汽車和星艦火箭而部署的結構。長長的電腦桌排成一排，幾個小隔間零零散散地建立在空間中央，用於半私密會議。

帳篷內的操作即將搬遷到山下剛剛竣工的大型新辦公大樓。這種位置的跳躍是Redwood持續不斷的狀態的典型體現，這裏的執行團隊是從總部位於奧斯汀的特斯拉公司的頂級工程團隊中挑選出來的，他們一直在重新設計電池回收過程，以提高速度和環境效率，同時擴大工業規模。

Straubel從特斯拉的頂尖人才中打造了Redwood的管理團隊

在特斯拉工作了55年的六個人

公司的快速進展讓一組獨立的斯坦福研究人員感到困惑，他們在過去兩年被允許訪問Redwood的數據，以進行其電池回收的環境評估。當研究人員完成對Redwood部分流程的分析時，他們會發現該流程已經發生了變化，化工工程助理教授Will Tarpeh説，他是該論文的高級作者之一。

“他們每個月都在不斷調整，”Tarpeh説。“這讓分析變得具有挑戰性，但看到這一切都很棒。他們在一個一切都在迅速變化的世界中非常好地航行。”

斯坦福的報告，該報告仍在同行評審中，發現Redwood的回收和精煉操作將二氧化碳排放量降低了70%，與傳統回收方法相比降低了40%。當Redwood處理製造廢料時，節約更大，目前製造廢料大約佔可回收材料的一半。

電動汽車材料的環境成本降低了80%

斯坦福大學研究人員對Redwood的每公斤成品電池材料回收過程進行分析

來源：斯坦福大學研究人員的預印分析

注：假設NCA電池化學成分

即使在仍然大部分使用煤電的國家，電動汽車的環境足跡已經比內燃汽車小得多。儘管開採電池原材料的代價相當高，但超過95%的關鍵礦物質可以盈利回收利用。

在Redwood，所有東西都不會被送到垃圾填埋場，除了洗手池和馬桶排放的污水外，沒有水會離開設施。沒有天然氣管道；一切都是電動的。它還為規模建造，使公司能夠快速分解一車載雜亂電池，無需手動分類或繁瑣拆卸。

回收者最終需要與汽車工廠的生產速度相匹配。例如，加利福尼亞州弗裏蒙特僅250英里外的特斯拉工廠去年生產了56萬輛電動汽車 —— 每分鐘超過一輛。當這些汽車需要被回收時，它們將產生幾乎是去年整個美國市場處理的電動汽車電池材料的10倍。如果回收者能夠處理所有這些，他們將開始與傳統的採礦業競爭。

“一旦我們將整個車輛隊列改為電動，所有這些礦物質都在消耗中，我們每年只需要替換失去的幾個百分點，” Redwood的首席技術官、前特斯拉動力總成工程主管Colin Campbell説道。“對每個人來説，從地下挖掘已經不再有意義將變得顯而易見。”

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Straubel在2019年離開了特斯拉，因為他對電動汽車需求與製造電池所需材料之間的差距日益擴大感到擔憂。在進入過去幾年更具利潤潛力的由電池的兩側 —— 陽極和陰極 —— 組成的複雜材料市場之前，Redwood迅速成為北美最大的鋰離子電池回收商。該公司現在銷售大約兩打產品，包括像未經處理的鋁廢料這樣的低價值材料，這已經被廣泛回收利用，以及作為石膏出售的硫酸鈣，用於製造幹牆。

消費電子產品的電池被裝在帶有滅火蛭石的55加侖桶中運輸。這種輕質礦石被倒在傳送帶系統上並得以重複使用。攝影師：Emily Najera/Bloomberg回收電池有三種基本方法，每種方法都有其自身的缺點。你可以將它們燃燒，這是浪費的，可能會導致有毒排放；也可以將其溶解在強化學品中，這是昂貴的，耗費最多能源；或者通過機械分離，這可能是費力且危險的。直到最近幾年，大多數美國回收商只是將電池研磨成粉末，然後將其運往海外由其他人處理。Redwood從每種類別中選取其認為最有用的部分。該公司的處理過程始於一個室內暫存區，那裏丟棄的耳機和筆記本電池，甚至是召回的雪佛蘭Bolt電動車模塊都被傾倒到一個傳送帶上。這一混亂的雜亂物品被粗暴地運送大約30英尺，到達牆上的一個洞口，從那裏它們離開建築物進入一個被稱為“RC1”的巨大旋轉金屬隧道，懸掛在高空。

RC1本質上是一個巨大的慢燉鍋，將垃圾在數百度的温度下烘烤約一個小時，這或許是Redwood迄今為止最大的創新。傳統的燃燒回收利用超過1000攝氏度（1800華氏度）的高温來分離出貴金屬，但Redwood在這個階段的目標是以最有效的方式保存和準備材料以進行下一步處理。

紅木的電池慢燉鍋捕獲有害氣體並將其轉化為有用的工業產品。攝影師：Emily Najera/Bloomberg重要的是，RC1不使用任何氧氣 —— 沒有燃燒，因此也沒有排放。它只是將膠水、塑料和不需要的液體還原為木炭。剩下的高級黑碳可以出售用於黑色油漆和工業潤滑。

RC1還使用驚人地少的電力，這對降低紅木的氣候影響至關重要。一旦窯爐加熱，從電池釋放的能量就是自給自足的。可以將其視為受控的、慢動作版本的電池火災，日夜不停地運行。它安全地釋放了可能對工人構成危險的任何電池的電荷，同時分解將關鍵礦物質粘合在一起的物質。

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離開RC1後，經過機器篩選材料通過篩網。強大的磁鐵用於分離某些材料。剩下的富含礦物質的灰塵，被稱為黑色物質，混入溶劑漿液中，並被送入另一座看起來像大型啤酒釀造廠的建築，那裏有高聳的不鏽鋼罐，使用化學品、壓力、過濾器和蒸發將產品分離成其核心元素。

進入化學釀造廠的骯髒黑色湯液，經過處理後變成了幾千磅重的純化礦鹽巨大袋子。坎貝爾打開其中一個內襯，露出一座雪白的鋰粉山 — 電動汽車的關鍵。攝影師：Emily Najera/Bloomberg任何電池回收者的終極目標是生產用於電池陰極和陽極的昂貴組件。如今，這兩種產品幾乎完全在亞洲製造。

陽極由細膩的銅箔製成，通常塗有石墨。銅箔的厚度是人類頭髮的十分之一，呈寬幅卷，看起來像工業規格的包裝紙。每張展開的銅箔可以延伸長達15公里（9英里），最輕微的撕裂或穿孔都可能導致電池電芯缺陷。

在Redwood的陽極箔車間工作人員穿着全身套裝，戴着頭髮和鬍鬚網，他們必須通過一個噴射空氣的通道，因為一根錯誤的頭髮或一點灰塵都可能破壞銅卷。攝影師：Emily Najera/Bloomberg美國從未生產過銅箔。過去一年，Redwood一直在生產樣品卷供潛在客户測試。在未來幾周，該公司的箔將正式進入供應鏈，用於美國的電動汽車**，** Straubel説。“這實際上是美國有史以來第一次生產這種材料 — 用於電池，”他説。

Redwood的單一箔製造機器每年可以為超過13,000輛長續航電動汽車提供足夠的電池。完美光滑的鈦鼓，大約是一輛小車的大小，在明亮的液態硫酸銅浴中半浸沒旋轉。當它被數萬安培的電流擊中時，一張絲綢般的銅箔從浴液中形成，隨後被包裹在一根長卷上。

這台設備很快將被另外九台複製品所取代，在南卡羅來納州正在建設的工廠將會有更多的設備。根據Straubel的説法，到2028年，這兩個地點將有100台機器投入運營，每年生產的箔足以繞地球六圈。

銅箔卷的厚度是人類頭髮的十分之一，長度為公里，必須完全由一台機器重新卷繞，檢查是否有任何可能破壞電池的瑕疵。攝影師：Emily Najera/Bloomberg與此同時，陰極在很大程度上決定了電池的性能、成本和環境足跡。為了得到最終黑色陰極粉的正確配方，需要與每個將購買它的製造商進行多年的合作。樣品必須經過多輪測試和資格認證，然後才能投入汽車使用。在Redwood，陰極工廠的工人必須穿戴完全密封的服裝，包括帶有呼吸管和兩副手套的頭盔，以確保袖口處有完美的屏障。

小心準備的鋰、鎳、鈷和鋁的混合物被放在陶瓷托盤中，慢慢地穿過一個加熱到一千多攝氏度的長窯爐。結果：黑金，內華達陰極。照片由Redwood Materials提供陰極性能至關重要，一旦產品獲得主要電池製造商的批准使用，商業關係往往是永久的。“這幾乎是高風險、高回報的定義，”彭博新能源財經分析師安迪·利奇説。

Redwood的資格工作已經進行多年。它在2022年簽署了一項供貨協議，為正在堪薩斯城建設的松下新工廠提供供貨，併為豐田即將建設的北卡羅來納州電池工廠提供另一份協議。

Redwood在三月投入使用的陰極生產線每年只能生產50兆瓦的陰極。其主要目的是在Redwood明年底啓動巨大的20吉瓦時版本之前，與客户進行額外的測試。

Redwood的回收能力令人印象深刻，但遠遠不足以打破美國對亞洲供應商的依賴。該公司每年處理廢料的速度幾乎達到20吉瓦時（GWh），相當於約二十五萬輛長續航里程的電動汽車。這比Redwood和外部分析師預計的美國至少還需要一兩年才能獲得的電池回收量要多。斯特勞貝爾將加速的時間表歸因於意想不到的電動汽車召回和新電池工廠產生的高於預期的廢料數量。

換句話説：全新的工廠會犯很多錯誤。BNEF的利奇表示，Redwood的數據讓他重新審視了自己的模型，這些模型假設大約15%的工廠產出最終會被回收利用。但在美國，由於許多工廠同時投產，這種廢料率可能高達25%，他説。

廢物轉換為能量：美國電池回收年增長率平均為30%

可用於工廠廢料和電池退役的材料

來源：彭博新能源財經

注：不包括消費電子電池

電池材料的競爭將會激烈。儘管拜登政府提供了數十億美元的電動汽車製造激勵措施，但中國仍然超過美國的電池生產，向全球市場大量供應廉價產品。在多年的需求超過供應之後，電池和材料出現了全球性過剩，使得新進入者難以生存。鋰價格從2022年11月的高點暴跌了超過75%。

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Redwood的一些競爭對手已經受到了打擊，尤其是多倫多的Li-Cycle公司，該公司宣佈計劃在三月份裁員17%，因為它縮減了擴張計劃。全球最大的鋰生產商Albemarle公司表示價格不可持續，並停止了南卡羅來納州一座能夠處理回收黑色物質的精煉廠的開發。

與此同時，來自馬薩諸塞州初創公司Ascend Elements、韓國電池製造商LG Chem和特斯拉的建設新的美國陰極工廠的雄心勃勃的計劃將需要數年時間才能完全實現。“中國在認真優先發展電動汽車方面已經有了10年的時間，所以他們領先一步，” 能源智庫RMI的美國項目經理拉克蘭·凱瑞説。“要趕上他們還有很長的路要走，而且可能會遇到很多阻礙。”

但是，讓斯特勞貝爾掌舵紅木公司對於想要今天就冒險的投資者來説是一個賣點。他是特斯拉電池戰略的策劃者，他在硅谷到華爾街的關係幫助公司籌集了20億美元的私人資金，並獲得了美國能源部承諾的20億美元貸款，一旦達到一定的里程碑就可以動用。

美國只有一個回收站是不夠建立電動汽車製造基地的，斯特勞貝爾也承認了這一現實以及前方艱鉅的挑戰。

“事實就是，這是一件非常困難的事情，”他説。“對我來説，令人震驚的是，現在或正在建設的電池容量有多大，然而其供應鏈100%依賴進口。”

在一個常常感覺被腳手架拼湊在一起的城市裏，被稱為合金區塊的開發項目——位於布魯克林市中心繁華街道上，對面是布魯克林音樂學院的紅銀色標誌——長期來看就像是另一個建築工地。

但是，該項目的第一階段有着獨特之處，一個在今年春季開放的44層高樓。在周圍大多數依賴天然氣和石油能源的建築物中，505 State Street是紐約第一座全電動摩天大樓。

像這樣的節能建築對城市推動到2050年將温室氣體排放量削減80%至2019年水平至關重要。在全國範圍內，最大的單一排放源是交通，主要由低載客量的汽車和卡車主導。但在紐約，大多數人使用公共交通而不是駕駛汽車。這意味着建築“絕對是該市氣候污染最大的源頭”，城市綠色委員會的研究與政策高級主任克里斯托弗·哈夫納特説，該非營利組織專注於建築節能。根據哈夫納特的説法，紐約市40%的排放來自燃氣和燃油爐具以及熱水器。

為了試圖縮小這一數字，市議會在2021年通過了一項法律禁止新建築燃燒排放一定量二氧化碳的燃料。這些規定今年開始適用於大多數高度不超過七層的新建築。但對於高樓，這些規定直到2027年中期才會生效。開發商兼建築師合金發展公司正是在提前行動。

這並不總是計劃中的。

當合金公司2019年首次構想這個項目時，“最初的設想是基礎建築採用燃氣供暖，也許灶具會使用燃氣，”該公司總裁AJ皮雷斯在今年冬天的一個颳風的日子裏在工地上説道。

AJ Pires，Alloy Development總裁，在505 State Street塔樓施工中拍攝合影。攝影師：Bloomberg Green的Bryan Anselm但發生了兩件事。首先，國家電網停止了布魯克林的新燃氣連接。這是公用事業公司與州監管機構之間關於一個價值十億美元的天然氣管道的對峙的一部分；公用事業公司希望獲得批准，但監管機構阻止了一項關鍵許可證，理由是水質問題。

與此同時，紐約市議會通過了97號地方法規，要求到2030年，相對於2005年的排放量，某些建築物的温室氣體排放量減少40%。

儘管該法律缺乏明確的指導，但燃氣連接問題和即將出台的法規的雙重打擊導致Pires和他的同事們打賭，認為城市會隨着時間推移激勵電氣化，或者“懲罰任何使用碳基燃料的東西，”他説。“結果證明這是正確的。”因此，他們決定採用電力。

505 State Street地下室的電鍋爐內部。攝影師：Bloomberg Green的Bryan Anselm當團隊成員詢問如果沒有燃氣，這個綜合體會是什麼樣子時，答案相當明瞭。“電鍋爐代替了燃氣鍋爐；電磁爐代替了燃氣灶具。就是這樣，”Pires説，並指出他們不得不修改電氣室的設計，以便容納更高的電流，因為需要更多的電力來滿足更大的電力負荷。

幸運的是，合金已經有設計節能建築的經驗，比如約翰街一號，這是布魯克林達姆博社區的一座混合用途住宅和商業開發項目，因其高度可持續性而獲得了紐約美國建築師協會獎。他們已經設計了合金區塊的五個建築結構，採用緊湊的建築外殼來減少供暖和製冷所需的能源。

更大的困難在於説服學校建築管理部門。該項目地點包括哈利勒·吉布蘭國際學院的現址，這是美國第一所英語-阿拉伯語公立學校。該建築是由1873年至1889年間建造的幾座建築結構組合而成。“但顯然，它們對今天的高中來説效率低下，”教育建設基金首席執行官詹妮弗·馬爾多納多説。ECF通過公私合作伙伴關係在紐約州各地建造公立學校。

哈利勒·吉布蘭國際學院的新校舍正在按照超高效的被動房標準建造。攝影師：Bryan Anselm for Bloomberg Green合金發展公司的計劃包括翻新舊校舍供社區和公寓居民使用，並將哈利勒·吉布蘭搬到新建築中心，與一個新的500座小學（P.S. 456）一起。該建築將符合被動房標準——一種設計方法，結構緊湊，需要極少的能源來保持舒適的室內温度。

“我們宣佈這將是一座Passive House學校建築，以此為學校建設管理局測試新建學校方式設立了一個試點，” Pires説道。而教育建設基金會負責監督學校的建設，一旦建成，學校建設管理局將接管該物業並負責維護和保養。在整個城市，學校建設管理局維護着超過1,400座建築，為110萬名學生提供服務。它是該市最大的建築商之一，因此是幫助該市降低建築排放的關鍵部分。但由於它為一個特定人羣提供服務 — 青少年 — 它也有特定和嚴格的要求。

“有一些小事情，比如欄杆的放置位置，入口位置，安全攝像頭的擺放位置，” Maldonado説道，指出為年幼孩子建造的學校會將欄杆和馬桶放置在比為青少年建造的學校更低的高度。由於這是布魯克林繁忙的地區，要求窗户必須是三層玻璃，以隔離室外噪音。

主要挑戰是將Passive House關於供暖和製冷的要求與SCA關於通風、製冷和空氣系統的規定融合在一起。工程師、建築師和施工經理合作協調，使它們同步，Maldonado説：“就新建築而言，這可能是一個未來的模型。”

像505 State Street一樣，新的學校建築將標誌着一個首次 — 這將是該市第一座Passive House公立學校。它將於9月向學生開放。與此同時，住宅塔樓的租户於4月5日開始搬入。市場租金從$3,475 起，一室公寓到三卧室公寓的租金為$11,200，儘管440個單位中有45個被劃為經濟適用房。

一間模型公寓505 State Street的生活空間。攝影師：Bloomberg Green的Bryan AnselmPires展示的模型單元看起來像新豪華建築中的任何一間公寓，配有時尚、現代的裝置和三層玻璃的高窗户，旨在既減輕户外城市景觀的噪音，又保持舒適的室內温度。玻璃灶具是感應式的，一些廚師認為它比燃氣灶更具響應性。每個單元都配備了Ecobee智能恆温器，不僅讓居民可以安排何時開啓和關閉供暖和製冷，還可以感知公寓是否無人居住並恢復到更低的能源設置。

公寓配備了電器設備，包括感應式灶具和智能恆温器。攝影師：Bloomberg Green的Bryan Anselm但建築的許多運作方式都超出了租户的視野。

供暖和製冷採用所謂的水源熱泵系統運作。“這意味着有一圈冷水和一圈熱水流向公寓中的單元，然後吹過這些圈，加熱和冷卻空間，” Pires説道。水循環回收了大部分用於加熱和製冷的能量，減少了鍋爐的工作量，從而最大限度地提高了效率。

當艾洛伊開發公司的資產經理安德魯·格雷厄姆（Andrew Graham）帶領我們走下地下室時，令人驚訝的是，那裏異常乾淨，沒有通常伴隨着燃氣鍋爐的氣味。505 State Street擁有一台電阻鍋爐。皮雷斯指出，該建築確實有一個例外，即備用燃氣發電機，以防緊急情況發生，據皮雷斯稱這是建築法規的要求。

505 State Street地下室鍋爐房內的管道和電線。攝影師：Bryan Anselm，彭博綠色備用發電機將在建築停電時啓動，以確保電梯和消防通道的燈光正常工作。“它不是建築的日常運營的一部分。它沒有被使用。但如果發生停電，它確實提供了生命安全服務，” 皮雷斯説。

關於電氣化建築的一個常見擔憂是成本，無論是對開發商還是租户而言。哈夫納特指出，最近的研究表明，對於開發商來説，在紐約市進行全電氣新建築“與非全電氣建築基本成本中性”。

對於租户來説，情況更為複雜。許多紐約公寓樓集中控制供暖和製冷，並將成本納入租金中，而不是給租户提供單獨的賬單。這並非沒有缺點 —— 無法調低供暖温度，紐約人經常在冬天敞開窗户 —— 但這也意味着成本是一致的。合金區的租户將能夠自行控制供暖，但他們也必須自己支付供暖費用。

皮雷斯承認，作為房東的合金公司在建築物完全運營之前不會真正瞭解能源成本與傳統供暖和製冷的相對關係。“當我們打開並使用它時，我很好奇我的電費會是什麼樣子，”他説。

隨着城市中越來越多的新建築物採用電力，城市綠色理事會的哈夫納特表示，“需要做一些工作，以確保這種過渡是公平的，並確保居民不支付不應付的公用事業賬單的部分。”

技術的快速變化可能會在項目的後期階段實現更大的效率提升。雖然505 State Street依賴電阻鍋爐，但第二座住宅塔樓將採用更新的技術。“我們現在正在設計第二座建築，有空氣源熱泵可以產生足夠的熱水，這在五年前設計505 State Street時是不可用的，”皮雷斯説。熱泵比電阻鍋爐更節能。

在支持電氣化方面，合金發展與房地產和建築行業中其他一些人形成鮮明對比，後者抵制了紐約的綠色建築推動。2022年，兩家皇后區合作社和一家擁有曼哈頓一棟建築的有限責任公司在紐約最高法院提起訴訟，試圖推翻97號地方法律。那個案件在2024年被駁回。與此同時，該州的全電建築法與紐約市法律相同，但採用了稍長一點的時間表，正在被聯邦地方法院挑戰。石油公司、貿易協會和那些依賴燃氣器具和系統的成員謀生的工會於2023年10月提起訴訟。

從皮雷斯的角度來看，這就是潮流的方向，他和他的同事們只是早早地到達了那裏。在參與505 State Street項目的工程師中，他説：“如果你現在問他們在任何多户住宅建築上做什麼，他們都是全電動的 — 全部都是。能夠利用這個項目來推廣這種未來類型真是太棒了。”