【生物质能】碎木片可能掀起一场锂电池行业变革

新西兰一家初创企业正利用伐木剩余的碎木片生产一种中国占供应主导地位的关键矿物——用于锂离子电池的石墨。

CarbonScape称，它可以用7吨干的碎木片生产1吨合成石墨。

图片来源：CARBONSCAPE

伊万·威廉姆斯(Ivan Williams)认为，他能够助力打破中国在石墨领域的主导地位。为此，他一直从世界各地的锯木厂收集碎木片。石墨是电动汽车电池的一种关键原材料。

威廉姆斯及其团队将试验工厂设在新西兰风景如画的葡萄酒产区马尔伯勒，他们把碎木片送入机器，生产出一种合成石墨。他说，加工而成的材料纯度不亚于由化石燃料生产的合成石墨。合成石墨主要由中国生产，其重量可能占到锂离子电池重量的一半。

威廉姆斯运营的公司CarbonScape由此站上了潮头浪尖。目前，发达国家都在努力采取各种措施，减少在能源转型所需关键矿物方面对中国的依赖。美国和欧盟已将石墨列为关键矿物，政府官员希望通过支持新项目融资，鼓励在本地生产更多的石墨。

“我们的使命是推动电池产业去碳化，”威廉姆斯说。他相信，这项技术可以推广到任何有充足木材下脚料的地方。他说：“其他一些问题也迎刃而解，包括供应链本地化。”

2023年10月，中国以国家安全担忧为由，宣布加强对石墨的出口管制，这在电池金属市场上掀起了轩然大波。据估计，全球60%的天然石墨（从地下开采）和69%的合成石墨由中国生产。几乎所有用于锂离子电池的高纯度石墨都是中国提炼的。

CarbonScape首席执行官伊万·威廉姆斯站在一袋该公司生产的合成石墨和一袋用于制造合成石墨的碎木片之间。

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中国加强出口管制，让人们意识到全球大宗商品市场很容易受到地缘政治紧张局势的影响，而原油、天然气和小麦价格因乌克兰战争而出现的剧烈波动已经体现了这种脆弱性。中国政府决定从12月1日起要求部分石墨产品取得出口许可，正值美国在几天前收紧针对中国公司的半导体产品出口限制。

寻找关键大宗商品的替代供应来源并非易事。建设一座矿山可能需要好几年时间，尤其是在审批程序严格的发达国家。有前景的技术可能没有经过大规模检验，而开发企业通常需要资金来扩大规模。此外，如果新领导人上任，政府是否会继续支持很不好说。

据国际能源署(International Energy Agency)估计，到2040年的20年间，石墨需求可能会增加25倍，不过，在电池技术领域涌现的创新或许会重塑石墨需求前景。一些公司正在尝试生产少用或完全不用石墨的电池，比如硬碳阳极钠离子电池。日本丰田汽车公司(Toyota Motor)和石油公司出光兴产(Idemitsu Kosan)计划合作推进电动汽车固态电池的量产，在这种电池中，可以用锂金属替代石墨。

CarbonScape的技术引起了欧洲林业产品公司Stora Enso的注意，Stora Enso投资1,800万美元，取得了CarbonScape约15%的股份。这项交易开辟了一条供应线，Stora Enso已经提供了一些北欧木材样本，供CarbonScape的新西兰工厂测试。

CarbonScape使用一种被称为“热分解”的工艺加热碎木片，随后，这种富碳材料经过研磨，转化为粗加工石墨。

CarbonScape要想取得成功，还需要消除外界对其技术和成本的疑虑。人们怀疑其产品与其他类型的石墨制品相比是否具有成本竞争力。

澳大利亚联邦科学与产业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation)的首席研究科学家亚当·贝斯特(Adam Best)说，他认为生物质并不是一种高效的石墨生产方法，因为需要大量碎木片。他没有直接提及CarbonScape的工艺。

“我们的确认为，天然石墨是更可持续的选择，”他说，同时强调从废旧电池中回收石墨可能是未来石墨供应的另一来源。

目前，CarbonScap使用木材加工过程中的边角料，但威廉姆斯认为，还可以利用所谓的“采伐剩余物”，也就是伐木时留在森林中的废弃枝桠和其他没用的木头。碎木片通过一种被称为“热分解”的工艺加热，生成生物炭，随后，这种富碳材料经过研磨，转化为粗加工石墨。经过提纯和涂层处理，便可达到制造电池阳极所需的品质要求。

CarbonScape表示，七吨干碎木片可以生产出一吨合成石墨。

不过，目前还有一些技术挑战。价格评估机构Benchmark Mineral Intelligence的高级石墨分析师Yuan Gu说，电池阳极需要纯度非常高的石墨，新工艺必须能够在成本上与其他生产方法竞争。

威廉姆斯说，CarbonScape自2016年以来一直在开发这项技术，能够稳定生产合成石墨。CarbonScape阳极材料的性能已经得到一些电池制造商的验证，其中包括日本TDK旗下的新能源科技有限公司(Amperex Technology，简称ATL)，该公司是CarbonScape的投资者之一。

“不过，CarbonScape的生物石墨最大的优势并不在于卓越的性能，而在于能够减少碳足迹，”ATL执行副总裁Joe Kit Chu Lam说。

澳大利亚联邦科学与产业研究组织的贝斯特说，用化石燃料生产石墨需要耗费大量能源，因为在石墨加工过程中，温度高达3,000摄氏度，会产生对人体健康有害的温室气体和细颗粒物。

CarbonScape的合成石墨在实验室中进行测试。

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威廉姆斯说，CarbonScape利用木头生产合成石墨的技术与化石燃料技术相比具有成本竞争力，但他没有提供具体数字。他说，用碎木片生产石墨所需的温度较低，生产过程并不需要好几周，而只需要几个小时。

CarbonScape打算尽快为首家商业化工厂选址。威廉姆斯说，CarbonScape正在欧洲寻找厂址，同时也在考虑美国东南部各州，因为那里有大片林地，而且电价具有吸引力。

商业化工厂通常年产近1万吨合成石墨，远高于CarbonScape试运营时5吨的年产量。

“从生物质中提取石墨显然是很有意思的新供应路径，”研究和咨询公司Wood Mackenzie的高级研究分析师詹姆斯·威洛比(James Willoughby)说。

生物质不同于化石燃料，是一种可再生能源——尽管生物燃料的批评者认为它们会导致毁林，还对排放量的计算方式提出质疑。威廉姆斯称，CarbonScape的工艺（该公司称，这种工艺不需要额外砍伐树木）会产生一些二氧化碳排放，但总体而言，最坏也不过是碳吸收量与碳排放量相抵。他说，利用伐木废料有助于保护森林。在气候变化导致野火愈演愈烈之际，保护森林日益成为一些政府的优先事项。

“与所有新技术一样，这项技术的发展需要时间，”威廉姆斯说。“行业采用新技术也需要时间。”