清研智库：可再生能源转型的关键在于高容量、长寿命的电池
可再生能源行业正以指数级的速度增长。2020年，可再生能源在英国的发电量首次超过化石燃料，根据国际能源署的数据，太阳能是历史上最便宜的电力。然而，虽然可再生能源的能力正在加强，但可再生能源仍然只占世界能源的11%。这仅仅是50多年前可再生能源提供比例的两倍，而联合国预计《巴黎协定》2030年目标将超额完成，接近320亿公吨的二氧化碳排放量，因此需要加快向可再生能源转型的步伐。
克服可再生能源的障碍
可再生能源转型面临许多障碍。经济障碍包括对不可再生能源的补贴、低油价以及基础设施发展的成本。社会障碍也限制了进展，包括公众对改变当地景观和对既定生活方式的破坏持保留意见。虽然这些障碍持续存在，但国际社会的压力和对化石燃料负面影响的认识正在催化政府采取行动。
随着政策制定者确定了变革的方向，可再生能源正在获得新的投资。一些大石油公司也在对可再生能源进行投资。然而，尽管迈出了这些大步，但一个基本的技术障碍依然存在：储能。
电池的发展和挑战
高容量长寿命电池的开发对公用事业和运输部门尤为重要。锂离子电池很可能是其成功的关键因素，最常见的是用于手机充电器等小规模应用，但越来越多地被开发用于大规模应用。七个欧洲国家已经承诺投入32亿欧元支持锂离子电池的研究，特斯拉和通用汽车也正在投资数十亿美元用于该技术的生产设施。
然而，随着这些发展，能源行业也面临着新的挑战。据预测，到2035年，全球储能市场将增长10倍，达到5460亿美元，因此，对于电池制造商来说，优先设计废弃物比以往任何时候都更加重要。在可再生能源转型的过程中，电池废料是一个大问题。到2030年，仅电动汽车产生的锂离子电池废弃物就可能达到1100万吨。再加上可再生能源在公共事业上的发展，以及其他电池驱动设备的发展，这就形成了一个巨大且不断增长的问题，需要加以管理。
锂离子电池的设计和销售方式意味着它们难以维修、再制造和回收。首先，剩余大部分充电容量的电池被丢弃，而不是使用；其次，用于制造这些电池的宝贵材料正在从经济中流失。由于锂的短缺可能在2025年就会出现，这可能成为可再生能源回收的主要障碍。
延长电池寿命和回收
为确保电池充分发挥其潜力，不成为废弃物，需要各行业之间、企业与决策者之间的合作，以及对电池所有权的重新思考。对于电池而言，虽然汽车电池在8至10年后会失去20%至30%的存储能力，不能再用于汽车。要想在实践中实现再利用，还需要建立有效的转售市场，或者制造商保留电池的所有权，以便电池能够在多个用户之间传递，可以增加维修和再制造的可能性。
虽然新的商业模式、跨部门合作和电池设计可以促进电池的再利用和再制造，但也带来了另一个挑战：回收电池材料。这对于避免废弃电池中的有毒金属和材料排放到环境中，污染土壤和水至关重要。
谷歌和埃伦-麦克阿瑟基金会2018年进行的一项研究，评估了铅酸电池和锂离子电池的循环经济解决方案，发现回收锂离子电池存在技术上的困难，而且回收成本很高。然而，从电池中回收钴和其他材料有很大的动力。比利时和加拿大已为此目的建立了大型回收中心。
扶持政策
要想成功地扩大规模，需要决策者的支持。欧盟委员会已经承认，决策者需要密切关注产业集群和生态系统所面临的机遇和挑战，这些集群和生态系统超越了传统的产业部门，涵盖了在价值链中运作的所有参与者，从中小企业到跨国公司，每个人都带来了自己的专业知识和创新技能。欧洲电池联盟就是一个很好的例子，它汇集了代表整个电池价值链的120多个欧洲和非欧洲利益相关者。在实施循环经济方法时，可以利用这种联盟来帮助指导工作和资助大型项目，帮助消除创新障碍，提高关键领域的政策一致性。
欧盟委员会通过 “循环经济创新交易”，为企业提供了一个机会，让企业提出建议，以完善电动汽车电池大规模使用和再利用的立法框架，发展车到网服务，以及电动汽车电池的二次寿命应用。
电池的循环经济潜力
如果能够克服技术障碍，并制定支持性法规，建立电池的循环经济将对全世界，特别是新兴市场产生巨大影响。在全球范围内，有8.4亿人无法获得电力，许多发展中国家正在探索将微型电网作为低碳化能源的关键推动力。小型电网是以太阳能电池板等分布式可再生能源为中心的小型闭环能源系统。
电池在循环经济中的另一个潜在的大规模用途是支持数据中心和电信基础设施中的备用电源系统，最终支持互联网、连接和通信的基础。由于锂离子电池能够在这种环境下运行而无需冷却，许多运营商正在转向使用锂离子电池。电池技术在这个行业中是至关重要的，它可以提供不间断的电源，保护网络免受意外停电的影响，并为整个数字基础设施提供更大的弹性。
循环经济的基础是向可再生能源过渡。它的两个原则是消除浪费和污染，保持产品和材料的使用。将这些原则应用于电池，不仅可以确保锂等宝贵的有限材料在经济中循环使用，而且有助于实现能源转型，实现净零排放目标。
作者 Tansy Fall，清研智库李梓涵编译