《华尔街日报》：下一代改变电动汽车的芯片可能由木材制成

澳大利亚阿德莱德——伊万·威廉姆斯认为他能助力打破中国对电动车电池关键材料的垄断。为此，他一直在全球锯木厂收集木屑。

在新西兰风景如画的马尔堡葡萄酒产区试验工厂里，威廉姆斯团队将木屑送入机器，生产出一种人造石墨。他表示这种工程材料的纯度与化石燃料合成石墨相当——后者主要产自化石燃料，中国占据全球69%的产量，可占锂离子电池总重量的50%。

这使得威廉姆斯创立的CarbonScape公司站到了发达国家减少能源转型关键矿物对华依赖的最前沿。石墨已被美欧列为关键矿物，两地政府希望通过资助新项目来推动本土开采增产。

“我们的使命是让电池产业脱碳，“威廉姆斯说。他相信这项技术适用于任何拥有充足木屑资源的地区，“这同时解决了供应链本地化等其他问题。”

中国在2023年10月以国家安全为由宣布将加强石墨出口管制，引发电池金属市场震荡。据估算，全球60%的天然石墨（源自矿产）和69%的人造石墨产自中国，该国还精炼了锂离子电池所需的近全部高纯度石墨。

CarbonScape首席执行官伊万·威廉姆斯站在公司生产的人造石墨与用于制造它的木屑袋之间。图片来源：CarbonScape中国加强出口管制提醒了全球大宗商品市场对地缘政治紧张局势的脆弱性，这一点已通过原油、天然气和小麦价格的剧烈波动因乌克兰战争而显现。北京决定从12月1日起对部分石墨产品实施出口许可，此前几天美国收紧了对中国企业获取半导体的限制。

寻找关键商品的替代供应并不容易。建造一座矿山可能需要数年时间，尤其是在许可程序严格的发达国家。有前景的技术可能尚未经过大规模验证，开发者通常需要资金来扩大规模。当新领导人上台时，政府支持可能会变得不稳定。

在电池技术领域，创新正在以可能重塑石墨需求前景的方式进行，国际能源署估计，到2040年的二十年间，石墨需求可能增长高达25倍。一些公司正尝试生产使用较少或完全不使用石墨的电池，例如通过使用钠与硬碳阳极。日本的丰田汽车和石油公司出光兴产计划合作推进电动汽车固态电池的大规模生产，其中石墨可能被锂金属取代。

CarbonScape的技术吸引了欧洲林产品公司斯道拉恩索的注意，该公司投资1800万美元获得了CarbonScape约15%的股份。这笔交易打通了供应链，斯道拉恩索已向CarbonScape的新西兰工厂提供了一些北欧木材样本进行测试。

要取得成功，CarbonScape需要克服外界对其技术的质疑，以及其产品在成本上与其他形式石墨竞争的能力。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）首席研究科学家亚当·贝斯特表示，由于所需木屑量巨大，他认为生物质并非制造石墨的高效方式。不过他并未直接评论CarbonScape的工艺。

“我们确实认为天然石墨是更可持续的选择，“他说道，并强调从废旧电池中回收石墨是未来供应的另一潜在来源。

目前CarbonScape使用木材加工剩余物，但威廉姆斯相信还可以利用所谓的"采伐剩余物”——即伐木期间遗留在森林中的废弃枝杈等木材。通过热解工艺将木屑加热制成生物炭，这种富碳材料经研磨后转化为粗石墨，再经过提纯和包覆处理达到电池负极所需品质。

CarbonScape表示每7吨干木屑可生产1吨人造石墨。

基准矿物情报机构高级石墨分析师袁谷指出，这存在技术挑战：电池负极需要极高纯度的石墨，且新工艺必须在成本上与其他生产方法竞争。

威廉姆斯表示，CarbonScape自2016年以来一直在开发这项技术，能够可靠地生产人造石墨。其阳极材料的性能已得到包括日本TDK旗下新能源科技公司（ATL）在内的部分电池制造商验证，ATL同时也是该公司的投资方。

ATL执行副总裁林志超指出：“但CarbonScape生物石墨的最大优势不在于卓越性能，而在于碳足迹的减少。”

澳大利亚联邦科学与工业研究组织的贝斯特解释道，化石燃料制石墨需在3000摄氏度高温下煅烧，这一高耗能过程会产生有害人体健康的温室气体和细微颗粒物。

CarbonScape实验室正在进行人造石墨测试。图片来源：CarbonScape威廉姆斯透露，采用其技术以木材为原料生产人造石墨的成本与化石燃料法制备相当，但未提供具体数据。他表示，木屑制石墨所需温度更低，且生产过程仅需数小时而非数周。

据威廉姆斯介绍，CarbonScape正计划在欧洲选址建设首个商业化工厂，同时也在评估美国东南部各州——该地区拥有广袤林场且电价优势显著。

商业化工厂的年产量通常接近1万吨人造石墨，将远超目前5吨规模的试验性生产。

“生物质石墨无疑是一条有趣的新供应途径，”伍德麦肯兹高级研究分析师詹姆斯·威洛比表示。

与化石燃料不同，生物质是一种可再生能源形式——尽管生物燃料的反对者认为其可能导致森林砍伐，并对排放计算方式提出质疑。CarbonScape公司表示其工艺无需额外砍伐树木，威廉姆斯称该过程虽会排放部分二氧化碳，但整体而言最差也是碳中和。他表示，利用伐木废料可能有助于森林维护，随着气候变化导致野火日益严重，这正成为某些政府日益重视的议题。

“如同所有新技术一样，这需要时间发展，”威廉姆斯说，“然后产业采纳也需要时间。”

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本文发表于2023年12月11日印刷版，标题为《木屑开辟石墨制造新路径》。