红木材料的内华达州电动汽车电池回收设施试图与中国竞争 - 彭博社

电池回收领域，在内华达州的Redwood Materials公司等待回收的30英亩旧电池。

摄影师：Emily Najera/Bloomberg布鲁克林市中心Alloy Block开发项目的第一座塔楼，完全依靠电力运行。

摄影师：Bryan Anselm for Bloomberg Green在内华达州西部的灌木地带，特斯拉联合创始人JB Straubel站在一处悬崖上，俯瞰着几英亩整齐堆放的用完的锂离子电池包，与起伏的丘陵上点缀的草木灰相映成趣。仿佛按照剧本，一个巨大的风滚草滚过。那是三月的最后一个星期五，Straubel刚刚发现了黑金。

当天早些时候，他的电池回收公司Redwood Materials启动了第一条商业规模生产线，生产一种对电动汽车电池至关重要的细黑色粉末。这种叫做阴极活性材料的物质占据了电池成本的三分之一。Redwood计划生产足够的这种物质，到2028年每年生产超过130万辆电动汽车，此外还生产美国以前从未生产过的其他电池组件。

这标志着美国电池供应链的一个转折点，目前该供应链受制于中国。据彭博新能源财经数据，全球第二大经济体控制着70%的全球锂精炼产能，以及高达95%的其他制造电动汽车所需关键材料的产量。Redwood试图通过使用回收的关键金属打破这种垄断。

“责任压在我身上，”Straubel说。“我记得在特斯拉的早期，当其他制造商还没做什么的时候，我们有一种非常明显的感觉，觉得自己举着旗帜奔向战场，大声说‘电动汽车是未来！’我们觉得如果我们失败了，那么没人会跟随。这有点似曾相识。”

JB Straubel在Redwood Materials的设施中欣赏风景。摄影师：Emily Najera/BloombergRedwood的工程中心坐落在一个300英亩的建筑斜坡上，建筑物处于各种不同的完工状态。这种氛围更接近于一个军事指挥前哨站，而不是一个工业加工厂。操作设在一个巨大的无窗帐篷内，让人想起了埃隆·马斯克为建造Model 3电动汽车和星舰火箭而部署的结构。长长的电脑桌排成一排，几个小隔间零零散散地建立在空间中央，用于半私密会议。

帐篷内的操作即将搬迁到山下刚刚竣工的大型新办公大楼。这种位置的跳跃是Redwood持续不断的状态的典型体现，这里的执行团队是从总部位于奥斯汀的特斯拉公司的顶级工程团队中挑选出来的，他们一直在重新设计电池回收过程，以提高速度和环境效率，同时扩大工业规模。

Straubel从特斯拉的顶尖人才中打造了Redwood的管理团队

在特斯拉工作了55年的六个人

公司的快速进展让一组独立的斯坦福研究人员感到困惑，他们在过去两年被允许访问Redwood的数据，以进行其电池回收的环境评估。当研究人员完成对Redwood部分流程的分析时，他们会发现该流程已经发生了变化，化工工程助理教授Will Tarpeh说，他是该论文的高级作者之一。

“他们每个月都在不断调整，”Tarpeh说。“这让分析变得具有挑战性，但看到这一切都很棒。他们在一个一切都在迅速变化的世界中非常好地航行。”

斯坦福的报告，该报告仍在同行评审中，发现Redwood的回收和精炼操作将二氧化碳排放量降低了70%，与传统回收方法相比降低了40%。当Redwood处理制造废料时，节约更大，目前制造废料大约占可回收材料的一半。

电动汽车材料的环境成本降低了80%

斯坦福大学研究人员对Redwood的每公斤成品电池材料回收过程进行分析

来源：斯坦福大学研究人员的预印分析

注：假设NCA电池化学成分

即使在仍然大部分使用煤电的国家，电动汽车的环境足迹已经比内燃汽车小得多。尽管开采电池原材料的代价相当高，但超过95%的关键矿物质可以盈利回收利用。

在Redwood，所有东西都不会被送到垃圾填埋场，除了洗手池和马桶排放的污水外，没有水会离开设施。没有天然气管道；一切都是电动的。它还为规模建造，使公司能够快速分解一车载杂乱电池，无需手动分类或繁琐拆卸。

回收者最终需要与汽车工厂的生产速度相匹配。例如，加利福尼亚州弗里蒙特仅250英里外的特斯拉工厂去年生产了56万辆电动汽车 —— 每分钟超过一辆。当这些汽车需要被回收时，它们将产生几乎是去年整个美国市场处理的电动汽车电池材料的10倍。如果回收者能够处理所有这些，他们将开始与传统的采矿业竞争。

“一旦我们将整个车辆队列改为电动，所有这些矿物质都在消耗中，我们每年只需要替换失去的几个百分点，” Redwood的首席技术官、前特斯拉动力总成工程主管Colin Campbell说道。“对每个人来说，从地下挖掘已经不再有意义将变得显而易见。”

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Straubel在2019年离开了特斯拉，因为他对电动汽车需求与制造电池所需材料之间的差距日益扩大感到担忧。在进入过去几年更具利润潜力的由电池的两侧 —— 阳极和阴极 —— 组成的复杂材料市场之前，Redwood迅速成为北美最大的锂离子电池回收商。该公司现在销售大约两打产品，包括像未经处理的铝废料这样的低价值材料，这已经被广泛回收利用，以及作为石膏出售的硫酸钙，用于制造干墙。

消费电子产品的电池被装在带有灭火蛭石的55加仑桶中运输。这种轻质矿石被倒在传送带系统上并得以重复使用。摄影师：Emily Najera/Bloomberg回收电池有三种基本方法，每种方法都有其自身的缺点。你可以将它们燃烧，这是浪费的，可能会导致有毒排放；也可以将其溶解在强化学品中，这是昂贵的，耗费最多能源；或者通过机械分离，这可能是费力且危险的。直到最近几年，大多数美国回收商只是将电池研磨成粉末，然后将其运往海外由其他人处理。Redwood从每种类别中选取其认为最有用的部分。该公司的处理过程始于一个室内暂存区，那里丢弃的耳机和笔记本电池，甚至是召回的雪佛兰Bolt电动车模块都被倾倒到一个传送带上。这一混乱的杂乱物品被粗暴地运送大约30英尺，到达墙上的一个洞口，从那里它们离开建筑物进入一个被称为“RC1”的巨大旋转金属隧道，悬挂在高空。

RC1本质上是一个巨大的慢炖锅，将垃圾在数百度的温度下烘烤约一个小时，这或许是Redwood迄今为止最大的创新。传统的燃烧回收利用超过1000摄氏度（1800华氏度）的高温来分离出贵金属，但Redwood在这个阶段的目标是以最有效的方式保存和准备材料以进行下一步处理。

红木的电池慢炖锅捕获有害气体并将其转化为有用的工业产品。摄影师：Emily Najera/Bloomberg重要的是，RC1不使用任何氧气 —— 没有燃烧，因此也没有排放。它只是将胶水、塑料和不需要的液体还原为木炭。剩下的高级黑碳可以出售用于黑色油漆和工业润滑。

RC1还使用惊人地少的电力，这对降低红木的气候影响至关重要。一旦窑炉加热，从电池释放的能量就是自给自足的。可以将其视为受控的、慢动作版本的电池火灾，日夜不停地运行。它安全地释放了可能对工人构成危险的任何电池的电荷，同时分解将关键矿物质粘合在一起的物质。

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离开RC1后，经过机器筛选材料通过筛网。强大的磁铁用于分离某些材料。剩下的富含矿物质的灰尘，被称为黑色物质，混入溶剂浆液中，并被送入另一座看起来像大型啤酒酿造厂的建筑，那里有高耸的不锈钢罐，使用化学品、压力、过滤器和蒸发将产品分离成其核心元素。

进入化学酿造厂的肮脏黑色汤液，经过处理后变成了几千磅重的纯化矿盐巨大袋子。坎贝尔打开其中一个内衬，露出一座雪白的锂粉山 — 电动汽车的关键。摄影师：Emily Najera/Bloomberg任何电池回收者的终极目标是生产用于电池阴极和阳极的昂贵组件。如今，这两种产品几乎完全在亚洲制造。

阳极由细腻的铜箔制成，通常涂有石墨。铜箔的厚度是人类头发的十分之一，呈宽幅卷，看起来像工业规格的包装纸。每张展开的铜箔可以延伸长达15公里（9英里），最轻微的撕裂或穿孔都可能导致电池电芯缺陷。

在Redwood的阳极箔车间工作人员穿着全身套装，戴着头发和胡须网，他们必须通过一个喷射空气的通道，因为一根错误的头发或一点灰尘都可能破坏铜卷。摄影师：Emily Najera/Bloomberg美国从未生产过铜箔。过去一年，Redwood一直在生产样品卷供潜在客户测试。在未来几周，该公司的箔将正式进入供应链，用于美国的电动汽车**，** Straubel说。“这实际上是美国有史以来第一次生产这种材料 — 用于电池，”他说。

Redwood的单一箔制造机器每年可以为超过13,000辆长续航电动汽车提供足够的电池。完美光滑的钛鼓，大约是一辆小车的大小，在明亮的液态硫酸铜浴中半浸没旋转。当它被数万安培的电流击中时，一张丝绸般的铜箔从浴液中形成，随后被包裹在一根长卷上。

这台设备很快将被另外九台复制品所取代，在南卡罗来纳州正在建设的工厂将会有更多的设备。根据Straubel的说法，到2028年，这两个地点将有100台机器投入运营，每年生产的箔足以绕地球六圈。

铜箔卷的厚度是人类头发的十分之一，长度为公里，必须完全由一台机器重新卷绕，检查是否有任何可能破坏电池的瑕疵。摄影师：Emily Najera/Bloomberg与此同时，阴极在很大程度上决定了电池的性能、成本和环境足迹。为了得到最终黑色阴极粉的正确配方，需要与每个将购买它的制造商进行多年的合作。样品必须经过多轮测试和资格认证，然后才能投入汽车使用。在Redwood，阴极工厂的工人必须穿戴完全密封的服装，包括带有呼吸管和两副手套的头盔，以确保袖口处有完美的屏障。

小心准备的锂、镍、钴和铝的混合物被放在陶瓷托盘中，慢慢地穿过一个加热到一千多摄氏度的长窑炉。结果：黑金，内华达阴极。照片由Redwood Materials提供阴极性能至关重要，一旦产品获得主要电池制造商的批准使用，商业关系往往是永久的。“这几乎是高风险、高回报的定义，”彭博新能源财经分析师安迪·利奇说。

Redwood的资格工作已经进行多年。它在2022年签署了一项供货协议，为正在堪萨斯城建设的松下新工厂提供供货，并为丰田即将建设的北卡罗来纳州电池工厂提供另一份协议。

Redwood在三月投入使用的阴极生产线每年只能生产50兆瓦的阴极。其主要目的是在Redwood明年底启动巨大的20吉瓦时版本之前，与客户进行额外的测试。

Redwood的回收能力令人印象深刻，但远远不足以打破美国对亚洲供应商的依赖。该公司每年处理废料的速度几乎达到20吉瓦时（GWh），相当于约二十五万辆长续航里程的电动汽车。这比Redwood和外部分析师预计的美国至少还需要一两年才能获得的电池回收量要多。斯特劳贝尔将加速的时间表归因于意想不到的电动汽车召回和新电池工厂产生的高于预期的废料数量。

换句话说：全新的工厂会犯很多错误。BNEF的利奇表示，Redwood的数据让他重新审视了自己的模型，这些模型假设大约15%的工厂产出最终会被回收利用。但在美国，由于许多工厂同时投产，这种废料率可能高达25%，他说。

废物转换为能量：美国电池回收年增长率平均为30%

可用于工厂废料和电池退役的材料

来源：彭博新能源财经

注：不包括消费电子电池

电池材料的竞争将会激烈。尽管拜登政府提供了数十亿美元的电动汽车制造激励措施，但中国仍然超过美国的电池生产，向全球市场大量供应廉价产品。在多年的需求超过供应之后，电池和材料出现了全球性过剩，使得新进入者难以生存。锂价格从2022年11月的高点暴跌了超过75%。

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Redwood的一些竞争对手已经受到了打击，尤其是多伦多的Li-Cycle公司，该公司宣布计划在三月份裁员17%，因为它缩减了扩张计划。全球最大的锂生产商Albemarle公司表示价格不可持续，并停止了南卡罗来纳州一座能够处理回收黑色物质的精炼厂的开发。

与此同时，来自马萨诸塞州初创公司Ascend Elements、韩国电池制造商LG Chem和特斯拉的建设新的美国阴极工厂的雄心勃勃的计划将需要数年时间才能完全实现。“中国在认真优先发展电动汽车方面已经有了10年的时间，所以他们领先一步，” 能源智库RMI的美国项目经理拉克兰·凯瑞说。“要赶上他们还有很长的路要走，而且可能会遇到很多阻碍。”

但是，让斯特劳贝尔掌舵红木公司对于想要今天就冒险的投资者来说是一个卖点。他是特斯拉电池战略的策划者，他在硅谷到华尔街的关系帮助公司筹集了20亿美元的私人资金，并获得了美国能源部承诺的20亿美元贷款，一旦达到一定的里程碑就可以动用。

美国只有一个回收站是不够建立电动汽车制造基地的，斯特劳贝尔也承认了这一现实以及前方艰巨的挑战。

“事实就是，这是一件非常困难的事情，”他说。“对我来说，令人震惊的是，现在或正在建设的电池容量有多大，然而其供应链100%依赖进口。”

在一个常常感觉被脚手架拼凑在一起的城市里，被称为合金区块的开发项目——位于布鲁克林市中心繁华街道上，对面是布鲁克林音乐学院的红银色标志——长期来看就像是另一个建筑工地。

但是，该项目的第一阶段有着独特之处，一个在今年春季开放的44层高楼。在周围大多数依赖天然气和石油能源的建筑物中，505 State Street是纽约第一座全电动摩天大楼。

像这样的节能建筑对城市推动到2050年将温室气体排放量削减80%至2019年水平至关重要。在全国范围内，最大的单一排放源是交通，主要由低载客量的汽车和卡车主导。但在纽约，大多数人使用公共交通而不是驾驶汽车。这意味着建筑“绝对是该市气候污染最大的源头”，城市绿色委员会的研究与政策高级主任克里斯托弗·哈夫纳特说，该非营利组织专注于建筑节能。根据哈夫纳特的说法，纽约市40%的排放来自燃气和燃油炉具以及热水器。

为了试图缩小这一数字，市议会在2021年通过了一项法律禁止新建筑燃烧排放一定量二氧化碳的燃料。这些规定今年开始适用于大多数高度不超过七层的新建筑。但对于高楼，这些规定直到2027年中期才会生效。开发商兼建筑师合金发展公司正是在提前行动。

这并不总是计划中的。

当合金公司2019年首次构想这个项目时，“最初的设想是基础建筑采用燃气供暖，也许灶具会使用燃气，”该公司总裁AJ皮雷斯在今年冬天的一个刮风的日子里在工地上说道。

AJ Pires，Alloy Development总裁，在505 State Street塔楼施工中拍摄合影。摄影师：Bloomberg Green的Bryan Anselm但发生了两件事。首先，国家电网停止了布鲁克林的新燃气连接。这是公用事业公司与州监管机构之间关于一个价值十亿美元的天然气管道的对峙的一部分；公用事业公司希望获得批准，但监管机构阻止了一项关键许可证，理由是水质问题。

与此同时，纽约市议会通过了97号地方法规，要求到2030年，相对于2005年的排放量，某些建筑物的温室气体排放量减少40%。

尽管该法律缺乏明确的指导，但燃气连接问题和即将出台的法规的双重打击导致Pires和他的同事们打赌，认为城市会随着时间推移激励电气化，或者“惩罚任何使用碳基燃料的东西，”他说。“结果证明这是正确的。”因此，他们决定采用电力。

505 State Street地下室的电锅炉内部。摄影师：Bloomberg Green的Bryan Anselm当团队成员询问如果没有燃气，这个综合体会是什么样子时，答案相当明了。“电锅炉代替了燃气锅炉；电磁炉代替了燃气灶具。就是这样，”Pires说，并指出他们不得不修改电气室的设计，以便容纳更高的电流，因为需要更多的电力来满足更大的电力负荷。

幸运的是，合金已经有设计节能建筑的经验，比如约翰街一号，这是布鲁克林达姆博社区的一座混合用途住宅和商业开发项目，因其高度可持续性而获得了纽约美国建筑师协会奖。他们已经设计了合金区块的五个建筑结构，采用紧凑的建筑外壳来减少供暖和制冷所需的能源。

更大的困难在于说服学校建筑管理部门。该项目地点包括哈利勒·吉布兰国际学院的现址，这是美国第一所英语-阿拉伯语公立学校。该建筑是由1873年至1889年间建造的几座建筑结构组合而成。“但显然，它们对今天的高中来说效率低下，”教育建设基金首席执行官詹妮弗·马尔多纳多说。ECF通过公私合作伙伴关系在纽约州各地建造公立学校。

哈利勒·吉布兰国际学院的新校舍正在按照超高效的被动房标准建造。摄影师：Bryan Anselm for Bloomberg Green合金发展公司的计划包括翻新旧校舍供社区和公寓居民使用，并将哈利勒·吉布兰搬到新建筑中心，与一个新的500座小学（P.S. 456）一起。该建筑将符合被动房标准——一种设计方法，结构紧凑，需要极少的能源来保持舒适的室内温度。

“我们宣布这将是一座Passive House学校建筑，以此为学校建设管理局测试新建学校方式设立了一个试点，” Pires说道。而教育建设基金会负责监督学校的建设，一旦建成，学校建设管理局将接管该物业并负责维护和保养。在整个城市，学校建设管理局维护着超过1,400座建筑，为110万名学生提供服务。它是该市最大的建筑商之一，因此是帮助该市降低建筑排放的关键部分。但由于它为一个特定人群提供服务 — 青少年 — 它也有特定和严格的要求。

“有一些小事情，比如栏杆的放置位置，入口位置，安全摄像头的摆放位置，” Maldonado说道，指出为年幼孩子建造的学校会将栏杆和马桶放置在比为青少年建造的学校更低的高度。由于这是布鲁克林繁忙的地区，要求窗户必须是三层玻璃，以隔离室外噪音。

主要挑战是将Passive House关于供暖和制冷的要求与SCA关于通风、制冷和空气系统的规定融合在一起。工程师、建筑师和施工经理合作协调，使它们同步，Maldonado说：“就新建筑而言，这可能是一个未来的模型。”

像505 State Street一样，新的学校建筑将标志着一个首次 — 这将是该市第一座Passive House公立学校。它将于9月向学生开放。与此同时，住宅塔楼的租户于4月5日开始搬入。市场租金从$3,475 起，一室公寓到三卧室公寓的租金为$11,200，尽管440个单位中有45个被划为经济适用房。

一间模型公寓505 State Street的生活空间。摄影师：Bloomberg Green的Bryan AnselmPires展示的模型单元看起来像新豪华建筑中的任何一间公寓，配有时尚、现代的装置和三层玻璃的高窗户，旨在既减轻户外城市景观的噪音，又保持舒适的室内温度。玻璃灶具是感应式的，一些厨师认为它比燃气灶更具响应性。每个单元都配备了Ecobee智能恒温器，不仅让居民可以安排何时开启和关闭供暖和制冷，还可以感知公寓是否无人居住并恢复到更低的能源设置。

公寓配备了电器设备，包括感应式灶具和智能恒温器。摄影师：Bloomberg Green的Bryan Anselm但建筑的许多运作方式都超出了租户的视野。

供暖和制冷采用所谓的水源热泵系统运作。“这意味着有一圈冷水和一圈热水流向公寓中的单元，然后吹过这些圈，加热和冷却空间，” Pires说道。水循环回收了大部分用于加热和制冷的能量，减少了锅炉的工作量，从而最大限度地提高了效率。

当艾洛伊开发公司的资产经理安德鲁·格雷厄姆（Andrew Graham）带领我们走下地下室时，令人惊讶的是，那里异常干净，没有通常伴随着燃气锅炉的气味。505 State Street拥有一台电阻锅炉。皮雷斯指出，该建筑确实有一个例外，即备用燃气发电机，以防紧急情况发生，据皮雷斯称这是建筑法规的要求。

505 State Street地下室锅炉房内的管道和电线。摄影师：Bryan Anselm，彭博绿色备用发电机将在建筑停电时启动，以确保电梯和消防通道的灯光正常工作。“它不是建筑的日常运营的一部分。它没有被使用。但如果发生停电，它确实提供了生命安全服务，” 皮雷斯说。

关于电气化建筑的一个常见担忧是成本，无论是对开发商还是租户而言。哈夫纳特指出，最近的研究表明，对于开发商来说，在纽约市进行全电气新建筑“与非全电气建筑基本成本中性”。

对于租户来说，情况更为复杂。许多纽约公寓楼集中控制供暖和制冷，并将成本纳入租金中，而不是给租户提供单独的账单。这并非没有缺点 —— 无法调低供暖温度，纽约人经常在冬天敞开窗户 —— 但这也意味着成本是一致的。合金区的租户将能够自行控制供暖，但他们也必须自己支付供暖费用。

皮雷斯承认，作为房东的合金公司在建筑物完全运营之前不会真正了解能源成本与传统供暖和制冷的相对关系。“当我们打开并使用它时，我很好奇我的电费会是什么样子，”他说。

随着城市中越来越多的新建筑物采用电力，城市绿色理事会的哈夫纳特表示，“需要做一些工作，以确保这种过渡是公平的，并确保居民不支付不应付的公用事业账单的部分。”

技术的快速变化可能会在项目的后期阶段实现更大的效率提升。虽然505 State Street依赖电阻锅炉，但第二座住宅塔楼将采用更新的技术。“我们现在正在设计第二座建筑，有空气源热泵可以产生足够的热水，这在五年前设计505 State Street时是不可用的，”皮雷斯说。热泵比电阻锅炉更节能。

在支持电气化方面，合金发展与房地产和建筑行业中其他一些人形成鲜明对比，后者抵制了纽约的绿色建筑推动。2022年，两家皇后区合作社和一家拥有曼哈顿一栋建筑的有限责任公司在纽约最高法院提起诉讼，试图推翻97号地方法律。那个案件在2024年被驳回。与此同时，该州的全电建筑法与纽约市法律相同，但采用了稍长一点的时间表，正在被联邦地方法院挑战。石油公司、贸易协会和那些依赖燃气器具和系统的成员谋生的工会于2023年10月提起诉讼。

从皮雷斯的角度来看，这就是潮流的方向，他和他的同事们只是早早地到达了那里。在参与505 State Street项目的工程师中，他说：“如果你现在问他们在任何多户住宅建筑上做什么，他们都是全电动的 — 全部都是。能够利用这个项目来推广这种未来类型真是太棒了。”