（１３）ＥＶ真的對環境比較友善嗎？以電池壽命週期的觀點來思考其二氧化碳的排放量
前一篇介紹過了如何評價對環境影響的指標之一的「ＬＣＡ（Life Cycle Assessment）」。
那麼這種「Life Cycle Assessment」，其對於環境影響的定量評價方式其內容到底為何？
也許你會聽過有人提出「ＥＶ（電動車）在行駛時其二氧化碳的排放量是零沒錯，但在製造時，特別是電池的製造中會排出更多的二氧化碳，未必就真的對環境造成之負擔比較低」的意見。
為了要以ＬＣＡ來評價至今為止備受注目的地球暖化或是零碳排放問題，就必須要考慮「以產品的生命週期來檢討二氧化碳排放量」，也就是「ＬＣ－ＣＯ２」才行。因此本篇就來整理一下電池的ＬＣ－ＣＯ２中需要注意的重點。
製造鋰離子電池時會產生的二氧化碳排放量
一般的鋰離子電池的製造程序大致如下圖所示：
＊出處：技術研究公會鋰離子電池材料評價研究中心（LIBTEC）
根據以上的流程，可以將此製造過程整理成以下文字：
將電池原料混合成被稱為「漿體（Slurry）」的合材塗料，再將之塗佈於金屬箔片上、乾燥，然後經過冷壓（利用捲繞沖壓機來調整電極合劑部分的厚度）、裁切分條（利用捲繞切斷裝置進行切斷加工），就完成了電極的製作。然後將電極、隔絕片與電解液一起裝入電池殼體密封後，就組成了電池組（Cell）。
這次是將捲繞體（正極／負極／隔絕片捲繞重疊的捲繞形狀構造體）封入疊層膜（容器）的「疊層電池組」作為例子來說明。使用的容器殼體材質的形狀或種類有各種不同的差異，甚至也不一定是做成捲繞體而是做成積層體（將電極片切成葉狀，並在其間加入隔絕片堆疊成三明治的構造），而讓電池組的樣貌多少有些不同，對於製造流程而言大致都是一樣的。
當組成電池組的形式之後，還要經過經時（Aging）處理（藉由初期充放電或加溫來讓成品活性化）而使其充分具備電池功能的狀態，再做完各項產品出貨檢查、確認沒有異常之後，才算是真正完成鋰離子電池的生產。
這一連串製造程序所產生的二氧化碳排放量，與作為其生產能源的電量以及電源系統構成有很大的關係。
好比說，在電極的乾燥工程中，需要讓乾燥機作動起來的能源消耗量非常之大，就結果而言其二氧化碳排放量也有變得很大的傾向。鋰離子電池在特性上，為了避免水分跑入電池之內，有很多工作程序必須要在乾燥的環境中進行，也就是說因為得在乾燥室中製作，而形成消耗能很大的原因之一。此外組裝完的電池需要進行經時處理、或在出貨檢查項目中要做充放電測試的關係，越是大量生產大容量的電池，就越會增加整體流程消耗的能量。
二氧化碳排放量的計算中，需要考慮的點不僅僅是電池本身的製造程序而已，還包含了電池原料的製造階段。
在電極上使用的「活性化物質」大多必須要在正極或負極的製造過程中歷經１０００度Ｃ以上的高溫燒結處理，當然也會與增加二氧化碳排放量增加有關。而在金屬箔片或是電池殼體中使用的鋁合金在精煉時消耗的電力也很大，號稱是「用電力堆積起來的物質」。
該如何降低製造電池所產生的二氧化碳排放量
想要降低電池製造時所產生的二氧化碳排放量的手段，大致可以分為兩種。
第一個是「製造程序的改良」。如前所述，製造程序中的二氧化碳排放量與作為生產能源的電力有很大的關係。所以藉由改良製造程序來降低電量消耗量與抑制二氧化碳排放量有絕對的關係。
在正極漿體（電極合材塗料）中，會使用到所謂ＮＭＰ的有機溶劑。ＮＭＰ的沸點高達２００度Ｃ，這必須在乾燥爐中才能揮發掉，因而成為了電極乾燥程序消耗電力變大的重要原因之一。如果能把正極漿體中使用的ＮＭＰ置換成水的話，可以預期一定會降低二氧化碳排放量與對環境之影響。此外，原本就可以將漿體中使用的溶劑量盡可能降到最低，而使得乾燥程序本身變得簡潔，而達到降低碳排放的目的。
在２０２０年９月召開的特斯拉電池開發進度報告活動「電池日」中，也有說明簡化電極乾燥程序的「乾式電極製造法」的開發進度，就是這個道理。
第二個則是「導入再生能源」。遇到一連串的製造程序中不可避免會消耗很多能源的場面時，就有必要改變供給電源的系統構成。
好比說，瑞典有個製造電池的新創企業「諾斯伏特（Northvolt）」，就是揭示了盡可能最大利用再生能源、「製造出低排放的綠色電池」為第一要務的目標。而中國的電池製造大廠寧德時代也在２０２２年３月發表了要投入相當於９４００億日圓的經費來建立「零碳排放電池工廠」的公告。
而日本Carlit公司的群馬工廠就是自己擁有水力發電所的「１００％再生能源工廠」。而其電池試驗所就位於這個群馬工廠的佔地之內，進行電池充放電試驗時需要的電力，完全就是從再生能源而來。
以上就是關於鋰離子電池在製造過程中可能產生的二氧化碳排放量的解說。再三強調一次，利用ＬＣＡ（產品壽命週期評價）來評估的二氧化碳排放量是「整個產品壽命週期中的總排放量」。因此不僅是電池的製造階段而已，產品怎麼實際使用電池，最後會以怎樣的方法來廢棄電池的各個過程中的碳排放量也必須要加入考慮才行。
電池的產品壽命週期評價還在持續發展中
為了抑制產品壽命週期整體的二氧化碳排放量，使用產品時替電池充電相當於電源構成系統，也必須檢討「回收使用」、「重複使用」等等有效活用電池資源的方法。
特別是電池回收相關的ＬＣＡ研究或是碳排放量的資料取得，也因為先進的回收程序本身也還是在開發中，放眼全世界也是進展不大的狀態。
這裡所謂的資源有效活用，其意義就是要進行有益回收程序，但現在一般的回收程序中因為還包含著要在高溫下進行燒卻處理，也有著此一活動對於降低碳排放量關係並不大的報告。回收程序作為一種事業而言必須要有永續性，因此除了盡量降低二氧化碳的排放量以外，也必須要追求盡可能使用低成本且能低溫處理的手法。
此外，如前所述，製造電池原料時的燒結、精煉等等程序也會使得二氧化碳的排放量很大，所以除了透過回收的原料資源來重製電池原料以外，更加要推展可以直接讓電池使用回收原始狀態作為原料來製造的「直接回收使用」的手法。
「二氧化碳排放量」不過只是ＬＣＡ的要素之一
如前篇介紹過的一樣，「在產品生命週期中思考的二氧化碳排放量」，不過就是以ＬＣＡ的方式來進行影響地球暖化問題的一種評價方式。
在電池中，使用了不少稀有金屬作為原料，因此電池的製造量越多，稀有資源的消耗量也就越大。如前述介紹的電極乾燥工程介紹過的ＮＭＰ，其具有生態毒性是已知的副作用，因此在電極乾燥時揮發的ＮＭＰ並不是直接從製造設備中排放到大氣中，一般來說是使用大量的水來吸收回收的方式處理。
目前「零排放」的議論雖然備受注目，但除了使用ＬＣＡ來評價的項目以外，不能忘記其他的項目也必須考慮進去，來進行對環境影響之整合性解釋，這是非常重要之事。
＝＝＝
沒有留言:
張貼留言