鋰電池需求高漲紐西蘭新創從廢木屑提煉關鍵原料石墨

2024年03月07日

轉載自關鍵評論網；文：張瑞邦（Tucker Chang）

國際社會為實現綠色能源發展及2050年淨零轉型目標，日趨重視電動車（EVs）產業的發展。眾多國家及業界為此積極開採、取得金屬元素「鋰」（lithium）以作為電動車可充電鋰離子電池（lithium-ion batteries）的重要原料。

然而，另一種構成鋰離子電池的重要材料石墨（Graphite），由於主要生產國中國實施出口管制而造成全球石墨短缺風險。美國及歐洲諸國亦意識到，其在石墨等電動車所需原料的供給上過度依賴中國，因此西方世界亟欲建構自身的電動車供應鏈以及研發替代性負極原料來取代傳統石墨，同時降低對中國石墨的仰賴。

美國能源科技媒體《Clean Technica》指出，中國開採全球約60％的天然石墨以及生產69％的合成石墨（Synthetic Graphite），而全世界幾乎所有用於鋰離子電池的純石墨是由中國精煉而成。該現況讓多數國家意識到，若無法有效獲得該重要原料，將對國家的淨零排放目標及電動車產業利益帶來嚴峻考驗。

為解決當前困境，紐西蘭新創公司CarbonScape著手研發新型的負極材料技術，欲將木屑等林業廢棄物提煉成「生物石墨」（Biographite），以此作為中國石墨的替代原料。

為減少對中國石墨的依賴，新創公司CarbonScape研發木質廢料轉化成石墨。圖片來源：Oscar Castaño Chavez/Pixabay

CarbonScape如何把木質廢料轉化成石墨？

根據《華爾街日報》（The Wall Street Journal）報導，CarbonScape新創團隊採用熱裂解（Pyrolysis）技術來製成生質燃料。木屑在熱裂解的過程中會形成生物炭（Biochar），這類富含碳的材料在加工後能轉化為原始型態的石墨。研製團隊隨後只要將石墨進行塗層及純化，便可獲得構成鋰離子電池負極所需的高純度石墨。

該新創公司創辦人威廉斯（Ivan Williams）對此表示，其團隊現階段能用7噸的乾木屑生產出1噸重的人造石墨。由於在伐木的過程中會產生大量的疏伐木及枝梢廢材，這些木材便能成為CarbonScape生產石墨的重要材料來源。

「木材切削時亦會產生數量可觀的木質碎片，這些林業廢棄物主要用於製漿造紙，目前也應用在生質能發電，但林木廢棄物其實也可以更廣泛的使用在電動車產業，畢竟這類原料的供應幾乎可被視作取之不盡的永續資源。」威廉斯如此強調。

威廉斯亦表明，CarbonScape自2016年以來便長期鑽研該技術，在不斷嘗試及精進的過程中已能生產出高純度的人造石墨，同時在製成電動車所需的負極材料後，其品質亦獲得日本TDK株式會社（TDK Corporation）旗下子公司Amperex Technology等鋰離子電池製造商的認可及投資。

木屑製成的鋰電池原料能帶來哪些潛在好處？

據CarbonScape官方說法指出，木材廢料所製成的石墨負極材料相較於其他木製產品能更長久的儲存二氧化碳，達成更穩定的碳封存的效果。由於該技術採用的原料為林木廢材，通常不需從他國進口便能於在地進行熱裂解，因此能有效實現鋰離子電池供應鏈的脫碳（Decarbonization）願景。

Amperex Technology副總經理拉姆（Joe Kit Chu Lam）認為，CarbonScape所煉製的生物石墨其最大優勢並非為提升鋰離子電池的性能，而是能有效減少碳足跡（Carbon Footprint）。

澳洲聯邦科學與工業研究組織（以下簡稱CSIRO）提及，傳統由化石燃料（Fossil Fuel）製成的石墨在加工過程中需耗費大量能源，同時也需在攝氏約3000度的高溫環境中才能達到熱化作用，當中不僅會排放大量溫室氣體，亦將產生危害人體的懸浮微粒（Particulates）。CarbonScape對此相信，自家公司的生物石墨技術相比於傳統石墨的生成過程，能大幅減少碳排，就算在最差的情況下也能維持在碳中和（Carbon neutrality）的水準。

石墨是鋰電池的重要原料，但全世界幾乎所有用於鋰離子電池的純石墨都由中國精煉。圖片來源：Daniel Schwen（CC BY-SA 2.5）

CarbonScape創辦人威廉斯另闡明，CarbonScape的生物石墨技術在成本上比化石燃料製成的石墨更具競爭力，且用木屑當作原料在加工過程中也不會產生傳統製成中的極端高溫。製造進程更僅需要數小時而非數週。不過針對上述說法，威廉斯並沒有提出任何數據或研究作為佐證。

是否有專家對CarbonScape的石墨技術提出質疑？

CSIRO首席科學家貝斯特（Adam Best）在接受《華爾街日報》專訪時認為，以林木廢棄物等生物質（Biomass）製造石墨並不符合成本效益，尤其CarbonScape的木屑轉換石墨技術需要使用大量廢木材，亦可能無法滿足迅速增長的電動車需求，反倒是從廢棄的鋰離子電池中回收石墨較符合成本考量。

《華爾街日報》表示，以生物質製成的再生能源雖能增進廢棄物的循環利用，但也有不少批評者抨擊CarbonScape的石墨技術可能無形中加劇林木的砍伐量，同時相關人士亦質疑CarbonScape是否真的能在製成石墨的過程中有效減少碳排。

面對外界質疑，威廉斯強調CarbonScape會做好木廢材來源的把關，絕對不會為滿足石墨產量而砍伐更多林木，同時也希望質疑者能給CarbonScape更多時間優化該項技術。「就像每一項新技術一樣，我們需要充足的時間開發以及進行調整，最後才能完善技術使業界放心。」威廉斯這般提及。

《Clean Technica》透露，雖然各界質疑聲浪不斷，但CarbonScape仍於近期獲得北歐紙漿暨生化材料製造公司「斯道拉恩索」（Stora Enso Oyj）的投資，後者已向CarbonScape挹注資金約1800萬美元（約新台幣5.59億元），並持有CarbonScape超過15％的股份。據悉，斯道拉恩索目前另為CarbonScape提供林業廢棄物供應線，以此讓該新創公司能於其位在紐西蘭的石墨加工廠進行測試。

威廉斯相信，斯道拉恩索對其公司的投資意味著業界對於永續電池原料以及全球淨零碳排的重視程度不斷提升。「為有效降低運輸碳排以及滿足供應鏈在地化，我們也會盡快做好旗下加工廠的選址。目前會考慮歐洲、美國東南部各州等擁有大片林地及電價相對較低的地區。」威廉斯補充表示。

對於林業廢棄物是否真的能有效轉化為石墨，《Clean Technica》提出觀點認為，各界暫時不會知道該技術能否帶來變革，也不清楚產品在製造過程中有無具備成本效益，但若其有機會打破各國長期依賴中國石墨的格局，便是值得追求及發展的技術，如同再生能源諮詢公司Wood Mackenzie資深分析師威洛比（James Willoughby）所述：「由生物質製成的石墨，無疑為鋰離子電池原料的供應開創出一條充滿趣味及前景的道路。」

※ 本文經授權轉載自《關鍵評論網》，原文標題〈紐西蘭新創公司研發「廢木屑提煉石墨」，盼成鋰電池替代原料降低對中國依賴〉。不適用CC共創授權條款。