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爭搶車用電池資源的全球大戰，即將展開／Philippe Chain
閱讀時間約 11 分鐘
為了擺脫對亞洲的依賴，歐洲即將出現多座大量生產車用電池的巨大工廠。那麼，未來的全球電池供應、產業鏈的移動、以及原料的流向，又會如何影響電動車的未來？
Philippe Chain
全球知名的電動車專家，有超過30年產業經驗；曾任雷諾汽車（Renault）首席工程師、以及Tesla Model S品保副總裁，亦曾任職於Audi與Faraday Future，並協助多家車廠與政府跨足電動車產業。
穩定的電池供應來源，一直都是各家車廠最大的罩門。為了克服這個問題、並且讓大眾更願意接受電動車，車廠的背後必須有規模龐大、資本額高達數十億美元的電池大廠來支撐。
截至目前為止，電動車的銷售數量約佔所有新車的4%左右；而業界預測的數字則是
- 2023年：10%
- 2030年：28%-30%
- 2040年：58%-60%
雖然在不同地區的電動車成長速度可能有所差異，但預期歐洲和中國應該會是最快的地方；其中，中國的推動因素在於嚴重的空氣汙染問題，而在歐洲則是來自法規和輿論壓力。
至於美國，電動車比例的起步速度可能稍慢，但之後就會急起直追。以下就是Bloomberg網站新能源財經（New Energy Finance）提供的一些數字；電動車數量是「純電動車」（EV）與「插電式油電車」（plug-in EV）的合計：
隨著電動車越賣越多，車廠對電池的需求量也越來越大。要滿足全世界到2030年高達1,800 GWh容量、比目前高出14倍的年度電池需求，整個產業都需要做很大幅度的改變。
如果用目前Tesla車廠位於美國內華達州的電池廠來作為基準，屆時將會需要多達40到60座這樣的生產設施。
如此劇烈的需求變動，將會帶來兩個問題：
- 全球電池生產中心的集中化；
- 對於關鍵礦產的爭奪。
目前中國是贏家
大致上來說，業界預估到了2030年，有72%的EV銷售會集中在中國與歐洲；同時並將有115座量產工廠、其中88座位於中國。
對於這個可能的趨勢，研究機構Benchmark Mineral Intelligence已經發出了警訊：
在中國市場持續成長的同時，歐洲汽車產業對於高品質電池供應不足，使得迅速增加的EV需求遭遇障礙，也感到十分關切。
從複雜性和規模的角度來看，生產「EV用電池」和生產「EV電動馬達」完全是兩回事。任何一家電動車廠幾乎都有能力自行生產不錯的馬達，但就不一定有能力生產電池了；因為，生產電池需要相當規模的專屬工廠和產線。
由Tesla創辦人Elon Musk為旗下電池工廠創造的新詞「Gigafactory」，意思就是它具備每年10億瓦時（等於100萬千瓦小時，也就是100萬度電）容量的產能，同時「Giga」也形容了這座工廠的「巨大」（gigantic）程度。
2013年，也就是Tesla推出Model S車款不到一年之後，Musk對旗下的經理人們講述了一個理論：該公司的目標是在2020年之前，每年生產50萬輛電動車；假設每輛車的電池容量是100度（KWh），那麼光是Tesla就可以吃掉全世界的電池產能。
講完之後，他問負責電池的工程師，如果Tesla想要在電池產能方面自給自足，需要蓋多大的工廠；工程師則回答：「這會需要一座『gigantic』規模的工廠」。
顯然Musk很喜歡這個字眼。在自己做過一番功課之後，他決定跟當時最大的鋰離子電池製造商松下（Panasonic）合作，耗費數十億美元建造一座有史以來最大的電池廠。
2014年，Musk告訴為他寫傳記的作者Ashlee Vance說：
競爭廠商們對我們的「巨大工廠」（Gigafactory）概念嗤之以鼻，覺得這是個很蠢的想法：因為，蓋這種工廠應該是電池公司要做的事情。
這些電池供應商我都認識，所以我知道他們不會想要投下幾十億美元，只為了蓋一座電池廠。這會變成一個雞生蛋、蛋生雞的狀況：一般車廠不知道自己能賣多少車，所以不敢採購太多的電池；反之，電池廠的想法也是一樣，所以不敢大幅擴充產能。
所以我知道，如果我們不自己蓋廠，就拿不到計畫中需要的電池數量；而且我也知道，其他人不會有膽子來幹這件事。
即使有其他人願意蓋類似的巨大工廠，我相信也不會在六年內發生。
那些大車廠都很被動，都想看到別人怎麼先做出東西，然後自己才會跟進；所以就這點看來，恐怕七年之內都不會有。
不過，我希望自己的這個猜測是錯的。
對於業界跟進蓋巨大工廠這件事，Musk倒是有點猜錯了。在他上述的預測六年之後，包括韓國的樂金（LG Chem）、中國的寧德時代（CATL）與比亞迪（BYD）、以及日本的Panasonic，都已經有了規模足以跟Tesla匹敵的電池廠。
關於電池組的尺寸，Musk的預測也有一點誤差：目前Tesla車上用的電池容量，平均是在60度左右；雖然Cybertruck卡車的電池容量可能高達250度，不過目前這也還只是個特例。
不過，其他的部份他都說對了。Gigafactory的建立，確保了Tesla車用電池的自給自足，也大致推動了年產50萬輛車的目標。Gigafactory的年產能預計可以達到540億度（54 GWh），相當於每天生產出800萬個電池芯。
說到Tesla位於美國內華達州的這第一家Gigafactory，規模還真的是很大：廠房延伸長達500公尺，面積超過20萬平方公尺。這個尺寸讓它成為全世界最大的單一屋頂建築，僅次於一些飛機公司的組裝廠房。
從亞洲到歐洲
目前，全球車用電池的產能有高達70%的比例集中在亞洲。如下圖所示：
不過，很快即將在歐洲出現的電池工廠，將會改變這個現況。在北歐，一家叫做Northvolt的瑞典公司將會建造一家大廠，提供電池給福斯（Volkswagen）和BMW等歐洲車廠。
此外，2025年也會有另外一座工廠在德國成立。而中國的CATL甚至還打算也在德國蓋一座年產能高達100 GWh的龐大設施。
根據下圖資料顯示，歐洲各國在2029年之前將會建造若干座Gigafactory等級的電池廠：
在上述的這總共14座歐洲工廠中，分別位於德國、匈牙利、以及波蘭的10座會耗用排碳量較高的電力能源；而擁有多達58座核能電廠、有88%發電量屬於低排碳的法國，則只有一座工廠在計畫之中。
如果要花幾十億歐元來蓋工廠，那麼工業基礎紮實的德國應該是最有看頭的；而說來難堪（譯按：本文共同作者為法國出身），法國近年來的社會階層衝突，則可能會嚇跑許多投資人。
除非法國的這個狀況有所改變，否則可能會導致嚴重的後果：未來數年，跟內燃機和動力系統相關的車輛產業將會日漸萎縮，導致成千上萬的工作機會消失；而這樣的趨勢，最好是能由電能產業相關的新職位來彌補。
不過值得一提的是，法國的ACC公司（Automotive Cell Company）是由傳統電池廠Saft（目前隸屬Total石油公司）與PSA汽車集團投資各半成立的企業；該公司預定在法國北部建立第一座電池廠、並在德國建立第二座。同時，法國政府也要求雷諾汽車（Renault）必須加入這個計畫。
大規模量產電池，其實必須耗用相當多的電力。透過以下的這些數字，就大概可以有些概念：要生產1度電容量的電池，大約需要使用60度的電力；也就是說，工廠一年要生產45 GWh容量的電池，則會消耗高達2.7 TWh（Terawatt-hours，TWh為GWh的1,000倍），相當於1/4座1300MW核能電廠的發電量！
也就是說，仔細評估、並且盡量減少生產用電對環境的影響，也必須是每一座Gigafactory建廠規劃的一部分。以Tesla的美國內華達工廠而言，Elon Musk的規劃是透過太陽能板與風扇渦輪發電、並且利用沙漠溫差來為建築和設備進行空調，以期盡量達成「零排碳」的目標。
不過，大多數的歐洲Gigafactory就可能沒有那麼「綠能」了。雖然歐洲人已經開始大量購買似乎比較環保的電動車，但卻大量建造使用高污染能源的電池工廠，這一點實在很矛盾，也抵消了一部分電動車對低污染的貢獻。
以負責態度使用地球資源
在談這個主題之前，讓我們先來複習一下電池芯的製造程序。每一顆電池芯，都是由多種材料包捲而成，然後再加上比一般乾電池稍大的外殼：
這些做好的電池芯，則會排列放置在堅固的鋁合金外箱之中；之後通常安裝在車輛底盤上，以降低全車重心。在不同的車款上，Tesla會使用包含4,000至7,000個電池芯的電池，重量則在300到500公斤之間。
其他車廠也會使用不同類型的電池芯，例如方柱式、或是袋狀的款式；但是這些電池的尺寸都會明顯比Tesla的更大，所以電池箱中只有幾百個電池芯，而不是Tesla的上千個。不過整體來說，各家的電池組尺寸都大同小異。
從上面提到的電池材料層次來看，就可以知道其中使用了一些關鍵材料。如澳洲雪梨大學這篇研究報告的圖表中所示：
目前電池中最主要的材料是鋰元素，地球上尚未開採的蘊藏量還相當多；不過其他用得到的元素就不一定了，無論開採、或是精煉都不見得容易。以鈷元素為例，非洲的剛果共和國是最大的產地，但最大的精煉廠則在中國。
中國憑藉著充沛的天然資源與工業能力，目前在電池生產方面有著舉足輕重的地位。從下面這張「加工流向圖」來看，就可以發現各種材料的最後集中地都是中國：
然而，隨著最近的疫情和世界局勢變化，各國都逐漸降低關鍵產品對中國的依賴。而最近這段時間的狀況，其實有點像是1970年代的石油危機；當時大量消耗石油、因而必須依賴中東產油國的西方社會，同樣也必須承擔原油禁運、價格飛漲的結果。
除了供應鏈的不確定性之外，各國也都必須面對開採稀土礦物所衍生的亂象；無論在非洲、中南美洲、或是東南亞，都有相關的違反人權和嚴重污染情形。所以，往後電能產業的發展，也必須把這些供應鏈問題認真考慮在內。
最後，讓我們來看看另一個跟電動車相關的「假議題」：回收利用。簡單的說，就電池從電動車上「退休」之後的處理問題，其實並不複雜。根據以下的表格，可以看出其中各種金屬元素的回收狀況：
資料來源：Mineral sourcing for renewable energy, UTS。
從表中我們可以看到，雖然有一部分元素的回收比例尚待努力，不過也只有少數一兩項比較落後。隨著時間和技術的演進，十年之後的回收比例將會大幅提高。
到那個時候，因為電池用量已經達到經濟規模，所以將會出現專門的大型回收機構、並普及使用水冶金（hydrometallurgy）等效率更高的再利用技術，來分離出可用的材料；而在這個過程中，各國日漸嚴格的環保法規也是幕後推手之一。
結語
在不久的將來，政治因素和大眾的環保意識將不再是經濟發展的障礙，而是發展的重要基礎。在十年之內，拜電池技術的進步、以及綠各種能發電方式的普及，行駛壽命長達幾十萬公里、幾乎無需保養的電動車將會滿街都是。
無論從哪一種角度來看，電能化的未來都是可以樂觀預期的。
（編譯／傅瑞德）
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