ブログ

Oct 22, 2023

回復力のあるEVバッテリーバリューチェーンの構築

La transizione verso trasporti più puliti è fondamentale.

地球温暖化の課題に対処するには、よりクリーンな交通手段への移行が最も重要です。 既存の技術力と政策枠組みにより、輸送部門での電気自動車（EV）の使用が世界的にますます重視されています。 ほとんどの国は、EV の開発を促進し、消費者の受け入れを強化するためのインフラ支援を提供する政策を調整しています。 一部の先進国は、政策枠組みに耐用年数終了（EoL）電池を含めるなど、より包括的なアプローチを採用していますが、多くの国はまだ明確なガイドラインを開始していません。 EoL バッテリーのリサイクルは環境と人間の健康に利益をもたらしますが、EoL バッテリーの非科学的な管理は危険な影響を与える可能性があります。 このポリシー概要では、EV バッテリー システムの循環性を向上させるための現在の技術的および政策的機会と障壁について検討します。 概要では、この方向に向けて持続可能な世界的枠組みを開発することを推奨しています。

帰属:Perminder Jit Kaur 他、「Building a Resilient EV Battery Value Chain」、T20 ポリシー概要、2023 年 6 月。

タスクフォース 4: 成長の燃料補給: クリーン エネルギーとグリーン トランジション

気候変動への取り組みを達成するには、運輸部門の脱炭素化が不可欠です。 この任務は、G20 諸国に、新しい持続可能なモビリティ ソリューションにおける協力的な戦略単位として浮上する機会を提供します。 このグループは、電気自動車（EV）を大規模に展開する独自の立場にあり、渋滞、大気汚染、石油輸入依存を永続させる従来のモビリティモデルを飛び越え、規模の経済によってバッテリーのコストを世界のレートよりもさらに早く削減します。現在の予測ではこれが予想されています。[1]

世界中の政策立案者がリチウム電池の自国開発を推進しており、これにより原材料の需要が増加すると予想されている。 電池セル部品の製造に必要なレアアースやその他の重要な鉱物などの原材料を供給するために、過去4年ほどの間に多くの取引や協定が締結されてきました。 各国のリチウムイオン (Li-ion) 電池に必須の重要な鉱物の埋蔵量はわずかです。 多くの国では、リチウム、コバルト、ニッケルなどの一部の必須リチウムイオン成分や、導体、ケーブル、バスバーに使用される銅の埋蔵量がありません。 中国はリチウムイオン電池 (LiB) のセル部品製造において世界のリーダーであり、世界シェアは約 51% です。

リチウムイオン電池の正極材料はさまざまですが、標準的な配合にはリチウム、アルミニウム、コバルト、マンガン、ニッケルなどの鉱物が含まれ、負極はグラファイトでできています。 バッテリーをリサイクルすると、これらの金属の約 95% が生成され、新しいバッテリーの製造に再利用されます。 この点において、持続可能で回復力のあるバリューチェーンには、限られた資源の利用可能性、大規模な採掘の一次資源による環境への影響、埋め立て地に行き着く未使用のバッテリー、価格変動の中でのこれらの重要な部品の輸入依存に伴う地政学リスクなどの重要な課題に対処することが求められます。サプライチェーンの不規則性による世界市場の混乱。

一般的な「ゆりかごから墓場まで」の EV バッテリーのサプライ チェーン プロセスは、次の 4 つの段階で構成されます。 セルとバッテリーの製造、および車両の組み立てを含む生産。 消費; リサイクル、使用、最終処分。[3] EV バッテリーのバリュー チェーンは、リチウム、ニッケル、コバルト、リン、銅、黒鉛などの資源の採掘から始まり、セルの製造が続きます。 カソード、アノード、電解質、セパレーターなどのコンポーネントを組み立てて、セルやバッテリーを製造します。 セルコンポーネントの消費により効率が低下し、リサイクルと再利用の範囲が拡大します (図 1)。

図 1: EV バッテリーのライフサイクルの寸法

一般に、航続距離と性能がドライバーにとって許容できなくなった場合、バッテリーは EV での使用を中止されます。 EV バッテリーは通常、ライフサイクル全体を完了した後も 70 ～ 80% の有効エネルギーを保持し、系統接続および BTM アプリケーションに再利用されます。 二輪車や三輪車のバッテリーと比較して、自動車の EV バッテリーは、その容量により、より多くの再利用用途に対応します。 グリッド アプリケーションでの再利用は 2 ～ 5 年の範囲です。 通常、それらの性能は初期銘板容量の 70 ～ 80 パーセントを下回ると想定されており、これには科学的に設計された治療戦略が必要です [4]。

インドのリサイクルと再利用量は、2030 年に 20 GWh 以上になると予想されています。2022 年から 30 年までのインドにおけるリチウムイオン電池の累積潜在力は、すべての部門にわたって約 600 GWh (基本ケース) と推定されています。 既存のバッテリー廃棄物には計り知れない可能性があり、1 トンあたり約 4,800 ～ 5,200 米ドルの価値を生み出す可能性があることが判明しています [6]。 廃棄されたバッテリーには関連する物質的価値があり、それを回収することで有毒廃棄物から環境を守り、大きな経済価値のある貴金属資源を生み出すことができます。 これらのバッテリーの導入によるリサイクル量は、2030 年までに 128 GWh に達すると予測されており、そのうち約 59 GWh が EV セグメントからのものとなります。 リサイクル産業だけでも、2040 年までに 60 億米ドルの利益プールが創出される可能性があります。収益は 400 億米ドルを超える可能性があり、これは 2030 年の値の 3 倍に増加します。[7]

電気自動車のバッテリーリサイクル政策は進化しています。 現時点では、中国、欧州連合、韓国、インドなどのいくつかの国に限定されています。 これらのポリシーでは、バッテリー回収の目標と義務、材料回収目標、および新しいバッテリーに必須の最小リサイクル含有量が設定されています。 表 1 は、電気自動車のバッテリーリサイクル政策の概要を示しています。

表 1: EV バッテリーのリサイクルに重点を置いた政策

主な特長

– 人の健康や環境に損害を与えないように、バッテリーまたは廃バッテリーの安全な取り扱いを確保してください。

– 生産者が購入した EPR 証明書は、その責任に対して自動的に調整されます。

– バッテリーを英国市場に最初に投入するメーカーまたは輸入業者によるバッテリーの強制回収とリサイクル。

– 二輪車メーカーは、2026～27年から7年間の遵守期限付きで、2022～23年に市場で販売されたバッテリーの70％を回収することが義務付けられている。

– 拡大生産者責任により、自動車会社は使用済みバッテリーを確実に回収し、再利用、再利用、またはリサイクルすることが義務付けられています。

– 回収目標は、ポータブルバッテリーについては2023年までに45パーセント、2027年までに63パーセント、2030年までに73パーセント、LMT（軽量輸送手段）バッテリーについては2028年までに51パーセント、2031年までに61パーセントに設定されています。

– ラベルを使用して、バッテリーの特性、バッテリーパスポートを明確にし、材料サプライチェーン、バッテリーの使用、および健康状態に関する詳細情報を取得します。

– また、新しいバッテリーに含まれる必須の最小リサイクル含有量も設定します。

世界的に有名なリサイクル業者としては、Umicore (ベルギー)、Accurec (ドイツ)、SungEel (韓国)、共栄精工 (日本)、Brunp (中国) などが挙げられます [12]。

バッテリーのコンディショニングは、高いイオン伝導率またはバッテリーのリサイクルを通じて完全に放電するために実行されます。これには、アセンブリー、バッテリー制御ユニット、スタックなどのバッテリーのさまざまなコンポーネントを分解する機械的な前処理が必要です。構成部品が物理的に分離されています。 さらに、電子機器廃棄物やバッテリーから貴金属を回収するために、乾式冶金技術では廃棄物を 1200℃ の高温に加熱します。

市販のバッテリーリサイクル技術は高価であり、より環境に優しいものにする必要があります。 新しいテクノロジーは初期段階にあるため、スケールアップ調査のサポートが必要です。 バッテリー製造時のリソースの最適化に関する研究も限られています。

廃棄物の高温加熱を利用する乾式冶金技術は、最も一般的に使用されるバッテリー処理技術であり、コバルトなどの限られた材料を処理できます。 ただし、電池技術がニッケル含有量の増加とコバルト含有量の減少に移行するにつれて、リサイクル技術も方向転換する必要があります。

既存のインフラストラクチャとポリシーでは、バッテリーのバリューチェーンのメンバーは誰も、バッテリーの効率、ESG パフォーマンス、材料含有量、リサイクルまたは再利用の段階の現状を理解できません。 バリューチェーン全体におけるバッテリーの状態に関する適切なポリシーや明確なガイドラインはありません。 バッテリーにはデジタル識別子がないため、リサイクルまたは再利用能力の設計に障害が生じています。

電池の構成と技術が急速に進化するにつれて、世界的な政策レベルの課題が生じています。 中長期的に利用可能なすべての電池タイプをカバーする政策を描くことが課題になりつつあります。 多くの各国政府が収集を義務付けていますが、収集、リサイクルされた正確な電池、およびそのために採用された技術に関するデータを含める必要があります。

図 2: 技術ごとの世界のリサイクル能力のマッピング

あるいは、湿式冶金処理は、廃棄物を化学溶液に浸出させることによって行うこともできます。 溶液は貴金属を回収するための精製技術にさらされます。 従来のアプローチは十分に開発され、商業施設で利用されていますが、高価であり、環境に優しいものではありません。 キレート化技術やグリーン吸着技術などの一部の新興技術は、実験室規模またはパイロット規模でも利用可能であり、商業的に採用される前にプロセス強化研究が必要です。[14]

電池のリサイクルや資源活用の技術開発の分野では、電池メーカーによってさまざまな処理技術が単独または組み合わせて採用されています。 カナダ、中国、韓国では、機械処理に続いて湿式冶金処理が最も一般的に行われています (図 2)。 アフリカ大陸は、乾式冶金と湿式冶金の組み合わせ (48%)、乾式冶金 (38%)、機械式 (7%)、およびさまざまな機械式および湿式冶金技術 (7%) など、複数の方法に依存しています。 インドでは主に機械的および湿式冶金法が利用されています (79%)。

G20 諸国は EV の導入、バッテリー原材料、製造において支配的な地位を占めており、2021 年に世界で販売された電気自動車の総台数の 85% 以上を占めています (図 3)。 G20 諸国は電池原材料でも大きなシェアを占めています。 オーストラリアとアルゼンチンは世界のリチウム埋蔵量の約3分の2を保有しており、インドネシアには世界のニッケル埋蔵量の22パーセントがある。 中国は電池セルの世界生産で圧倒的な地位を占めており、世界の電池セル生産量の約70パーセントを占めています[17]。

図 3: 国別の EV 販売台数 (2021 年)[18]

バッテリーのリサイクルは初期段階にあり、リサイクルプロセスのコスト削減と材料回収能力の向上に関して技術面でのギャップが存在します。 バッテリーのデータ共有に関する世界的な政策に関してもギャップがあります。 バッテリーのサプライチェーンの循環性を強化し、それによってEVの普及を支援するために、リサイクル技術を改善し、バッテリーリサイクルの世界的な枠組みを構築するために、G20諸国が主導する共同調整が必要である。

二酸化炭素排出量が低く、変換効率が高い EV は、モビリティにとって避けられない媒体として、また内燃機関の代替として登場しました。 2022 年の G20 開催国であるインドネシアは、G20 参加者の送迎に 1,400 台以上の EV を採用しました [19]。 インドネシアは、EVバッテリーの重要な部品であるニッケルの世界最大の採掘国である。 インドではEV市場は初期段階にあり、2019年のEV販売台数はわずか0.1%にすぎない。インド政府は国家Eモビリティプログラムの立ち上げによりEVの範囲を拡大し、2019年までにEVシェア30%を達成することを計画している。 2030年。[20]

リチウムイオン電池だけに依存しても、鎧に亀裂が加わるだけだ。 世界的な埋蔵量の不足は、世界的なサプライチェーンの混乱が各国に影響を与え続けることを意味します。 非科学的に管理されたバッテリー廃棄物と経済的な物質的損失による経済的損失を考慮して、さまざまな政府がバッテリー廃棄物管理政策を開始し、バッテリー廃棄物の収集、保管、リサイクル、再利用をバッテリー生産者に割り当てています。

欧州委員会 (EC) は長期的な枠組みである欧州電池指令に取り組んでいます。この指令は、主要商品全体にリサイクル含有量の最低基準を義務付ける段階的なアプローチでリサイクルを積極的に奨励しています。 この規制は、新しいバッテリーの製造に一定の割合のリサイクル材料を使用することを義務付ける措置である、リサイクル含有量基準を提案しています。 これらの基準は、2030 年にコバルト 16 パーセント、リチウム 6 パーセント、ニッケル 6 パーセントで始まり、2035 年にはそれぞれ 26 パーセント、12 パーセント、15 パーセントに増加します。この法律は、コバルトの 90 パーセントを回収することを目標としています。 2025 年までに銅、鉛、ニッケル、およびリチウムの 35 パーセントが電池から生成されます。これらの数字は 2030 年までに 95 パーセント、70 パーセントに増加します。この法律は、新しい電池メーカーに対して一定の割合のリサイクル材料を使用することを提案しています。 製造および消費者の廃棄物から回収される最低レベルのコバルト (16 パーセント)、鉛 (85 パーセント)、リチウム (6 パーセント)、およびニッケル (6 パーセント) は、新しい電池に再利用されなければなりません [21]。

英国政府は、2050 年までにネットゼロの期限を守ることを約束しており、2040 年までに完全に EV ベースの車両に移行する予定です (運輸省、2018 年)。 政府の 2009 年廃電池および蓄電池規制 (改正) では、電池の回収とリサイクルが義務付けられています。 この規則は、バッテリーや蓄電池の熱分解や埋め立ても禁止しています。[22]S同様に、韓国では環境省によって、有毒物質が環境に直接廃棄されることを防ぐことに重点を置いて廃棄物収集センターが設置されています。 産業通商資源部 (MOTIE) も、EV の使用済みバッテリーをエネルギー貯蔵システム (ESS) として再利用することを奨励しています。[23] オーストラリア政府も初の国家電気自動車戦略に取り組んでいると報告されている[24]。

インド政府は、自動車部門全体および自国の製造技術におけるEVのシェアの拡大を目的とした国家電動モビリティミッション計画2020（NEMMP 2020）など、いくつかの政策を策定している[25]。 インドにおける（ハイブリッドおよび）電気自動車の迅速な導入と製造（FAME India）は、国内の EV 生産を促進するために 2015 年に発足しました。[26] EV 産業も、2024 年度の組合予算で大幅に増加しました。 インドの環境・森林・気候変動省による 2022 年バッテリー廃棄物管理法は、廃バッテリーの処理に向けた一歩であり、生産者はバッテリーに対して EPR 義務を負い、バッテリーのリサイクルまたは再生を確実に行う必要があります [27]。 規制は、バッテリーの乾燥重量のうち回収可能な材料を2024～25年までに70％、2026～27年までに90％とする目標を設定している。

さらに、廃棄物管理のためのクリーン技術の革新が世界中で進行中です。 ただし、移行における特定の障壁については、G20 諸国の注意が必要です。

EVのバリューチェーンは複雑であるため、この分野の持続可能な発展には国際的な協力と協力の役割が重要になります。 EV バッテリーの開発、バリュー チェーンの評価、およびバッテリー廃棄物管理は学際的であり、幅広い研究分野が関係するため、どの国も単独で短期間に持続可能な EV サプライ チェーンを達成することはできません。 これらの新興技術のスケールアップ、原材料の問題が少ない新しいバッテリー化学の開発、電気自動車バッテリーの世界的なサプライチェーンの強化のための技術協力が必要です。

EV への移行は、循環経済の文脈に配慮することなしには完了しません。 EVに使用される金属の採掘と処理は高価であり、限界があります。 次の推奨事項は、EoL でのバッテリーのリサイクルに向けて世界的な政策を導くために使用でき、資源の節約と廃棄物の最小化という 2 つの目的に役立ちます。

タイムリーで集中的かつ動的な政策レベルのサポート、技術革新、インフラストラクチャ、ガバナンス、および世界的な協力は、EV バッテリーのバリューチェーンのリサイクルと再利用を促進し、廃棄物の最小化、環境保護、資源保全などの複数の利点を生み出すことができます。 International Solar Alliance と同様の国際 EV アライアンスの設立も、持続可能で回復力のある EV バッテリーのバリュー チェーンを世界的に育成するのに役立ちます。

[1] 「G20 での電気自動車の使用はインドネシアにおける代替エネルギーの適用を奨励する」、2023 年 1 月 30 日にアクセス。

[2] 「Visual Capitalist Resource」、2023 年 2 月 16 日にアクセス。

[3] Mohammad Ali Rajaeifar 他、「電気自動車バッテリーのサプライチェーンとバリューチェーンにおける課題と最近の展開: 持続可能性の観点」、Resources, Conservation and Recycling 180 (2022):106144

[4] 「インドの先端化学セルバッテリーの再利用およびリサイクル市場」、インドの Niti Aayog によるレポート、2023 年 4 月 10 日にアクセス。

[5] Niti Aayog、「インドの先端化学電池バッテリーの再利用およびリサイクル市場」。

[6] 「バッテリー バリュー チェーンの機会の獲得」、2023 年 3 月 10 日にアクセス。

[7] Niti Aayog、「インドの先端化学電池バッテリーの再利用およびリサイクル市場」。

[8] 「インド電池廃棄物管理規則」、CPCB、2023 年 4 月 1 日にアクセス。

[9] 「英国廃棄物管理ガイドライン」、2023 年 1 月 17 日にアクセス。

[10] 「欧州のバッテリー戦略」、Geopolitical Intelligence Services、2023 年 1 月 27 日にアクセス。

[11] 「中国工業省、使用済み EV バッテリーのリサイクルを促進」、2023 年 1 月 5 日アクセス。

[12] 「リチウムイオン電池リサイクルプロセスの比較研究」、2023 年 1 月 12 日にアクセス。

[13] Niti Aayog、「インドの先端化学電池バッテリーの再利用およびリサイクル市場」。

[14] Garima Chauhan 他、廃棄物ストリームからの持続可能な金属抽出 (Wiley Publishers、2020)。

[15] Niti Aayog、「インドの先端化学電池バッテリーの再利用およびリサイクル市場」。

[16] マッキンゼー、「バッテリーのバリューチェーン機会の獲得」。

[17] マッキンゼー、「バッテリーのバリューチェーン機会の獲得」。

[18] マッキンゼー、「バッテリーのバリューチェーン機会の獲得」。

[19] 「インドネシア、G20 サミットに電気自動車を導入」、2023 年 3 月 13 日にアクセス。

[20] 「E-Mobility: 革新的なモビリティとバッテリーストレージに関する国家ミッション」、2023 年 4 月 5 日にアクセス。

[21] 英国政府、「英国廃棄物管理ガイドライン」。

[22] 英国政府、「英国廃棄物管理ガイドライン」。

[23] Yong Choi および Seung-Whee Rhee、「韓国（共和国）における電気自動車の使用済みバッテリーのリサイクルに関する現状と展望」、Waste Management 106 (2020): 261-270。

[24] 「オーストラリア初の国家電気自動車戦略」、2023 年 4 月 19 日に承認。

[25] 「National Electric Mobility Mission Plan」、2020 年 4 月 15 日にアクセス3。

[26] 「FAME-インドスキームフェーズ II に登録された電気自動車製造業者」、2023 年 4 月 18 日にアクセス。

[27] CPCB、「インド電池廃棄物管理規則」。