问题描述

“十四五”针对国家战略新兴产业体系构筑明确指出加快发展新能源产业、深入推进资源循环利用。然而发展相应产业需求的主要关键资源对外依存度高，面临严重的资源供给、需求不平衡的问题，比如钴、锂、镍、铜、铝的对外依存度依次为90%、70%、86%、73%、45%。针对能源废料而言，我国废旧动力电池和光伏废料占比高达80%。根据全球能源互联网发展合作组织发布的《中国2060年前碳中和研究报告》测算，2035年我国新能源汽车数量达到1.6亿量，光伏装机量达到15亿千瓦。相应的，每年退役动力电池、报废光伏板组件分别达到约300万吨、105万吨。新能源废料物质组成与相应产品相同，因而含多种有价组分，资源回收价值极高。以光伏固废为例，晶体硅光伏组件中玻璃、铝和半导体材料比重可达92%，另外还含1%左右的银等贵金属。若能全量回收，到2030年，可从废弃光伏组件中得到145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。而薄膜光伏组件中含有的碲、铟、镓等稀贵金属，主要依赖国外进口，因此其高效回收利用不仅具有巨大的经济效益，同时有利于减少相关资源的进口依赖，防范原材料供给风险，对保障国家资源安全具有重要战略意义。

新能源废料兼具资源和环境危害双重禀赋，利用不好或处理不当不仅会加剧关键金属供给风险，也会对生态环境造成威胁。在《斯德哥尔摩公约》、“水十条”、“气十条”等要求严格污染物排放限制下，新能源废料处置不当所造成的严重环境和安全风险也亟需解决。光伏组件达到寿命年限后如果不妥善回收处理，直接掩埋，既占用大量的土地，同时组件所含有的Ag、Cu、Sn等重金属又会对土壤、地下水造成污染；进行焚烧，则会释放二氧化硫、氟化氢等有毒有害气体。因此，退役光伏组件的资源化利用是光伏产业实现绿色闭环的“最后一公里”。针对废动力电池而言，其主要环境和安全隐患如下：（1）赋存二类重点防控重金属：Ni2+、Cu2+、Mn2+、Co2+等；（2）产生有机危废：有机氟/磷电解液、DMC等酯类废有机溶剂；（3）存在极大安全风险：残余能量高、电压高（>300 V）。因此，亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。围绕新能源废料清洁高值化利用，各国做出了相应的行动。日本4R ENERGY针对新能源废料开展“全部清洁化”战略和退役电池回收专项行动。欧美启动了Horizon 2020和动力电池回收专项；美国能源部ReCell电池回收研究中心将锂、石墨、钴和镍列为“关键矿产”；我国由国务院印发的《2030年碳达峰行动方案》提出，推进退役动力电池、光伏组件等新兴产业固废循环利用。

当前，新能源废料处理主要依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，主要流程为新能源废料经过预处理分选（破碎、分选）后，利用湿法或火法工艺进行金属提取，得到初级产品。光伏固废主要存在废光伏电池板、废硅粉、废硅渣三种类型。Veolia通过机械自动拆解回收，铝框、玻璃、硅片、塑料和剩余金属分类处理，回收率达到95%（智能拆解细节未对外公布）；SiC Processing利用切割液回收PEG和SiC，硅粉堆存；易成新能将切割粉熔炼制备工业硅，硅的回收率达到50%；在国内,回收产业尚处于起步阶段，大多企业则主要通过人工分拣，单质硅回收率低于30%。废锂电池的处理则以Umicore、格林美、赣锋锂业处理技术为主。Umicore采用火法回收镍钴，制备镍钴合金；格林美通过干法、湿法回收钴酸锂电池，制备球状钴粉；赣锋锂业采用干法、湿法回收锂，制备碳酸锂、电池级氯化锂。以上技术存在问题也较为突出：（1）分选过程微量、分散状态的金属流失严重；（2）除杂分离流程复杂；（3）多回收成初级产品，造成回收资源利用功能降级；（4）伴生元素利用率低、二次污染严重。以废动力电池处理为例，主要分为两条路线：其一、废动力电池→拆解→前处理（电解液分解、废气排放）→破碎/分选（铝、铜）→黑粉→浸出（浸出渣）→萃取（镍钴盐）→含锂废液→沉锂（废水）→锂盐；其二、废动力电池→拆解→火法冶金（含Li、Al、Fe重金属废渣）→Ni/Co/Cu粗合金→浸出（浸出渣）→萃取（镍钴盐）→含锂废液→沉锂（废水）→锂盐。以上路线中破碎分选过程物料混杂，造成分选率低，产品纯度差；火法冶金过程Ni/Co/Cu合金回收率在70~80%，Li/Al/Fe重金属废渣则未回收；湿法冶金过程虽然Ni/Co回收率达到85%，但是Li的回收率只有50%左右，并且存在回收路径长；此外，整个回收过程存在严重的三废排放的问题：重金属废渣（火法~1.5t、湿法0.6t废渣/t电芯）、废水（20~40t废水/t电芯）、氟/磷废气排放强度高。

新能源废料是高纯原料制造的人工矿物（以废旧动力电池和光伏废料为主），具有典型的宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，并且含有多种毒性物质。针对宏观多样-介观高纯-微观复杂的新能源废料亟需废料短流程-高值化-清洁利用理论和方法。

“十四五”针对国家战略新兴产业体系构筑明确指出加快发展新能源产业、深入推进资源循环利用。新能源产业发展的主要关键资源对外依存度高。因此，新能源废料等二次资源对资源供给安全意义重大。新能源废料易造成严重的环境和安全风险，亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。典型新能源废料处理过程依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，存在金属流失严重、流程复杂、回收产品功能降级、伴生元素利用率低、以及二次污染严重等问题。针对新能源废料宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，以及含有多种毒性物质的典型特征，亟需发展宏观多样-介观高纯-微观复杂的新能源废料短流程-高值化-清洁利用理论和方法。

问题背景

支撑新能源产业发展的主要关键资源对外依存度高。加速发展的新能源产业加剧了关键金属供给风险。与此同时，新能源废料易造成严重的环境和安全风险。亟待推进新能源废料的清洁高值化利用。

最新进展（截止问题发布年度）

围绕新能源废料清洁高值化利用，各国做出了相应的行动。日本4R ENERGY针对新能源废料开展“全部清洁化”战略和退役电池回收专项行动；欧美启动了Horizon 2020和动力电池回收专项；美国能源部ReCell电池回收研究中心将锂、石墨、钴和镍列为“关键矿产”；我国由国务院印发的《2030年碳达峰行动方案》提出，推进退役动力电池、光伏组件等新兴产业固废循环利用。当前，新能源废料处理主要依赖传统冶矿原理，以高价值金属回收为目标，具有显著的有价组分回收率较高的优点。但是存在问题也较为突出：（1）分选过程微量、分散状态的金属流失严重；（2）除杂分离流程复杂；（3）多回收成初级产品，造成回收资源利用功能降级；（4）伴生元素利用率低、二次污染严重。新能源废料是高纯原料制造的人工矿物，具有典型的宏观组成非均匀、复杂，组元均匀、高纯，组元间结合方式多样，并且含有多种毒性物质。针对宏观多样-介观高纯-微观复杂的新能源废料亟需废料短流程-高值化-清洁利用理论和方法。

重要意义

针对新能源废料兼具资源和环境危害双重禀赋特征，实现其高值清洁利用不仅具有巨大的经济效应，同时有利于减少相关资源的进口依赖，防范原材料供给风险，对保障国家资源安全和改善生态环境具有重要战略意义。

经济和社会效益分析：从能源金属资源供给结构来看，（1）锂资源：预计2030年资源供给总量约388万吨LCE，其中回收供给为74.8万吨LCE、占比约19.3%；（2）钴资源：预计2030年资源供给总量约51.8万吨，其中回收供给为17.3万吨、占比约33.5%。（3）镍资源：预计2030年资源供给总量约545.1万吨，其中回收供给为69.3 万吨、占比约12.7%。晶体硅光伏组件中玻璃、铝和半导体材料比重可达92%，另外还含1%左右的银等贵金属。若能全量回收，到2030年，可从废弃光伏组件中得到145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。据测算，到2050年废旧光伏板回收的累积经济价值将达到1060亿元（硅的回收率按70%计算）。