寻找“白色石油”

类别:化工资讯 时间:2022-07-30 浏览:28次
编者按:2022年3月初碳酸锂突破50万元/吨大关的时候,许多人才真正意识到,新能源的迅速发展需要付出怎样的代价。镍、钴、锂是电动车三元锂电池的

编者按:

2022年3月初碳酸锂突破50万元/吨大关的时候,许多人才真正意识到,新能源的迅速发展需要付出怎样的代价。

镍、钴、锂是电动车三元锂电池的重要原材料,稀土元素对风力涡轮机、太阳能电池板和电动车电机所使用的磁铁来说也不可或缺,这些关键矿物资源在全球新能源产业的快速发展下,需求显著增长,价格趋向高位。

2021年6月,美国能源部曾发布《国家锂电池蓝图2021—2030》报告,提出确保电池原材料供应安全、降低美国锂电池对关键矿物依赖的目标。欧盟也曾试图开发伊比利亚半岛的锂矿资源。

2021年10月21日,习近平总书记考察调研胜利油田时强调:“中国作为制造业大国,要发展实体经济,能源的饭碗必须端在自己手里。”能源安全的内涵正在向新能源产业延伸。

近年来中国锂电企业闻风而动,积极布局上游。无论是国内、国际锂矿资源的开发,还是参股、收购拥有优质资源的国际头部企业,都能看到他们的身影。而坐拥丰富锂资源的国家智利、阿根廷和玻利维亚等,也在构想如何培育本国产业,实现资源的最大价值。

当然,也有观点认为锂电并非清洁能源的终极解决方案,锂矿的地位还远不及石油那样能够扰动地缘格局,但在技术革新方向尚不明朗的今天,占据资源最高点依然是不二之选。待到能源安全的核心真正从对传统化石能源的争夺,转变为对稀土、钴、锂等新能源关键元素和颠覆性能源技术的争夺时,才能“手中有粮,心中不慌”。

2022年5月,斯诺威矿业股权拍卖引发全网围观。斯诺威54.29%的股权竞拍起拍价为335.29万,加价幅度为每次5万元。在参与者密集的出价下,原本一天结束的竞拍持续了6天,出价超过3000次,终于以20亿元成交。这家破产企业之所以引发竞拍人激烈争夺,正是因为其拥有的位于四川甘孜的一处锂矿探矿权,属于世界级锂辉石矿山甲基卡矿区范围。

时间倒退一年,对拥有阿根廷盐湖锂资源的千禧锂业的争夺也是全球锂电产业的一场大戏。2021年7月,赣锋锂业发布公告称,将通过其全资子公司,以不超过3.53亿加元(约合2.8亿美元)的价格收购千禧锂业。9月,宁德时代出价3.77亿加元(约合2.99亿美元),将赣锋锂业挤出局。而到了11月,总部位于温哥华的美洲锂业直接将收购对价提高到4亿美元,这一次宁德时代不再加价,拥有两个世界级锂盐湖项目的千禧锂业被美洲锂业收入囊中。

在锂价持续一年多的飙升中,中国企业对锂矿的渴望达到了前所未有的高度。中国销售了全世界约一半的新能源汽车,生产了全世界近六成的锂离子电池,同时也是锂盐加工大国,但是,对整个产业链最上游的锂矿资源,中国的对外依存度约为70%。在新能源汽车产业高速发展的大势之下,海内外对锂矿的争夺逐渐白热化,锂资源的战略意义凸显。

对锂资源的供应安全,中国地质科学院矿产资源研究所研究员乜贞认为,随着新能源产业的快速发展,锂等原材料的供需矛盾日益突出,中国锂资源的安全保障问题显得越发重要。考虑到资源禀赋的限制和未来新能源产业的体量,中国不可能完全自给自足,所以至少要保证自己有一定“家底”,从现在开始就应该有长远的布局。

资源决定胜局

锂是一种白色金属,因其在未来能源体系的重要程度而被喻为“白色石油”。锂可以用于电池、陶瓷、玻璃等产业,也可用于实现核聚变,制造原子弹、氢弹。电池是目前锂最主要的用途。

整个锂电池产业链可以分为锂矿—锂盐—电池材料—电池四个环节。锂矿主要分为盐湖锂矿和岩石锂矿(锂辉石、锂云母)两种形态,从矿石和盐湖卤水中可以提取出碳酸锂和氢氧化锂,再根据下游需要生产出磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂等不同类型的电池正极材料,生产出的锂电池最终应用于电动汽车、储能以及各种电子产品和电动工具中。

《中国锂离子电池行业发展白皮书(2022年)》显示,2021年,全球锂离子电池总体出货量562.4GWh,同比增长91%。其中动力电池和储能电池占到总量的近八成。

在电动汽车增长成为趋势之前,全球锂盐供需形势相对平稳,汽车电动化推动锂电池大量应用,也把锂材料价格带入“大起大落”的新局面。

2015年到2018年,碳酸锂价格从4万元/吨上升至15万元/吨附近,此后碳酸锂价格进入下降周期,2020年末跌回4万元/吨的水平,期间澳洲两座矿山先后破产,众多矿企主动减产或延期扩产。2021年,新冠疫情减弱,锂电池需求大涨,碳酸锂行情一路上涨,2021年底接近30万元/吨,2022年3月初突破50万元/吨大关,进入4月后终于出现小幅回落,6月仍保持在约45万元/吨的高位。

涨价对下游的冲击明显,锂电池、电动汽车、储能系统纷纷提价。比亚迪、宁德时代等下游企业开始涉足上游锂矿,追求垂直一体化发展,以增强对供应链的掌控能力,锂矿在全球成为抢手资源。特斯拉CEO马斯克也曾在社交媒体上表示,因为锂成本变得非常高,特斯拉可能会大规模涉足锂矿开采和精炼业务。

中国地质科学院矿产资源研究所研究员乜贞介绍,锂价上涨后,国内外锂矿企业都在加速扩产,国内青海盐湖和锂云母矿的开发正在加快,国际上,澳大利亚、南美、非洲等地的锂矿也在扩产,产量的增速会快于需求,因此高价不会长期持续,预计在2024到2025年间会有一定程度回落,但具体回落到什么水平,不同机构有不同的分析。

他认为,目前由中美领衔、欧洲等参与的新能源汽车产业正处于高速发展阶段,期间锂盐供需形势会不断变化,预计2025年以后会呈现多方博弈的局面。

全世界锂资源分布不均。由玻利维亚、阿根廷和智利组成的南美洲“锂三角”拥有全球约六成锂矿资源,主要是盐湖锂资源。澳大利亚拥有丰富的锂辉石矿山,是世界第一大锂矿生产国,也是中国最主要的锂矿石进口国。

中国锂资源量全球排名第五,但资源品位不如拉美和澳大利亚,开发成本偏高。中国已在《全国矿产资源规划(2016—2020年)》中将锂列入24种战略性矿产之一,并在近十年加大了勘探开发力度,在四川、新疆等地取得了一系列勘查进展。

为了争取在电动汽车赛道的竞争优势,其他各国政府也越发重视产业链的本土化,而锂矿开发正是整个产业的第一环。

2021年6月,美国能源部发布《国家锂电池蓝图2021—2030》报告,提出了未来十年打造美国本土锂电池供应链的目标。方案中首要目标就是确保电池原材料供应安全,降低美国锂电池产业对关键矿物的依赖。具体行动包括通过合作伙伴和盟友获取可靠供应以及提高本国电池关键矿物(锂、镍和钴)安全供应和可持续生产能力。

欧盟也一直将电池供应链本地化作为重要目标,并试图开发伊比利亚半岛的锂矿资源,但由于环保、社区反对等原因进展不顺。

拥有优质锂资源的拉美国家则处于“守势”。面对全世界蜂拥而入的资本,拉美国家不满足于直接将盐湖资源交给外国投资者开发,更加强调国家对于战略资源的掌控。玻利维亚锂资源的开发长期以来必须由本国资本全面控制,外资只能合资介入下游开发。智利近期正在推动将矿产国有化写入宪法的政治进程。拉美国家还在酝酿一个类似OPEC的锂生产国组织,以增强自己的定价权。

曾带领团队在四川发现超大型锂辉石矿床的四川省地质调查院副总工程师付小方撰文指出,未来世界锂资源的需求和瓜分将更加激烈,拥有上游资源是产业链企业发展壮大的关键点,“资源决定胜局”已成行业共识。

上游开发加速

中国汽车工业协会发布的统计数据显示,2021年我国新能源汽车销售352.1万辆,同比增长1.6倍,预计2022年新能源汽车销量将达到500万辆,市场占有率有望超过18%。

中国地质科学院矿产资源研究所研究人员预测,按照2030年中国新能源汽车产量1500万辆测算,届时中国对碳酸锂的需求将达到50万吨。有色金属行业咨询公司发布的数据显示,2021年中国碳酸锂产量约24万吨,但由于缺乏矿山和盐湖资源,大部分产品都是通过进口原料加工而成。

西藏自治区地质矿产勘查开发局高级工程师姜贞贞认为,目前碳酸锂的需求居高不下,而我国的锂资源总体上开发难度较大,预计未来锂资源的对外依存度仍会较高,短期内不会有较大改观。

乜贞认为,目前中国的对外依存度水平是正常的,因为中国为全球市场提供了约六成的锂盐或下游产品,但锂资源量只有全世界的7%,这两者是不对等的,因此就像铜、铁、石油等其他资源一样,也需要通过国内供应、国际市场以及中国企业海外布局形成三方支撑,从而达到平衡。

就国内而言,《中国矿产资源报告2019》显示,中国锂矿潜在资源量为硬岩锂878万吨(以锂辉石计),卤水锂为9250万吨(以氯化锂计)。自然资源部发布的《2020年全国矿产资源储量统计表》显示,2020年全国锂矿储量(探明资源量和控制资源量中可经济采出的部分)为234.5万吨(以氧化锂计)。分省看,只有六省区拥有锂矿储能,从高到低依次为青海、江西、四川、西藏、河南和新疆。

数据来源:自然资源部
   

中国盐湖锂资源主要分布在青海和西藏两地,青海一省占到全国储量近三分之二,锂资源开发程度也高于西藏。

乜贞介绍,目前青藏高原上地表盐湖锂资源的勘查程度已经比较高,青海几乎全部摸清,西藏还有一定潜力,西藏有许多锂盐湖分布在自然保护区里,目前不能开发,可以作为储备资源。

还没有充分掌握情况的是深部卤水,深部卤水通常由古代盐湖沉积形成,位于地表下深处。姜贞贞指出,深部卤水中的锂资源查明程度比较低,需要进一步投入资金进行调查,并开展盐湖深部探矿新技术、新方法研究,使潜在的资源量转化为可开发的储量。

此外,西藏地勘局还布局了地热提锂技术的开发,从温泉水中提锂。姜贞贞介绍,西藏地区一些地热水中的锂浓度高,且镁含量很低,但也具有很大开发价值。

在开发利用上,与拉美地区优质的盐湖资源相比,青海盐湖存在镁锂比过高的问题。镁和锂性质相似,卤水中镁锂比越高,锂的分离难度越大。相关数据显示,青海盐湖镁锂比在30‌∶1到1000∶1的范围,而阿根廷盐湖的镁锂比通常不超过30∶1。

但据乜贞介绍,近几年中国已经逐渐突破高镁锂比盐湖卤水提锂这一技术难题,研究方向开始转向提高锂收率和绿色环保技术等。

西藏盐湖镁锂比低,锂浓度也更大,但开发需要克服生态环境脆弱、基础设施不足等困难。姜贞贞表示,西藏已经开发的扎布耶盐湖,也是利用太阳能蒸发卤水,沉淀出碳酸锂,尽量减少化学步骤,避免环境风险。但这种方式的缺点是生产周期较长。

岩石锂矿资源主要分布在四川、江西等地,四川省甘孜州甲基卡锂辉石矿区为世界第二大、亚洲第一大的固体锂辉石矿,资源量大,可露天开采,是近十年中国锂矿勘探开发中的重大发现。但甲基卡位于川西高原地区,与西藏同样面临生态环境脆弱的问题,开发相对缓慢。2013年的一起污染事件就导致甲基卡134号矿脉长期停产,直到2019年才复产。

江西宜春拥有锂云母矿。锂云母矿品位低,杂质多,尾矿处理成本高,但与地处高原的其他各类型资源相比,开发相对容易。

前述专家均表示,尽管与国外优质锂资源相比,中国锂资源开发成本偏高,但由于目前价格高企,市场回报仍然非常可观,因此企业都在加快开发进度。

盐湖方面,目前锂盐供应主要来自青海柴达木盆地的察尔汗、东台吉乃尔、一里坪盐湖和西藏扎布耶盐湖。

青海西台吉乃尔盐湖锂矿矿产资源开发利用方案2022年4月通过自然资源部审核,计划年产2.5万吨碳酸锂。盐湖股份也在2022年5月宣布在察尔汗工业园投资70.8亿元建设年产4万吨基础锂盐一体化项目。

五矿证券预计,2020年到2025年,中国本土盐湖提锂产能有望从9.7万吨提升到超过20万吨。

矿石提锂方面,四川省已投产锂矿主要有融捷股份的甲基卡134号矿脉和盛新锂能的业隆沟锂辉石矿。天齐锂业拥有四川雅江措拉锂辉石矿采矿权,川能动力和雅化集团拥有的阿坝李家沟锂辉石矿采矿权目前均未投产。

江西省进展颇多,2022年4月20日,宁德时代通过控股子公司竞价获得宜春市宜丰县一处锂矿探矿权;5月20日,国轩高科控股孙公司也竞得位于宜丰县的另一处锂矿探矿权。随着企业不断改进工艺降低综合生产成本,云母提锂也被业内人士视为未来重要的碳酸锂增量来源。

多管齐下

多名业内专家告诉eo,想降低锂资源的对外依存度,除了加大勘探开发力度,提高锂电池回收利用水平也是一条重要路径。2021年4月,宁德时代相关负责人曾在投资者电话会议上预测,当电动车渗透率达到80%—90%时,就不再需要挖新矿了。

有电池回收从业者告诉eo,随着电池材料价格不断上涨,电池回收成为热门领域,最近一年整个行业经历了100%到200%的增长,更多资本进入这一行业。由于有利可图,目前动力电池回收程度很高,大部分退役电池都能进入回收渠道。

退役电池有两种再利用途径,一是梯级利用,作为旧电池继续使用;二是再生利用,通过拆解粉碎后重新提取其中的镍、钴、锂等金属材料。

据eo了解,在2020年之前,由于锂的价格不高,业内更注重回收钴、镍等价值更高的金属,三元锂电池回收存在一定利润空间,磷酸铁锂电池回收相对缺乏经济性。锂材料价格飙升后,磷酸铁锂电池回收的经济性也极大改善,带动废旧电池价格一路上涨。

从多家电池回收公司披露的数据看,旧电池中镍、钴的回收率可以达到98%—99%,锂的回收则在90%左右。前述从业者告诉eo,从技术上看,锂的回收率仍然有提升空间。

对电池的梯级利用也初具规模。目前国内梯级利用电池规模最大的是中国铁塔公司,其从2018年开始大规模将梯级利用锂电池用做通信基站备用电源,并在2019年开始布局两轮电动车换电业务,将旧电池用于换电。

中国铁塔公司旗下的铁塔能源有限公司充换电业务部总经理刘春华在2022年6月接受央视采访时表示,截至2021年底,中国铁塔公司已经在全国使用退役电池51万组,接近5万辆新能源汽车退役电池总量。如果按每辆车电池容量平均60KWh估算,中国铁塔公司消耗的退役电池约有3GWh。

专业从事废弃资源循环利用的上市公司格林美的年报则显示,2021年公司动力电池梯级利用装机量为1.06GWh,格林美还称,公司动力电池回收业务全面进入大规模的市场化与商用化阶段。

电动汽车锂电池通常使用5到8年后退役,目前进入回收渠道的旧电池普遍在2015年前后投入使用,当时新能源汽车年销售量还不到50万辆,2021年中国新能源汽车年销售量已经达到352.1万辆。公安部数据显示,截至2022年3月底,全国新能源汽车保有量达891.5万辆,占汽车总量的2.6%。前述从业者认为,随着更多新能源汽车退役,预计到2024年后行业规模会进一步壮大,“增长空间是很明确的”。

此外,企业也在投入更多力量研发不使用锂的其他电池技术路线,钠离子电池是其中一个方向。

钠离子电池最受关注的特点在于钠资源丰富,地壳中钠资源储量丰富,且在全球范围内分布广泛,供应短缺风险远小于锂资源。

中国最早的钠离子电池公司是依托中科院物理研究所成立的中科海钠,2021年中科海钠在山西建设了全球首个1MWh钠离子电池储能系统。2021年7月,宁德时代对外发布了其第一代钠离子电池。

与锂电池相比,钠离子电池能量密度低,循环寿命较短,更适合应用于低速电动车、电动自行车和通信基站等领域。以宁德时代发布的钠离子电池为例,其电芯单体密度达到160Wh/kg,循环寿命达到3000次。而锂电池循环寿命可以达到5000到10000次,单体密度可超过200Wh/kg。但钠离子电池的优势在于低温性能优异,在零下20度的温度下也能正常工作。

目前钠离子电池处于产业化初期,成本优势并不明显。宁德时代预计2023年可形成基本产业链。

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