在美国内华达州等地，企业家们期待着即将到来的电动汽⻋锂离⼦电池报废热潮，并希望为回收的矿物创造⼀个市场。向内华达州⾥诺市以东30⾏驶英⾥，经过布满灰尘、点缀着淡蓝⾊⿏尾草的⼭丘和偶尔出现的⼈身伤害律师⼴告牌，⼀座巨⼤的混凝⼟建筑赫然耸⽴在沙漠中。完全建成后，它将成为⼀项商业的试点，企业家们将其视为美国未来绿⾊经济的⼀个重要⽅⾯：锂离⼦电池回收。
建筑经理查克·莱伯指出了卡⻋卸下电池的区域，以及房间⾥⽤来收集泄漏化学品的深层排⽔管。他向我展示了建筑下⽅的两英尺厚的混凝⼟板，这是⼀个坚实的地基，以便⼯⼈们移动设备和调整⼚房，从⽽改进回收过程。今年晚些时候，第⼀批电池将在这⾥进⾏处理，最终⽬标是逐步提⾼到每年处理2万吨电池。
这座占地6万平⽅英尺的⼯⼚由美国电池技术公司所拥有，这是⼀项积极的探索，旨在解决电动汽⻋带来的环境问题——⽣产它们的电池组需要⼤量的资源。这也是在考验商业领袖能否兑现他们帮助建⽴循环经济的承诺：在循环经济中，材料可以⽆限期地重复使⽤，最⼤限度地减少从地球上不断开采更多矿物的需求。
⾃2019年以来，电动汽⻋在汽⻋市场上的份额增加了两倍多，2021年全球销量达到660万辆。在降低⽓候影响的压⼒及直接的监管下，许多汽⻋制造商已经承诺在2040年前停⽌销售新的燃油汽⻋。“我们的⽬标是在五年内让数千万辆电动汽⻋上路，”可持续发展咨询公司Anthesis Group的亚历⼭⼤·⽶洛瓦诺夫说，他研究了电动汽⻋转型将如何影响美国的电⽹，“我们谈论的是⼀个正在爆炸式增⻓的市场。”
为了满⾜不断增⻓的电动⻋电池需求，美国政府和企业正在投资国内所需矿物的开采——包括镍、锰、钴和锂（其价格在2021年增⻓到四倍多）。他们同时也在寻找⽅法，通过回收利⽤来减少对新开采材料的依赖。2022年3⽉，美国总统乔·拜登援引《国防⽣产法》来增加⾼需求矿物的供应，引导国内对采矿和其他形式的回收进⾏投资。
研究⼈员表示，解决回收利⽤问题有助于避免持续采矿和有害电池废弃物积累带来的环境⻛险，然⽽对这些电池进⾏再加⼯和提炼其中的⾦属以供重复使⽤既困难⼜昂贵，⽽且许多⼈仍然怀疑这种电池供应链能否持续运作。“电动汽⻋电池是⼀项⾼度复合的技术，其中包含许多不同的组件，因此回收设施将会⾮常复杂，”加州⼤学河滨分校的地质学家迈克尔·⻨吉本说，“从⻓远来看，这很重要；但从短期来看，它还有很⻓的路要⾛。”
提取特定矿物为了给汽⻋供电，电池中的电⼦从负极（即阳极）移动到正极（阴极）。通常情况下，阳极由铜和⽯墨制成，⽽阴极由⼀类称为锂⾦属氧化物的化合物组成，含有锂以及钴、锰和镍等其他⾦属。所有这些⾦属都必须提取出来，⽽且仅靠回收还不能满⾜市场需求。
尽管美国有很多铜矿（并从废品回收中获得相当⼤⼀部分铜），但锂离⼦电池中⼏乎所有的其他⾦属都来⾃其他国家的矿区。全球80%以上的锂来⾃智利、澳⼤利亚和中国，⽽60%以上的钴来⾃刚果⺠主共和国。
这种对海外市场的依赖可能伴随着代价。例如，如今开采的⼤部分锂来⾃智利脆弱的阿塔卡⻢沙漠，那⾥通过在⼤型池塘中蒸发盐⽔来提取锂。这种⽅法具有成本效益，但研究⼈员和当地社区对有毒废弃物以及⽔资源枯竭和污染表示担忧；据估计，提取1吨锂需要50万加仑的⽔，其中⼤部分被蒸发掉。在⼀些地区，开采电池⾦属也与侵犯⼈权有关，例如刚果⺠主共和国的钴矿，那⾥的公司被指控使⽤童⼯、⽀付低薪以及未提供基本的安全设施。
电动汽⻋由⼤型电池组提供动⼒，电池组由数千个单独的电池组成。每个电池包含四个主要部件：负极（阳极）、正极（阴极）、电极之间的塑料隔板，以及供锂离⼦流动的电解液。⽣产这些部件需要消耗⼤量的能量和材料，尤其是阴极。
材料的⻓途运输还会产⽣温室⽓体：在有⼈坐上全新电动汽⻋的驾驶座之前，⼀些电动汽⻋电池材料在运输途中已经旅⾏了数万英⾥。（尽管如此，除了少数例外，电动汽⻋的碳⾜迹仍⽐燃油⻋要⼩，因此电⽓化交通是减少碳排放、避免灾难性⽓候变化的关键。）
⽬前，采矿仍然是必要的，研究⼈员认为可以通过本⼟运营和新技术来减⼩其影响。但他们表示，改进回收利⽤技术和商业模式也⾄关重要。
经过数千次的充放电后，锂离⼦电池的电极单元就会耗尽，正极材料就会出现裂缝，导致电池⽆法储存和提供⾜够的电量。数以百万计的电动汽⻋电池很快就会达到这种损耗程度，如果将它们存放在垃圾场，它们可能会渗出有毒化学物质，甚⾄会起⽕。少数⼏家美国公司回收电池进⾏再利⽤，但产能远低于从汽⻋、⼿机、电脑和其他电⼦产品中回收锂离⼦电池的产能。2019年，美国回收公司从垃圾填埋场转化了约15%的报废锂离⼦电池。
回收利⽤所⾯临的挑战盈利能⼒是⼀个主要障碍。尽管锂离⼦电池中含有有价值的⾦属，但很难把它们拆开，从⼀层层紧密堆叠的⽆机和有机化合物中提取矿物。据⼀项研究估计，回收锂的成本是⻧⽔开采原始锂的五倍。相⽐之下，燃油⻋上的铅酸电池⼏乎完全是从垃圾填埋场转化和回收的。
“与锂离⼦电池相⽐，回收铅酸电池⾮常容易，”地质学家詹斯·古兹曼说，他是德国亥姆霍兹弗莱⻉格资源技术研究所的所⻓，也是《材料科学研究前沿进展年鉴》上⼀篇关于构建循环⾦属经济的⽂章的合著者。
另⼀个问题是，⽬前主要的锂离⼦电池回收⼯艺也不是特别⾼效。许多回收商使⽤⽕法冶⾦⼯艺，需要熔化电池和烧掉塑料隔板以提取⽬标⾦属。⽕法冶⾦是能源密集型的，会排放有毒⽓体，⽽且根本⽆法回收包括锂在内的⼀些有价值的矿物。
随着电动⻋销售额不断增⻓，⼤规模的电动⻋电池报废潮将很快加剧回收问题。研究⼈员预测，到2028年，全世界将有超过100万吨的电池需要处理。伦敦⼤学国王学院的材料科学家劳拉·兰德说：“我喜欢把它与塑料⾏业进⾏⽐较——我们有很多塑料垃圾，⽽⼈们并没有真正⾯对这个问题——我只是担⼼这种情况也会发⽣在电池上。”
⽽根据澳⼤利亚悉尼科技⼤学可持续未来研究所撰写的⼀份报告，如果能够实现盈利，那么到2040年，实现规模化回收电动⻋电池可以将全球对新开采的锂的需求减少25%，对钴和镍的需求减少35%。
美国能源部的ReCell中⼼正在努⼒改善电池回收过程，该中⼼由国家实验室和⼤学合作，于2019年启动。在这⾥，研究⼈员正在努⼒扩⼤所谓的“直接回收”的规模。
这种⽅法旨在更好地回收阴极材料，它是⼀种精⼼制造的粉末，⽽熔化或溶解整个电池会破坏它。阿贡国家实验室和ReCell中⼼的材料科学家阿尔伯特·⾥普森说：“他们投⼊了⼤量的时间和精⼒来制造这些漂亮的直径约为10微⽶的球形颗粒，它们具有正确的晶体结构。”
⾥普森的研究团队开发了⼀种化学⼯艺，能够成功回收阴极粉末，然后通过添加新的锂使其重获新⽣，恢复原电池⽼化时失去的充电能⼒。与其他使⽤能源密集型步骤重新制造阴极材料的回收⼯艺相⽐（这些⽅法中有⼀个步骤需要将材料投⼊巨⼤的熔炉中），直接回收⽅法可以提升回收电池组件的利润，同时减少温室⽓体排放。ReCell的直接回收⽅法⽬前只在实验室规模的批次中进⾏，但⾥普森说他的团队正在与公司合作扩⼤该⽅法的规模。
电池回收初创公司主要使⽤⼀种叫做湿法冶⾦的技术，将电池溶解在酸中，然后⽤溶剂来提取矿物质。尽管湿法冶⾦并不是什么新鲜技术，但美国电池技术公司、红⽊材料公司等回收公司均表示，他们正在提⾼湿法冶⾦的效率，回收的材料也⽐过去更多。这两家公司都位于内华达州北部，且都由前特斯拉⼯程师领导。
美国电池技术公司的负责⼈瑞安·梅尔塞特说，他在特斯拉的超级⼯⼚（位于内华达州斯帕克斯郊外的⼀座组装电池的巨型⼯⼚）的⼯作经历启发他提出了改进回收技术的⽅法。他的公司不会像⽼式的湿法冶⾦回收那样粉碎电池，⽽是使⽤机器分解废旧电池，将塑料、铝和钢等低价值部件分离并出售，然后通过专利化学反应提取镍、钴、锰和锂。
梅尔塞特说：“我们的团队不会仅仅把电池扔进炉⼦或粉碎机，⽽是基本上采⽤了许多为制造电池⽽开发的技术，以相反的顺序进⾏操作。”他说，该⼯艺可以回收90%以上的⾼价值元素。
从汽⻋中获取电池然⽽，为了回收电池，这些初创公司⾸先要确保这些电池组能够被送到他们的⼯⼚——这本身就是⼀个挑战，因为⽬前处理报废汽⻋的⼯⼚没有针对电动汽⻋的规范流程，包括如何处理电池。
梅尔塞特表示，他的公司希望与通⽤汽⻋、福特和斯特兰蒂斯（拥有道奇、吉普和玛莎拉蒂等多个品牌）建⽴新的合作关系，以确保在汽⻋以旧换新时，电池将被送去回收利⽤。⽽红⽊材料公司已经宣布与⼤众、丰⽥、福特和其他汽⻋制造商在电池收集和回收⽅⾯开展合作。
我和建筑经理莱伯在美国电池技术公司未来的回收设施中穿⾏，他向我展示了成品仓库的位置，就在卡⻋卸货点对⾯的⼤楼⾥。在第⼀阶段的运营中，这些成品将由“⿊⾊物质”组成，这是⼀种易碎的贵重⾦属混合物，将被出售给冶炼公司进⾏进⼀步精炼，然后转售给电池制造商。最终，该公司计划增加第⼆阶段，就地将这种混合物进⾏精炼，分别提取各种矿物。
国际能源署预计，为了实现将全球⽓温上升幅度控制在远低于2摄⽒度（可持续发展⽅案）的碳排放削减⽬标，针对⼏种关键矿物的需求将会激增。如果各国只是按照⽬前的承诺（既定政策）采取⾏动，需求同样会增加，只是增速较⼩。
美国电池技术公司、红⽊材料公司、再提取技术公司和加拿⼤的锂循环公司构成了美国电动汽⻋电池回收产能的四⼤⽀柱，它们在⽹站上展示的愿景表明，它们正在努⼒建⽴⼀个⽆限可回收的供应链。但电池矿物真的可以⽆限重复使⽤吗？⽶洛娃诺夫和古兹曼等专家表示，由于劳动⼒成本和能源需求等障碍，这是不太可能的。但⾥普森说，只要经济上可⾏，在技术上还是有可能实现规模化，回收电池中90%以上的锂、钴、镍和铜。
归根结底，电池回收的成功取决于它能否⾜够便宜。负责任采矿保证倡议联盟的执⾏董事艾梅·布兰格表示，即使技术有所改进，回收商也可能难以使他们的产品在成本上与原始矿物竞争。该组织与企业合作，改善采矿项⽬的环境和劳⼯标准。可能还需要有激励措施和法规：在欧盟，监管机构已经提出了可持续电池的指导⽅针，其中包括要求电池中含有⼀定⽐例的回收材料。
梅尔塞特很乐观。
他认为，由于现在⼤多数电池矿物都是在国际上开采的，原始矿物的运输和进⼝成本将使本⼟回收材料具有竞争⼒，这⼀计算得到了⼀些研究的⽀持。他希望⼤约再过两年，就开始建设⼀个规模更⼤的⼯⼚，以跟上不断增⻓的电动汽⻋销量。由于市场对矿物的需求超过了⽬前回收所能提供的量，他的公司还拥有内华达州中部的锂矿开采产业的股份。
“⼀些世界上最⼤的公司正在尽可能多地购买回收的电池⾦属，”他说，“现在的挑战是谁能最快实现规模化。”