鉅大LARGE | 點擊量:905次 | 2020年03月17日
鈷的漂流記
鏡頭掃過一片焦黃的土地,一群孩子正在泥土里忙活。
這并不是孩童們玩泥巴的的游戲,而是一份關系著一家人生存口糧手工采鈷的工作。他們只有開采到更多的鈷,才能換來一天的吃食,并且承擔著體內(nèi)鈷金屬超標以至危害健康的風險。
這是此時此刻正在剛果金發(fā)生的實況寫照。即便因開采鈷而導致的雇傭童工、環(huán)境污染等問題受到國際的廣泛質疑批評,但以礦業(yè)開采為經(jīng)濟支柱的剛果金也不得不沿用這一方法,假如停止使用人工,甚至還會遭到抗議。
這些被開采出來的鈷,首先會被送往廠精煉,接受由電池生產(chǎn)商制成電池,最后被運到汽車汽車廠進行組裝,最終為運行在公路上的電動汽車產(chǎn)品供應充足的動力。
這套圍繞著鈷而形成的完整產(chǎn)業(yè)鏈條,如今牽動著千萬人的利益。它不僅是剛果金人賴以生存的“原材料”,更是與之相關的資本市場風向標,更可能是決定著未來新能源產(chǎn)業(yè)走向的關鍵元素。
除了電池產(chǎn)業(yè)外,鈷還在制取合金、顏料、醫(yī)療、特種航天等多個領域發(fā)揮著關鍵作用。要知道,這個目前被廣泛應用的稀有金屬,有著一段不為人知的魔幻故事。
地下“妖魔”
鈷在人類生活中的應用,要追溯到現(xiàn)代科學對此進行深入研究的一千多年前。
我國古代對鈷的應用,最早可以見于唐三彩器中。彼時,鈷藍作為著色顏料十分名貴,只見于少量唐三彩之中,此類著鈷藍的唐三彩也被后世推崇備至,有“三彩掛藍,價值連城”的美譽。
隨著我國古代歷代瓷器藝術的精進,鈷在瓷器中的應用也越來越嫻熟,出現(xiàn)了被命名為“祭藍釉”的高溫藍釉品種。如今成為我國元素象征的青花瓷,也正是因為鈷元素的應用,而得以呈現(xiàn)出別樣的紋路圖案。
在鈷元素在古代我國被廣泛應用于瓷器燒制中的同一時期,古羅馬和古希臘人曾用輝鈷礦來制作深藍色的玻璃。在當時的技術條件下,這種靚麗的深藍色是無法用輝鈷礦之外的東西來代替制作的。
鈷元素,就這樣以偶然的方式被廣泛應用在中西方古代社會的生活中。直至一千多年后,現(xiàn)代科學的萌芽成熟,才讓人類真正掌握了鈷的奧秘。
鈷最早被作為科學研究的對象是在16世紀的歐洲。16世紀是地理大發(fā)現(xiàn)、殖民主義發(fā)展的一個世紀,同時也是科技走向初步發(fā)展,以及文藝進步和教會權威逐漸衰弱的世紀。也正是在這樣的時代環(huán)境下,鈷元素終于剝離了偏見與誤解,成為現(xiàn)代科學邁進的重要見證。
▲輝鈷礦
在鈷進入科學家的視野之前,一個有趣的“誤會”推進了科學家對鈷的研究。據(jù)傳,1733年夏天,德國薩克森州的某礦床開采中心,礦工們圍在礦井口,遲遲不愿下井。
困擾他們的正式礦井下一種幽藍發(fā)亮的石頭。據(jù)說,這種石頭里住著妖魔,一旦與之接觸便會染上疾病。因此,這些礦工遲遲不肯下井采礦。無奈之下,礦主只好暫停生產(chǎn),并找了幾塊礦石寄給當時德國礦物學家兼醫(yī)生阿格里科拉。
這個含鈷的藍色礦石輝鈷礦CoAsS也第一次被記載在文獻當中,被稱為kobalt,德文愿意為妖魔。
之所以獲得如此稱謂,除了盛傳的“妖魔說”之外,還在于阿格里科拉也無法破解鈷的奧秘。20年后,瑞典化學家格·布朗特再次開始了對這種鈷礦的研究。
▲阿格里科拉像
他發(fā)現(xiàn),把礦石加熱到500℃時,礦石中分離出一種具有光澤的灰色物質。這種物質常溫下不與水反應,在潮濕的空氣也不會氧化。它很硬但很脆,加熱到約1200℃時,原有的磁性奇跡般消失了。
在當時的科學認知之下,任何金屬遇水都會氧化,因而格·布朗特認為這種灰色物質極有可能是一種新的化學元素。
他將“Kobald”轉化為“Cobalt”,意為“壞精靈”,元素符號為“Co”。又經(jīng)過一代科學家的探索,終于得到了純鈷,并確定了鈷是一種金屬元素的事實。
至此,也終于化解了47年前礦工們的恐懼。鈷被確定為對人體沒有顯著傷害,而是含鈷30%左右的輝鈷礦加熱后生成的硫或砷的化合物都有劇毒。
若干年后,接著西學東漸之風,西方科學開始逐漸滲透到我國,西方對鈷的研究也借此傳到我國。清朝末年的科學家將“Co”譯為“鈷”,沿用至今。
現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,讓鈷的“才能”得到了最大限度的發(fā)揮。除了繼續(xù)在顏料上的應用外,鈷的物理、化學性質決定了它是生產(chǎn)耐熱合金、硬質合金、防腐合金、磁性合金和各種鈷鹽的重要原料。
此外,鈷還被廣泛應用于電池行業(yè)。1980年,電池之父首次將鈷應用在了電池領域,該電池被稱之為鈷酸鋰離子電池。該電池有效解決此前電池的安全問題,被廣泛應用在手機、電腦、充電寶甚至電動汽車上。
自智能手機之后,新能源汽車在全球范圍內(nèi)的崛起,掀起了鈷的全球爭奪戰(zhàn)。電動汽車關于含鈷電池日益上升的需求與不斷消耗的少有存量,碰撞出不少有關于鈷的精彩故事。
“去鈷”運動
在故事開講之前,有兩個必須要交代的背景。其一,鈷雖然被在各個領域被廣泛應用,但卻是存量極少的稀有金屬。
一億年前一顆含鈷的小行星撞擊地球,在非洲地表上砸出一個盆地,形成了現(xiàn)在的剛果盆地。這顆行星的到來,讓一億年后的剛果金成為全球鈷資源的爭奪火力點。
目前全球鈷的總含量約700萬噸,其中二分之一的鈷都存在于剛果金境內(nèi)。幾乎可以如此論斷:誰掌握了剛果金鈷礦的開采權,誰便扼住了當前電池技術的咽喉。
另外一個背景是,在世界范圍內(nèi)節(jié)能減排共識的達成,讓電動化浪潮成為汽車行業(yè)的新風潮。而電動汽車的核心又聚焦在電池之上,鈷則是動力鋰離子電池的重要成分,且價格極為昂貴,約占整個動力鋰離子電池成本的10%。
基于鈷礦的奇缺與價格的昂貴,再加上鈷在剛果金開采的過程中往往會侵犯人權,目前動力鋰離子電池領域“去鈷化”成為行業(yè)研發(fā)的方向。
2020年開年不久,特斯拉便宣布將采用寧德時代的“無鈷”電池。這是特斯拉多年來“蓄謀已久”的一次合作。馬斯克早就宣稱,他們將在下一代電池中完全拋棄鈷,改變“帶血的電池”這一名聲。
如今,供應特斯拉Model3的電池鈷含量已經(jīng)下降至不到3%;松下也宣布了將研發(fā)無鈷車用級電池,并將三元鋰離子電池正極材料中的鈷含量減少到10%;IBM甚至提出,它已經(jīng)提出了一種新的電池技術,該技術使用從海水中提取的材料并且不要鈷。
我國電池廠商比亞迪也宣布了將三元電池鎳鈷錳的比例調(diào)整至8:1:1,寶馬有望在2021年采用該配方比例的電池。此前,主流三元電池鎳鈷錳的配比是5:2:3,而后逐漸提高鎳的比例、減少鈷的用量,比例達到6:2:2或8:1:1。
有預計顯示,未來低鈷電池將占據(jù)電動汽車電池總量的7%,到2030年這一比例將上升至57%。
即便在各大車企和電池廠商、科技公司的圍剿之下,去鈷化運動依然進展緩慢,原因在哪里?
在于目前技術之下,鈷在動力鋰離子電池中的不可替代性。一個有意思的現(xiàn)象是,松下雖然喊出了去鈷化的口號,但卻訂購了3倍于此前鈷的用量。這從側面體現(xiàn)了鈷的不可替代性,有人甚至將其稱之為“新時代的石油”。
鈷是動力鋰離子電池的穩(wěn)定元素,鈷減少后,電池的生命周期也會縮短,安全性也隨之降低。這是目前811電池雖然有高續(xù)航而被詬病安全性差的原因所在。
那么問題來了,寧德時代供應給特斯拉的“無鈷”電池,是如何做到的呢?真相只有一個,寧德時代供應給特斯拉的“無鈷”電池,并非三元鋰離子電池系列,而是其重要的競爭對手磷酸鐵鋰離子電池。
那么,新型的無鈷電池究竟什么時候到來呢?從工程的角度來看,解決無鈷化電池的安全問題和生命周期問題是非常具有挑戰(zhàn)性的?;鶞实V物情報公司分析師羅爾斯稱,當前的NCA(鎳、鈷、鋁)技術還將在未來10年內(nèi)主導產(chǎn)業(yè)。
從技術角度講,在鎳鈷錳的比例為8:1:1時,電池300瓦時/公斤的能量密度已經(jīng)達到‘天花板’,這個‘天花板’可能未來十年都無法突破。杉杉股份有限公司副總裁孫曉東曾表示。
目前動力鋰離子電池行業(yè)還對鈷保持著巨大的需求。根據(jù)SMM全球鈷供需平衡表,2019年全球鈷供應16.34萬噸,2020年受估計低迷影響,供應約為16.33萬噸,需求15.51萬噸,供過于求0.82萬噸。
因此,這波再度掀起于2020年年初的“去鈷化”浪潮,在沒有實質性技術革新的情況下,或許只是一次喊出技術趨勢的口號,更像是主導輕鈷而重磷酸鐵鋰的一次資本化運作。
目前來看,鈷的價值不可被低估,而這一優(yōu)勢能保持多長時間,尚無法做出論斷。在歷史長河中被人類運用了2000年的鈷,未來又將如何漂泊?