EVバッテリーサプライチェーンの脱炭素化

クリス・クロント

マッキンゼー・アンド・カンパニーのコンサルタントによる報告書は、電気自動車バッテリーのサプライチェーンからの二酸化炭素排出量の大幅な削減は今後5～10年で達成できるという楽観的なトーンを打ち出している。

同社の自動車・組立実務部門のメンバー5人が執筆した最近発表された報告書によると、現在OEM各社が愛用している大量のリチウムイオン電池の生産が、総生産排出量の40～60％を占めているという。 「電池の製造は、EVの製造に使用される他のすべての材料の製造と同じか、それ以上の排出量を発生させる可能性がある」と著者らは指摘した。

報告書によると、EVやICエンジン搭載車の車体を製造すると、5～10トンのCO2が排出されるという。 しかし著者らは、「今日の平均的なEVバッテリーの製造では、kWhあたり最大100kg（220ポンド）のCO2排出」、つまり典型的な70kWhバッテリーの場合は7,000kg（7.7トン）以上のCO2を排出すると推定している。 米国EPAによると、これは年間22mpg排出する一般的な自動車よりも40パーセント多いという。

全体として、このレポートは、電池メーカーが潜在的な最大の変化を実現するために次の 4 つの領域に焦点を当てることを推奨しています。

採掘と精製

活物質の製造

コンポーネントと物流

セル製造

SAEメディアは、マッキンゼーのフューチャーモビリティセンターのリーダー、アンドレアス・ブライター氏にこの報告書について語った。 同氏は、利益の多くは、世界的な業界の需要を満たすために建設する必要がある、規模に応じて200以上のバッテリーギガファクトリーの開発から得られる可能性があると述べた。

同氏は、新しい工場の二酸化炭素排出量削減に役立つ可能性がある最大の要因の2つは、エネルギー供給（報告書では4つの重点分野すべてについて「低排出電力」を挙げている）と立地であると述べた。 「エネルギーは二酸化炭素排出量の大きな部分を占めるため、新しいギガファクトリーは、カーボンニュートラルか、少なくとも二酸化炭素に優しいエネルギーがある場所に設置すれば役立ちます」とブライター氏は述べた。 「2番目の部分は、これらの工場をより地元に建設すれば助かるということであり、これが現在私たちが見ている傾向です。したがって、これらの工場は[現在]OEM組立工場と同じ場所に設置されていないことが多いですが、少なくとも地域内にあります」同じ地域、つまり、たとえば、同じ州内、または州境を越えた場所です。これにより輸送が削減され、国をまたいで、または海外から出荷する必要がなくなりました。比較的地元で製造することは、その意味で役に立ちます。 、かなり多いです。」

ブライター氏は、よりクリーンな電力を求める勢いは自動車業界を超えて高まっているようだと語った。 同氏は「半導体は脱炭素化に向かっている」と指摘した。 「そして、自動車メーカー自身も同様のことを行っています。彼らは現在、サプライチェーン全体の炭素を非常に綿密に追跡しています。再生可能エネルギー源を需要しているのであれば、これはこれらすべての業界を合わせた一般的な傾向にすぎないと思います。 「それにはお金を払う一定の意欲が必要です。そこには価値があるからです。そうすれば、間違いなく、そうすれば、実際にさらに多くの再生可能エネルギーを蓄えることができると思います。」

レポートでは、設計の選択、車両タイプ、対象範囲などのさまざまな要因に関する OEM の決定が、短期的な改善の主な可能性として上記の 2 つの要因に加わると強調しました。 また、メーカー各社は低炭素電池の生産を競争上の優位性とみなすケースが増えており、「一部の大手企業は二酸化炭素排出量をkWhあたり20kg（44ポンド）以下に削減することを目指している」と述べた。 これは、現在最も排出量の多い OEM の 10 分の 1 です。

レポートでは、業界が実現できるその他の「即効性」には次のようなものがあると述べています。

セル製造: 現在、電気以外の排出物のほとんどは電極の乾燥プロセスから生じており、このプロセスには 122 °F ～ 320 °F の温度が必要であると報告書は述べています。 この温度は、通常、天然ガスを燃焼させることによって達成されます。 ドライコーティングを使用するだけでなく、電気熱源に切り替えることにより、「またはポリフッ化ビニリデンなどの従来のバインダーから水溶性の代替品に切り替えることで、エネルギー消費とコストを大幅に削減できる可能性があります。」

リサイクル：報告書は、何百もの新しい工場が稼動し、生産されるスクラップの量によって最終的にリサイクルが費用対効果の高い取り組みになるだろうと述べています。 「リサイクルされたバッテリー材料の二酸化炭素排出量は、通常、他の原材料の二酸化炭素排出量の 4 分の 1 です」と著者らは書いています。

化学: このレポートでは、ニッケルマンガンコバルト (NMC) 電池のエネルギー密度が 30% ～ 40% 高いのに対し、「リン酸リチウム鉄 (LFP) 電池の予想充電サイクル寿命は長く、平均すると、二酸化炭素排出量が 15 ～ 25% 削減されます。」 報告書は、これはカソードに埋め込まれた放出が少ないためであると示唆しています。

この報告書で議論される可能性のある領域の 1 つは、バッテリーのサイズと車両の航続距離です。 現在、航続距離が最も長いEVは、1回の充電で405マイル（662キロ）以上走行できる。 そして 2022 年には、航続距離 300 マイル (483 km) を超えるEV モデルの数が 3 倍に増加しました。 しかし、米国の通勤者の 1 日の平均運転距離が 40 マイル (64 km) 未満であることはよく知られています。 報告書では、このデルタは明らかに十分に活用されていないリソースであるとしています。

同報告書は、中国で2021年に最も売れたEVは14kWhのバッテリーを搭載した武陵宏光ミニEVであると引用し、「排出量を削減する根本的な方法の1つは、消費者のニーズに合わせてより小型のバッテリーパックを製造することだろう」と示唆した。航続距離は 75 ～ 106 マイル (121 ～ 171 km) です。

ブライター氏は、現在の製品の範囲がユースケースに一致する業界のセグメントがあると述べ、「現在電動化されているラストマイル配送車両すべての範囲を見てみると、そのようなものは決してありません」と述べた。乗用車と同じくらい航続距離が長いです」と彼は語った。 「ラストワンマイルの配送車両は、多くの場合、約100マイル（161キロ）からの範囲で指定されています。これはユースケースには完全に十分です。そして、それらの車両は市内を一日中走行しています」とブライター氏は述べた。 同氏は、できれば消費者に、なぜそのような未使用の通信範囲にお金を払いたいのか尋ねるよう説得するような主張をするには、業界、メディア、政府による協調的なコミュニケーション努力が必要になるだろうと付け加えた。

この記事は、SAE Media Group 編集者の Chris Clonts によって書かれました。 さらに詳しい情報とレポートを読むには、ここにアクセスしてください。

この記事は、『Battery & Electrification Technology Magazine』2023 年 6 月号に初めて掲載されました。

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