近幾十年來，消費(fèi)產(chǎn)品越來越依賴于電池供電。這種轉(zhuǎn)變也發(fā)生在電動(dòng)汽車和智能基礎(chǔ)設(shè)施等新產(chǎn)品類別中。對電池技術(shù)的依賴導(dǎo)致鋰、鋅、鈷和錳等原材料的開采呈指數(shù)級增長。近年來，開采和處理如此大量的金屬對環(huán)境造成越來越大的污染。本文考察了這種情況的短暫性，并認(rèn)為無處不在的微能量收集可以成為以整體方式解決問題的有前途的解決方案。

廢電池污染

據(jù)Business Insider稱，過去5年鋰年產(chǎn)量翻了一番多；其提取具有嚴(yán)重的環(huán)境后果 (1, 2)。在智利、剛果和西藏，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、水污染和土地退化的不可逆轉(zhuǎn)的破壞迫使數(shù)十萬當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)成員放棄他們的祖?zhèn)魍恋?(15)。與此同時(shí)，近年來處理如此大量的電池正成為一項(xiàng)重大的環(huán)境挑戰(zhàn)。

每年處理 150 億個(gè)原電池，我們污染了超過 30 萬平方公里的土地，大約相當(dāng)于德國的面積 (7)。

澳大利亞國立大學(xué)的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)研究 (3) 發(fā)現(xiàn)，電池處理對海洋生態(tài)具有極其有害的影響。一節(jié) AAA 原電池可污染多達(dá) 400 升的水和 20 平方米的土地。丟棄電池的不良影響往往超出環(huán)境影響，僅在美國，每年就有超過 3500 例兒童吞食紐扣電池的報(bào)告 (9)。隨著我們對電池的依賴逐年增加，這些影響只會(huì)變得更糟。

圖 2：鋰產(chǎn)量

智能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展在很大程度上依賴于無處不在的傳感器，這些傳感器通常由堿性一次性電池供電。Statista 預(yù)測到 2025 年將有超過 700 億臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。考慮到電池需要的能量是其所能提供的能量的 50 倍，因此延長我們使用的每個(gè)電池的使用壽命至關(guān)重要。

最近的可持續(xù)發(fā)展趨勢

最近的消費(fèi)趨勢和對可持續(xù)產(chǎn)品和服務(wù)的需求已經(jīng)開始扭轉(zhuǎn)潮流。Globenews 認(rèn)為，客戶忠誠度將受到公司對可持續(xù)發(fā)展承諾的高度控制 (5)。現(xiàn)代消費(fèi)者甚至愿意支付溢價(jià)以換取較低的環(huán)境足跡 (6)。

最近對不同人群進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查表明，三分之一的人愿意為可持續(xù)產(chǎn)品支付比原價(jià)高 25% 的價(jià)格。研究發(fā)現(xiàn)，與其他年齡組相比，Z 世代愿意多支付 50% 到 100%。

這導(dǎo)致了對負(fù)責(zé)任的電池生命周期管理的一系列研究。最常見的方法之一是全球范圍內(nèi)的合法回收框架 (10, 11)。歐盟的綠黨/全民教育聯(lián)盟 (16) 也提出了類似的政策：

“必須確保歐洲向可持續(xù)發(fā)展過渡的一個(gè)關(guān)鍵行業(yè)是電池。我們需要電池生產(chǎn)和（再）使用的可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)，以及市場上所有電池的完全回收義務(wù)。然而，它們并不是特別成功，這從微不足道的 5% 電池回收率中可以看出。” – Sven Giegold，全民教育

然而，綠黨/全民教育委托的學(xué)術(shù)研究發(fā)現(xiàn)了如此低的回收率背后的各種原因。鋰回收的潛在范圍可能很復(fù)雜，因?yàn)檫@種材料具有毒性、高反應(yīng)性和易燃性。由于非常低的收集率和有缺陷的廢物立法，它往往被焚燒或最終被填埋。低收集率、低且波動(dòng)的鋰市場價(jià)格以及相對于初級生產(chǎn)的高回收成本導(dǎo)致鋰回收的缺乏（17）。

能量收集的影響

看待這個(gè)問題的另一種方法是專注于延長電池壽命，而不是試圖提高回收率和流程。在某些消費(fèi)產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施中，可充電電池的能量收集是一個(gè)很有前途的領(lǐng)域，它可以顯著延長電池壽命，同時(shí)降低總擁有成本。此處的能量收集是指有效利用環(huán)境能源（如太陽能、溫度梯度、射頻和振動(dòng)）為設(shè)備供電。消費(fèi)電子公司正在認(rèn)識(shí)到這一優(yōu)勢并將能量收集整合到他們的產(chǎn)品路線圖中：

“如果不能正確回收，原電池會(huì)對環(huán)境造成很大危害。為了減少來自消費(fèi)電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)傳感器的電池廢物污染，應(yīng)該考慮使用壽命更長的可充電單元。將能量收集與可充電電池解決方案相結(jié)合，可以顯著減少環(huán)境足跡和總擁有成本。” – Gary Tu，全球銷售，長虹電器

它不僅通過減少被丟棄的原電池?cái)?shù)量來幫助環(huán)境，而且還通過降低原材料的開采量來幫助環(huán)境，因?yàn)楫?dāng)前的電池壽命更長。我們的長期目標(biāo)應(yīng)該是以盡可能少的環(huán)境足跡有效利用自然資源。

這方面的一個(gè)例子是無處不在且不可疑的遙控器。目前全世界有超過 20 億個(gè)電視遙控器 (8)。據(jù)索尼稱，平均電視遙控器電池的使用壽命不到 6 個(gè)月 (13)，相當(dāng)于每年丟棄 40 億塊原電池。當(dāng)包括空調(diào)、音樂系統(tǒng)等其他設(shè)備的遙控器時(shí)，這個(gè)數(shù)字甚至更高。在許多情況下，仔細(xì)實(shí)施能量收集可以無限期地延長電池壽命，從而消除更換電池的需要。TW Electronics 等領(lǐng)先的電視遙控器制造商已經(jīng)開始努力，不僅要減少環(huán)境足跡，還要改善消費(fèi)者體驗(yàn)：

“電視遙控器幾乎總是由原電池供電，但我們看到近年來對可充電解決方案的需求不斷增加。環(huán)保是歐洲和北美每個(gè)主要運(yùn)營商的首要需求。在 TW Electronics，我們正在開展多個(gè)項(xiàng)目，以在不久的將來減少消費(fèi)電子產(chǎn)品的碳足跡。能量收集是減少電池廢物造成的環(huán)境污染的有前途的方法之一。它還無需定期更換或充電電池，從而提供更好的消費(fèi)者體驗(yàn)。” – Andy Hopkins，TW Electronics 銷售總監(jiān)

當(dāng)我們考慮電子貨架標(biāo)簽 (ESL) 時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)類似的環(huán)境效益。一家雜貨店在任何給定時(shí)間平均銷售大約 30,000 件商品 (14)。考慮到 ESL 電池的典型使用壽命為 3 年，這意味著您當(dāng)?shù)氐某忻磕陼?huì)丟棄大約 10,000 塊電池。在全球范圍內(nèi)，ESL 市場預(yù)計(jì)到 2025 年將增長超過 2B 美元 (12)，這大致轉(zhuǎn)化為銷售量超過 5 億臺(tái)。使用正確的能量收集解決方案，典型的 ESL 電池壽命可以延長到超出 ESL 本身的壽命。從長遠(yuǎn)來看，這會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。

遠(yuǎn)離消費(fèi)電子產(chǎn)品，通過在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域整合能量收集可以實(shí)現(xiàn)重大的積極影響。更希望利用自然產(chǎn)生的環(huán)境能量為遠(yuǎn)程傳感器供電，而不是通過電纜或可更換的堿性電池為其供電。Statista 預(yù)計(jì)到 2023 年底將有 215 億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這大致相當(dāng)于許多額外的原電池。平均市售電池壽命為 5 年，我們每年將更換和丟棄超過 40 億個(gè)電池。通過能量收集，可以大大減少廢棄電池的數(shù)量，從而對世界生態(tài)產(chǎn)生積極影響。下圖提供了在上述情況下集成能量收集的綜合環(huán)境效益。

圖 3：能量收集對環(huán)境的積極影響

從上圖可以明顯看出，能量收集的廣泛采用可以對環(huán)境和總擁有成本產(chǎn)生重大的積極影響。有不同的方法可以降低我們對環(huán)境的影響，例如有效的回收技術(shù)、新的制造方法、可持續(xù)材料的選擇等。能量收集是從整體上解決這個(gè)問題的有前途的方法之一。

能量收集不僅減少了最終進(jìn)入垃圾填埋場的電池?cái)?shù)量，還降低了開采原材料的數(shù)量，從而改善了整個(gè)價(jià)值鏈。

主要電池制造商已經(jīng)認(rèn)識(shí)到清潔能源的重要性并對整個(gè)供應(yīng)鏈產(chǎn)生積極影響。松下環(huán)境愿景 2050 狀態(tài) —

“為了實(shí)現(xiàn)更美好的生活和可持續(xù)的全球環(huán)境，松下將致力于創(chuàng)造和更有效地利用超過能源使用量的能源，旨在建設(shè)一個(gè)擁有清潔能源和更舒適生活方式的社會(huì)。”

當(dāng)我們能夠有效地收集和利用我們周圍的環(huán)境能量時(shí)，我們只能想象所獲得的環(huán)境和其他利益的規(guī)模。

審核編輯 黃昊宇