バッテリーのリサイクルが主導権を握る

電動モビリティが世界的に増加するにつれて、電気自動車（EV）バッテリーの必要性も同様です。 この需要によりバッテリー生産が大幅に増加し、2030 年までに世界中で年間 5 テラワット時 (TWh) を超えるギガファクトリーの生産能力が見込まれています。また、EV バッテリーの生産量も大幅に増加しており、EV のバッテリー生産量は寿命に近づくにつれて 100 個を超えています。今後 10 年以内に 100 万台の車両用バッテリーが廃止されると予想されます。1MCFM BI 推定。 化石燃料ベースから電気モビリティへの移行は、環境にとっても、多くの消費者の財布にとっても明らかにプラスですが、交通システムを徹底的に見直すには、新しいサプライチェーンの設計と拡張が必要です。 この課題には、化石燃料および内燃機関 (ICE) 自動車業界よりも安定し、回復力があり、効率的で持続可能なサプライ チェーンを拡大する機会が伴います。 バッテリーのリサイクルは、その機会を追求するための鍵となります (補足記事「バッテリーの第二の命: 追加の収益源」を参照)。

この記事は、マッキンゼーの先進産業プラクティスからの見解を代表する Andreas Breiter、Martin Linder、Thomas Schuldt、Giulia Siccardo、Nikola Vekić による共同作業です。

大規模なEVへの移行が進んでいる中国、ヨーロッパ、米国では、リサイクルに適したバッテリー材料のほとんどが依然として、ラップトップやその他の家庭用品に含まれる家電製品のセルや、電池から発生するセル製造スクラップから得られています。品質管理を通過していない欠陥のあるバッテリー。 新しいバッテリー工場の立ち上げ時のセル製造スクラップの割合は 30% に達するため、EV バッテリーの製造が本格化する市場では、リサイクルのための重要な量源が進化しています。 中国など、EV の導入がしばらくの間普及している市場では、使用済みの EV バッテリーの量が多くなります。 しかし、世界的には、使用済みのEVバッテリーの量が追いつくまでに増加する2030年までは、生産スクラップがリサイクル用のバッテリー材料の主な供給源であり続ける可能性が高い（図表1）。

二次使用システムに組み込むには小さすぎる家庭用電化製品のバッテリーや、バッテリーとして使用できないセル製造のスクラップとは異なり、耐用年数が終了した EV バッテリーは有益に再製造され、他の用途に再利用できます。 これにより、バッテリーがリサイクルされる前に、バッテリー所有者に追加の収益源が生まれます。 EV の寿命に達すると (通常は 10 ～ 15 年または 200,000 マイル以上の走行後)、EV バッテリーは、特に定置用バックアップ電源など、サイクル要求がそれほど厳しくない、収益性の高いセカンドライフ用途を見つけることができます。 EV。 こうしたセカンドライフの用途に適したバッテリーは、リサイクルされるまでにこの回り道を通る可能性がありますが、価値を最大化するアプローチをとる場合、最終的にはすべての EV バッテリーがリサイクルプロセスに投入されるはずです。

これは特に、低価値の入力を使用する化学物質 (リチウム-リン酸鉄正極など) と比較して、高価値の入力をベースとする化学物質 (ニッケル-マンガン-コバルト酸化物正極など) を使用するバッテリーに当てはまります。景気、地政学的な衝撃、規制は、たとえニッケルやコバルトを含まない電池であっても、リサイクルのビジネスケースを変える可能性を秘めています。

この記事では、バッテリーリサイクルの成長につながった市場の背景、共通の技術経路とビジネスモデル、この分野の成功要因について考察します。 私たちの研究はバッテリーのリサイクルに重点を置いていますが、バッテリーの循環経済の潜在的な範囲を理解することで、持続可能な成長を促進するために、エネルギーや輸送の内外の他の産業でも採用できるサプライチェーンのアプローチに光が当たることがわかりました。

バッテリーリサイクル業界の成長を促進するさまざまな手段が次のとおりです。

技術の進歩プロセスが拡大し成熟するにつれて、より高い回収率が可能になり、温室効果ガスの排出量が削減され、経済性が向上します。 さらに、EU の欧州電池同盟や米国国立科学財団の第 2 段階中小企業イノベーション研究助成金など、各国政府からの研究およびイノベーション プロジェクトの助成金がリサイクル技術の進歩を促進しています。2「欧州電池同盟」、欧州委員会、10 月2017年; 「中小企業向けプログラム」、国立科学財団。

サプライチェーンの安定性に関する考慮事項安定した価格で地元の（リサイクル）原材料量を確保したいと考えているさまざまな自動車 OEM やセル生産者によって優先されています。 例えば、VW は米国の Redwood Materials と提携し、GM は Li-Cycle および Cirba Solutions と提携しています。3「VW Group of America と Redwood Materials は EV バッテリーのリサイクルのためのサプライチェーンを構築します」、VW AG 米国メディア サイト、2022年7月12日。 Cirba Solutions とゼネラルモーターズは、持続可能なバッテリーのサプライチェーンのサポートを支援するために、EV バッテリーのリサイクルに関する協力を拡大します」、GlobalNewswire、2022 年 11 月 2 日。

脱炭素化と倫理的なサプライチェーン目標自動車 OEM によって設定される前者は二酸化炭素排出量が約 4 分の 1 であるという特徴があるため、新たに採掘されたバッテリー材料よりもリサイクルされたバッテリー材料が好まれる結果となり、その結果、バッテリーセル容量のキロワット時 (kWh) あたりの二酸化炭素排出量が 25% 以上削減されます。製作した（別紙２）。 さらに、国内のリサイクル業者から調達することで、紛争地域から調達された原材料や児童労働で抽出された原材料、あるいはその両方による主要な需要の創出を回避できます。 私たち自身の調査によると、結果としてリサイクル業者は「グリーン原材料プレミアム」を利用できる可能性さえあります。

規制上のインセンティブ2022 年米国インフレ抑制法により、リサイクルされたバッテリー材料 (リチウム、コバルト、ニッケルなど) は、たとえそれらの材料が国内で使用されていたとしても、国内材料条項を通じて利用できる大幅な税額控除の対象となることが認められています。もともと米国または米国が自由貿易協定を結んでいる国で採掘されたものではありません。

規制圧力は組織のリサイクルをさらに奨励しています。 たとえば、EU は自動車 OEM に対し、自動車所有者の使用済みバッテリーを引き取ることを義務付ける使用済み自動車指令を制定しました。 EU の Fit for 55 パッケージは、バッテリーの二酸化炭素排出量の公表を義務付けるとともに、新品バッテリーのリサイクル含有量の最小要件を含む収集およびリサイクル目標を設定することにより、リサイクルに対する OEM の関心をさらに促進しました。4」EU 環境評議会は、バッテリーの二酸化炭素排出量の公表を義務付け、リサイクルに対する OEM の関心をさらに高めています。 「より持続可能なバッテリー」、ドイツ連邦環境・自然保護・原子力安全・消費者保護省、2022年3月17日。米国では、カリフォルニア州（リチウムイオン自動車バッテリーリサイクル諮問グループ）とテキサス州の規制への取り組み(EV バッテリーの再利用およびリサイクル諮問グループ) は最近、バッテリーのリサイクルに向けた規制措置にさらに影響を与えると予想される推奨事項を提供しました。5「リチウムイオン自動車バッテリー リサイクル グループ」、カリフォルニア環境保護庁、2019 年。 「EU バッテリーの再利用およびリサイクル諮問グループ」、テキサス州環境品質委員会。

最も一般的に使用されている 2 つのバッテリー リサイクル技術経路があり、さらに革新的なリサイクル方法が研究開発中です。

使用済みバッテリーが収集され、リサイクル施設で受け取られると、最初にテストされ、放電され、分解されます (図表 3)。 この時点で、分解されたバッテリーは「破砕」と呼ばれるプロセスを経ます。 これは通常、有機部分（プラスチックなど）などの不純物を除去し、電極活物質と集電箔の分離を最適化し、有価金属の相を還元状態に変化させるための、破砕前または破砕後の電池の熱処理で構成されます。湿式冶金処理の効率を最適化するための形状。 サイズ、形状、磁性、密度、導電率などのバッテリーコンポーネントの物理的特性を利用したさまざまなスクリーニングおよび選別ステップの後、このプロセスでは、ニッケル、コバルト、ニッケル、コバルト、ニッケルなどの貴重な材料を含む粉末である「黒色塊」を含む複数の材料画分が得られます。リチウムとグラファイト。 あるいは、熱を使用せずに機械的前処理を行うこともでき、通常はより多くの不純物を含む、より複雑な黒色の塊の組成が得られます。

黒塊が生成されると、通常は次の 2 つの処理方法のいずれかが使用されます。

湿式冶金処理:ふるい分けされた黒い塊は酸で徹底的に処理され、金属が溶解されます。 一連のいわゆる「溶媒抽出」、「結晶化」、および「沈殿」ステップによりさまざまな金属イオンが分離され、硫酸ニッケルや炭酸リチウムなどの電池用材料の製造に使用できます。 熱処理された黒色の塊は、主に有機物（溶剤、結合剤など）が存在しないため、このプロセスの好ましい原料となります。 湿式冶金処理と組み合わせた機械的前処理は、複雑ではあるものの実行可能なプロセスとなり、高い材料回収率とバッテリーグレードの品質の製品を達成するためにより多くの試薬が必要になります。

乾式冶金処理:乾式冶金リサイクルでは黒色塊を原料として使用できますが、湿式冶金処理とは異なり、必ずしもそれを必要とするわけではありません。 通常、バッテリーは炉で直接精錬され、コバルト、ニッケル、銅が合金の形で回収されますが、他の成分はほとんどがスラグ（リチウム、アルミニウム、シリコンなど）として残ります。 続いて、製造された合金は比較的単純な湿式製錬法でさらに処理されて原料が抽出され、電池前駆体の製造に備えた電池金属塩が生成されます。 乾式冶金処理は通常、ニッケル、コバルト、銅の回収率が非常に高い堅牢なプロセスとして操作できますが、多くの材料が燃焼またはスラグ内で失われるため、湿式冶金処理と組み合わせた機械的前処理と比較して総材料回収率は低くなります。 さらに、このプロセスには高度なガス洗浄システムが必要です。

より革新的なリサイクルプロセス:直接リサイクルや水力からカソード活物質へのリサイクルなど、さまざまなリサイクル方法が現在、研究、開発、商品化の段階にあります。 これらの新しいリサイクル経路は、材料回収率の向上、エネルギーと試薬の消費量の削減、排出量と廃水の削減を目的としています。 たとえば、ヨーロッパと米国の研究プロジェクトはどちらも、リサイクルプロセス中またはリサイクルプロセス後に現在焼却されているか埋め立て地に送られている黒鉛を回収する効果的な方法として、鉱業で通常使用される金属濃縮方法である泡浮選法を提案しています。 バッテリーの重量の約 15 ～ 25 パーセントを占める成分であるグラファイトの回収は、2025 年までに 65 パーセント、2030 年までに 70 パーセントの材料回収を義務付ける最近提案された EU 規制のもとでの要件となる可能性があります。6」新しい EU 規制の枠組み電池について」、欧州議会、2022 年 3 月。

回収から金属回収に至るバッテリーリサイクルのバリューチェーン全体の収益は、2040年までに世界中で年間950億ドル以上に成長すると予想されています。主に、回収された金属の価格、予想されるバッテリーセル化学の採用、サプライチェーンの地域化などによって決まります。 バッテリー材料 1 トン当たりに生み出される金銭的価値は、早ければ 2025 年までに約 600 ドルに近づく可能性があります (図表 4)。 将来的には、価値創造の可能性が第一次金属産業と同様のレベルにまで成長すると予想されており、価格の動向によっては約 30% になります。7MineSpans by McKinsey。

バッテリーリサイクルの収益を牽引するのは、回収された原材料の売上高は、通常、原材料の価格×バッテリーあたりの質量含有量×バッテリー内の各金属の回収率で構成されます。 現在、自動車 OEM は廃棄業者に代金を払ってスクラップまたは使用済みバッテリーを引き取っており、バッテリーの所有権は完全に移転されています。 将来的には、バッテリーのリサイクル業者は、OEM が回収された原材料の管理を維持しながら、リサイクル業者がバッテリーのリサイクル サービスに対して料金を請求する有料モデルに移行する可能性があります。 あるいは、自動車 OEM は、バッテリーのスクラップや使用済みバッテリーを、それらのバッテリーの原材料の価値がリサイクルコストとマージンを上回っているリサイクル業者に販売することもあります。

リサイクルされるバッテリー (「原料」) を調達するコストに加えて、リサイクル業者の収益性に重大な影響を与える可能性のある追加のコストとそれに関連する運用上の決定が存在します。

バッテリーを回収、テスト、リサイクルするには、リバースサプライチェーン全体を構築する必要があります。 そして企業はそれを促進するためにさまざまなビジネスモデルを追求しています。

バッテリーリサイクル分野にはさまざまなビジネスモデルが存在します。 これらの企業は、個々のバリューチェーンのステップ（シュレッダー処理など）をカバーする企業から、使用済みバッテリーのリバース・ロジスティクスからバッテリー材料の精製までのすべてのバリューチェーンのステップをカバーする統合企業まで多岐にわたります。 ここ数年、自動車 OEM がバリュー チェーン全体のさまざまな企業を自ら管理するのではなく、エンドツーエンドのリサイクル製品への関心が高まっているため、統合と統合の傾向が見られます。 統合企業は、組織統合のレベルに応じて、次の 3 つの原型に特徴付けることができます。

バッテリーリサイクル市場は急速に成長しているものの、まだ成熟には程遠く、市場のリーダーシップはまだ強固になっていません。 欧州市場だけでも、バッテリーリサイクル関連の発表が40件以上行われている。 同様のパターンが米国でも出現しつつある。 使用済みバッテリーや生産スクラップの入手可能性が高まっているため、リサイクル市場がより成熟している中国でさえ、トッププレーヤーは市場の最大 15 パーセントしか支配していません。 私たちは、バッテリーリサイクル業者がバッテリーリサイクル市場で優位性を維持または獲得するために採用できる 3 つの重要な手段を特定しました。

原料への十分なアクセスを確保する : バッテリーリサイクル業者は、長期的な成長の可能性を備えた有意義な短期規模を生み出すのに十分な量を確保する必要があります。 これは、生産スクラップについてのバッテリーセル生産者との契約、および将来の使用済みバッテリーパックについての自動車 OEM との契約の形を取ることができます。

リサイクルバリューチェーンに沿ってパートナーシップを構築する: まだ垂直統合されていないバッテリーリサイクル業者は、より魅力的なエンドツーエンドのソリューションを自動車 OEM に提供できるように、クロスバリューチェーンのエコシステムの構築を検討する可能性があります。

バッテリー設計のトレンドを常に把握しながら、技術的パフォーマンスに投資します。 OEM は実証済みの材料回収率、製品品質、プロセス効率に基づいてリサイクルの選択を行っているため、優れたパフォーマンスを提供できる技術的経路への投資が不可欠となります。 そうは言っても、EV バッテリーは標準化の段階には程遠いため、技術投資は、リサイクル業者が協力している、または協力を検討している OEM の研究開発チームと緊密に連携して調整する必要があります。 たとえば、OEM が検討している可能性のあるバッテリーの化学的性質やパック設計の変更計画に関する情報や、リサイクル プロセスのさまざまなステップの資源集約度に関する情報を交換することで、技術的および設計上の決定を簡素化する道が開かれる可能性があります。バッテリーをリサイクルする方が収益性が高くなります。 「持続可能性のための設計」には、バリューチェーン全体で調整し、リサイクル業者の直接の範囲外のプロセスについて洗練された理解を発展させる努力が必要ですが、パートナーシップとサプライチェーンを大幅に強化できます。

リサイクルしなければ、バッテリー材料は電動化にとって重大なボトルネックのままになると予想されます。 このように、EV バッテリーのリサイクル部門の成長と収益性は、内燃式の世界から電気式の世界への重要な移行のペースを左右する可能性を秘めています。

ありがたいことに、EVバッテリーのリサイクルによる潜在的な価値創造は2040年までに年間950億ドルに達し、自動車OEM、バッテリーOEM、投資家の注目を集めています。 この分野では今後も多くの動きが続くと予想されますが、大規模なオフテイク契約の策定、バリューチェーンのギャップを埋めるための提携と投資、技術と設計の効率化を推進するための原料サプライヤーとの協力は、業界リーダーを際立たせることになります。 現時点で明らかなことは、自動車セクターにとって、EVのサプライチェーン拡大への道は直線的なものではなく、循環的なものになる可能性があるということだ。

アンドリュー・ブローダーマッキンゼーのベイエリアオフィスのパートナーです。トーマス・シュルトコンサルタントです。マーティン・リンダーミュンヘンオフィスのシニアパートナーです。ジュリア・シカルドニューヨークオフィスのパートナーです。 そしてニコラ・ヴェキッチブリュッセル事務所のコンサルタントです。

著者らは、Isabella Avelar、Deston Barger、Johan Bracht、Luca Buscaglione、Nicolo Campagnol、Erik Dellborg、Jonas DeMuri-Siliunas、Jacob Fleischmann、Scott Glover、Nicolas Goffaux、Xenia Greenhalgh、Yunjing Kinzel、Friederike Liebach、Connor Mangan、に感謝します。この記事への貢献については、Alexandre van de Rijt、Patrick Schaufuss、Monica Wang に感謝します。