02.24 從妖魔到“石油”,鈷翻身的2000年

從妖魔到“石油”,鈷翻身的2000年

鏡頭掃過一片焦黃的土地,一群孩子正在泥土裡忙活。

這並不是孩童們玩泥巴的的遊戲,而是一份關係著一家人生存口糧手工採鈷的工作。他們只有開採到更多的鈷,才能換來一天的吃食,並且承擔著體內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髮生的實況寫照。即便因開採鈷而導致的僱傭童工、環境汙染等問題受到國際的廣泛質疑批評,但以礦業開採為經濟支柱的剛果金也不得不沿用這一方法,如果停止使用人工,甚至還會遭到抗議。

從妖魔到“石油”,鈷翻身的2000年

這些被開採出來的鈷,首先會被送往工廠精煉,接受由電池生產商製成電池,最後被運到汽車汽車工廠進行組裝,最終為運行在公路上的電動車產品提供充足的動力。

這套圍繞著鈷而形成的完整產業鏈條,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業走向的關鍵元素。

除了電池產業外,鈷還在製取合金、顏料、醫療、航空航天等多個領域發揮著關鍵作用。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,要追溯到現代科學對此進行深入研究的一千多年前。

中國古代對鈷的應用,最早可以見於唐三彩器中。彼時,鈷藍作為著色顏料十分名貴,只見於少量唐三彩之中,此類著鈷藍的唐三彩也被後世推崇備至,有“三彩掛藍,價值連城”的美譽。

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隨著中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,出現了被命名為“祭藍釉”的高溫藍釉品種。如今成為中國元素象徵的青花瓷,也正是因為鈷元素的應用,而得以呈現出別樣的紋路圖案。

在鈷元素在古代中國被廣泛應用於瓷器燒製中的同一時期,古羅馬和古希臘人曾用輝鈷礦來製作深藍色的玻璃。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製作的。

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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。直至一千多年後,現代科學的萌芽成熟,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世紀是地理大發現、殖民主義發展的一個世紀,同時也是科技走向初步發展,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境下,鈷元素終於剝離了偏見與誤解,成為現代科學邁進的重要見證。

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▲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。據傳,1733年夏天,德國薩克森州的某礦床開採中心,礦工們圍在礦井口,遲遲不願下井。

困擾他們的正式礦井下一種幽藍髮亮的石頭。據說,這種石頭裡住著妖魔,一旦與之接觸便會染上疾病。因此,這些礦工遲遲不肯下井採礦。無奈之下,礦主只好暫停生產,並找了幾塊礦石寄給當時德國礦物學家兼醫生阿格里科拉。

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,德文願意為妖魔。

之所以獲得如此稱謂,除了盛傳的“妖魔說”之外,還在於阿格里科拉也無法破解鈷的奧秘。20年後,瑞典化學家格·布朗特再次開始了對這種鈷礦的研究。

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▲阿格里科拉像

他發現,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,在潮溼的空氣也不會氧化。它很硬但很脆,加熱到約1200℃時,原有的磁性奇蹟般消失了。

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”。又經過一代科學家的探索,終於得到了純鈷,並確定了鈷是一種金屬元素的事實。

至此,也終於化解了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%左右的輝鈷礦加熱後生成的硫或砷的化合物都有劇毒。

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若干年後,接著西學東漸之風,西方科學開始逐漸滲透到中國,西方對鈷的研究也藉此傳到中國。清朝末年的科學家將“Co”譯為“鈷”,沿用至今。

現代工業的飛速發展,讓鈷的“才能”得到了最大限度的發揮。除了繼續在顏料上的應用外,鈷的物理、化學性質決定了它是生產耐熱合金、硬質合金、防腐合金、磁性合金和各種鈷鹽的重要原料。

此外,鈷還被廣泛應用於電池行業。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。

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自智能手機之後,新能源汽車在全球範圍內的崛起,掀起了鈷的全球爭奪戰。電動車對於含鈷電池日益增長的需求與不斷消耗的少有存量,碰撞出不少有關於鈷的精彩故事。

“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,形成了現在的剛果盆地。這顆行星的到來,讓一億年後的剛果金成為全球鈷資源的爭奪火力點。

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目前全球鈷的總含量約700萬噸,其中二分之一的鈷都存在於剛果金境內。幾乎可以如此論斷:誰掌握了剛果金鈷礦的開採權,誰便扼住了當前電池技術的咽喉。

另外一個背景是,在世界範圍內節能減排共識的達成,讓電動化浪潮成為汽車行業的新風潮。而電動汽車的核心又聚焦在電池之上,鈷則是動力電池的重要成分,且價格極為昂貴,約佔整個動力電池成本的10%。

基於鈷礦的奇缺與價格的昂貴,再加上鈷在剛果金開採的過程中往往會侵犯人權,目前動力電池領域“去鈷化”成為行業研發的方向。

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2020年開年不久,特斯拉便宣佈將採用寧德時代的“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Model 3的電池鈷含量已經下降至不到3%;松下也宣佈了將研發無鈷車用級電池,並將三元鋰電池正極材料中的鈷含量減少到10%;IBM甚至提出,它已經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並且不需要鈷。

中國電池廠商比亞迪也宣佈了將三元電池鎳鈷錳的比例調整至8:1:1,寶馬有望在2021年採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,而後逐漸提高鎳的比例、減少鈷的用量,比例達到6:2:2或8:1:1。

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有預計顯示,未來低鈷電池將佔據電動汽車電池總量的7%,到2030年這一比例將增長至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,原因在哪裡?

在於目前技術之下,鈷在動力電池中的不可替代性。一個有意思的現象是,松下雖然喊出了去鈷化的口號,但卻訂購了3倍於此前鈷的用量。這從側面體現了鈷的不可替代性,有人甚至將其稱之為“新時代的石油”。

鈷是動力電池的穩定元素,鈷減少後,電池的生命週期也會縮短,安全性也隨之降低。這是目前811電池雖然有高續航而被詬病安全性差的原因所在。

從妖魔到“石油”,鈷翻身的2000年

那麼問題來了,寧德時代提供給特斯拉的“無鈷”電池,是如何做到的呢?真相只有一個,寧德時代提供給特斯拉的“無鈷”電池,並非三元鋰電池系列,而是其主要的競爭對手磷酸鐵鋰電池。

那麼,新型的無鈷電池究竟什麼時候到來呢?從工程的角度來看,解決無鈷化電池的安全問題和生命週期問題是非常具有挑戰性的。基準礦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年內主導產業。

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。

目前動力電池行業還對鈷保持著巨大的需求。根據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,供過於求0.82萬噸。

因此,這波再度掀起於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,而這一優勢能保持多久,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?


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