華爾街日報》要讓電動車降價,答案在你的手機裡!一窺特斯拉前技術長的高難度新事業

2020-09-17 10:32

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斯特勞貝爾在內華達州建造大型回收工廠,目的是降低電動汽車電池的成本。目前的電動汽車依舊價格不菲。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

斯特勞貝爾在內華達州建造大型回收工廠,目的是降低電動汽車電池的成本。目前的電動汽車依舊價格不菲。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

幾乎每天都有卡車拉著舊iPhone和其他廢舊個人電子產品運抵內華達州卡森市的一個倉庫,工人們將它們拆開,取出電池,再剝出電池原材料。

在特斯拉(Tesla Inc.)技術智囊之一的JB・斯特勞貝爾(JB Straubel)眼中,這些廢品對推動電動車革命有著至關重要的作用,也是讓人人都買得起電動車的關鍵所在。

斯特勞貝爾曾長期擔任特斯拉首席技術長,他開創了鋰離子電池動力系統的設計,特斯拉如今能成為汽車產業估值最高的公司,斯特勞貝爾功不可沒。大約一年前斯特勞貝爾離開了特斯拉,自此之後一直在努力解決他之前的巨大成就帶來的一個難題:特斯拉和其源源不斷湧現的競爭對手們都需要電池為汽車供能,去哪裡找製造這些電池所需的鎳、鈷和鋰呢?

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依靠採礦和其他工藝從自然界中提取這些材料,不但成本高昂,困難重重,而且產量遠遠落後於預期需求。斯特勞貝爾的Redwood Materials公司另闢蹊徑,他們悄無聲息定下目標,要建立美國最大的汽車電池回收業務。44歲的斯特勞貝爾篤信自己能打造出一套快速高效的方法,收集並重新利用材料,顛覆具有數百年歷史的採礦業。

內華達州卡森市的Redwood Materials公司倉庫內,成箱的電子產品等待回收利用。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
內華達州卡森市的Redwood Materials公司倉庫內,成箱的電子產品等待回收利用。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
在回收利用環節中,熔解電池是一項很困難的工作,有時甚至十分危險。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
在回收利用環節中,熔解電池是一項很困難的工作,有時甚至十分危險。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

「整個市場一直都是由這些金屬的商品價格決定的。」首次接受深度採訪的斯特勞貝爾提及自己的新公司時如是說。他的公司成立於2017年,當時他還在特斯拉工作。「現在機會來了,我們可以改變整個方程式,用一種顛覆產業的方式實現材料成本的削減。」

儘管斯特勞貝爾和特斯拉首席執行長馬斯克(Elon Musk)對電動車一樣痴迷,但兩人在其他方面卻風格迥異。馬斯克熱衷於昂首立於台前,而斯特勞貝爾則喜歡居於幕後做他的工程師。特斯拉前雇員稱,斯特勞貝爾住在飯店時曾動手換掉了房間裡他認為不節能的燈泡。斯特勞貝爾在威斯康辛州長大,從小就對化學和電池感興趣,有一次他在做實驗時發生意外,左臉頰留下了一道疤痕,在史丹佛大學讀書時他常常提起此事。上大學時,他曾把一輛舊的保時捷改裝成電動車,還開去參加了競速比賽,因此在新興的電動車圈子裡聲名大噪。

如今,他所從事的是一項大規模艱鉅工作,有時甚至十分危險。用於電池回收利用的爐子要在華氏2700度(約攝氏1480度)高溫下運行,將材料還原成顏色鮮艷的粉末。一旦處理不當,鋰離子電芯很容易著火,而包裹它們的電池包通常重達數千磅,尺寸和構造也各不相同。回收汽車電池的市場如何,競爭對手是誰,目前都尚不清楚,因為各種長期回收商、採礦公司和新創企業都在關注這個市場,卻很少有人願意為這項產業所需的機器和工具進行巨額投資。

Redwood Materials公司用於提取氧化鋰的爐子。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
Redwood Materials公司用於提取氧化鋰的爐子。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
經提取後的鋰。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
經提取後的鋰。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

斯特勞貝爾表示,按照如今各汽車製造商的計劃,如果要趕上電動車增產的速度,電池回收利用的環節至關重要。降低排放的監管壓力和電池價格的下降,幾乎讓所有主要汽車製造商都將電動汽車納入產品線。研究機構Benchmark Mineral Intelligence的董事總經理摩爾斯(Simon Moores)預計,未來五年全球鋰離子電池需求將出現激增,從去年的177千兆瓦時增至近800千兆瓦時,相當於2019年特斯拉在雷諾城外超級工廠電芯產量的22倍左右。

一直以來,電池成本一直是「人人買得起電動車」的最大障礙。與燃油車相比,電動車仍存在很高溢價。麥肯錫公司(McKinsey & Co.)估算,這個溢價平均在1.2萬美元。現代汽車公司(Hyundai Motor Co.)是少數幾家實現同一車型雙版本化(全電動版和燃油版)的公司之一,他們電動版Kona SUV的售價比燃油版高出1.7萬美元。

特斯拉在降低電池成本上已取得長足進步,預計將在9月22日的「電池日」活動詳細介紹最新進展。電池早期的最大成本在於複雜的組裝工藝。斯特勞貝爾表示,隨著工藝完善,現在電池產業50%至75%的成本都是原材料,這讓他看到了回收利用降低成本的潛力。

化學工程師布里奇斯在卡森市的 Redwood Materials 工廠過濾金屬鹽。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
化學工程師布里奇斯在卡森市的 Redwood Materials 工廠過濾金屬鹽。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

與此同時,廢舊電池供給量正呈爆炸式增長。專門研究回收利用和可再生能源的環境工程師凱勒赫(Maria Kelleher)稱,到2025年,將有50萬輛電動車報廢。她預計到2030年,這個數字將躍升至100萬輛以上。

斯特勞貝爾已經獲得了一批知名投資者的支持。在今年的第一輪融資中,他從Capricorn Investment Group和突破能源基金(Breakthrough Energy Ventures)領軍的投資者處籌得約4000萬美元(約台幣11.6億元),突破能源是一家環保投資基金,其成員包括亞馬遜(Amazon.com Inc.)的創始人貝佐斯(Jeff Bezos)和微軟公司(Microsoft Corp.)的聯合創始人比爾蓋茲(Bill Gates)。Capricorn的董事總經理薩魯佳(Dipender Saluja)表示,斯特勞貝爾提出的建議代表了一種思維轉變。「這是利用完全相同的材料來重新製造剛剛廢棄的產品。」他說。

儘管斯特勞貝爾與他的前雇主保持著友好關係,但特斯拉和馬斯克沒有參與這個風投項目。斯特勞貝爾的目標是與整個汽車產業合作,開發適用於所有電池和汽車設計的回收利用工藝。

斯特勞貝爾最初迷上車用鋰離子電池是在2003年左右。當時他在洛杉磯的一家汽車商店附近閒逛,這家店嘗試將電芯塊串在一起,為一輛名為Tzero的汽車供能。當時27歲的斯特勞貝爾想替自己製造一輛搭載1萬塊電芯的汽車,他預計這些電芯單次充電足夠支撐車輛橫跨美國,於是他去向馬斯克要投資,馬斯克當時坐擁一筆從PayPal股份中得來的財富,並投資了一家名為太空探索技術公司(Space Exploration Technologies Corp.)的火箭初創公司。

2003年一次午餐中,在探討無人駕駛的氫動力飛機時,斯特勞貝爾談起了他的另一項志業,其中談到了他的汽車項目,以及上述那家名為AC Propulsion汽車改裝店的嘗試。

正好此時馬斯克想要一輛電動跑車,但AC Propulsion並沒有興趣為他改裝。他轉而求助於門洛帕克一家名為特斯拉汽車(Tesla Motors)的小型初創公司,這家公司剛剛起步,希望能製造出自己的跑車,並將其命名為Roadster,當時正在尋找投資者。

經過一系列機緣巧合,馬斯克成為了特斯拉最大的投資人,也成了這家公司的公眾形象,他高調立於台前,使得這家初創公司成為家喻戶曉的名字。斯特勞貝爾也成為了特斯拉的元老,他貢獻巨大,被馬斯克視為聯合創始人。

這層合作關係使得斯特勞貝爾變成了有錢人。根據FactSet數據,他去年離職時持有的特斯拉少量股份,如果不出售,如今價值將超過6億美元。他在特斯拉工作時還結識了妻子鮑里亞納(Boryana),雙方於2013年結婚。女方自稱是個書呆子,和丈夫一樣鍾情於數據。兩人在卡森市郊外和矽谷各有一處房產。

儘管斯特勞貝爾參與製造了世界上速度最快的汽車,但他的真愛不是汽車,而是電池。他還喜歡駕駛飛機,大部分時間開的是一架德國製造的Stemme S10滑翔機。他稱這是「為數不多的比汽車效率高得多的飛機」。

斯特勞貝爾深諳電動車艱難曲折的發展史。最初,汽車製造商嘗試過昂貴的電池,它們重量大,保電量也相對較低,因此電動車價格昂貴又不實用,銷售也難有起色。

內華達州卡森市Redwood Materials的倉庫內,等待回收利用的豐田普銳斯電池。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
內華達州卡森市Redwood Materials的倉庫內,等待回收利用的豐田普銳斯電池。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

2008年,斯特勞貝爾和馬斯克開始交付特斯拉Roadster跑車,改變了這種局面。近7000個電池單元緊緊地排列在一起,組裝在汽車後部的盒子裡。典型的筆記本電腦電池一般只有少量這樣的單元。這種設計讓汽車單次充電可行駛200英里以上,0到60英里加速只需3.9秒。

2012年推出的Roadster和隨後推出的Model S豪華轎車,主要針對的仍然是小眾豪華市場。2013年,馬斯克定下目標,要將特斯拉打造成一家面向大眾市場的汽車製造商。他和斯特勞貝爾策劃了第一個超大型電池工廠,生產未來幾年Model 3緊湊型汽車(compact car)所需的數十億塊電芯,這是公司對電動車可能成為主流的最大押注。

兩人定下了宏偉計劃。特斯拉與日本合作夥伴松下公司(Panasonic Corp.)合作建造的所謂「超級工廠」(Gigafactory) ,最初設計目標是讓內華達州斯帕克斯的工廠每年生產約35千兆瓦時的電芯,可供50萬輛汽車使用,大致相當於整個電池產業2013年的總產量。

從那以後,電動車產業呈現爆炸式發展。2014年,特斯拉生產了約3.5萬輛汽車。新冠疫情爆發前,該公司計劃今年銷售約50萬輛汽車,隨著行業走向全球,通用汽車(General Motors Co.)、日產汽車(Nissan Motor Co.)和韓國現代汽車(Hyundai)等競爭對手也紛紛加入。

為了滿足更大的電池需求,世界各地正興起一股建設熱潮,複製特斯拉的超級工廠模式。摩爾斯稱,中國每周都興建一座超級電池工廠,而在美國,每四個月就有一座工廠開工。

但由於原材料匱乏,生產受到限制。近年來,在人們對電動車興奮和懷疑的情緒中,鋰和鈷等關鍵原料的商品價格經歷了大起大落。鈷等原料的來源地往往充滿政治風險,讓供應商急於尋找可靠來源。鈷來自世界各地的礦區,包括剛果民主共和國。

最近一次財報電話會議上,馬斯克發出公開懇求。「請開採更多的鎳。」他說,「如果你能以高效環保的方式開採鎳,特斯拉將提供巨額長期合約。」

斯特勞貝爾多年前就預見到了危機的來臨。幾年前,他以特斯拉首席技術長身份考察加拿大一處鎳礦時,調查了這個規模龐大的業務。它的規模和複雜性讓他意識到,單單開採更多礦井並不是真正的解決之道。他想,為什麼不回收利用現在或不久將來的存量電池呢?

斯特勞貝爾還知道電動產業的一個骯髒秘密:儘管電動車產業渴望享受環保帶來的利益,但該行業對於環境而言是極大浪費。在特斯拉雷諾超級工廠的建設期間,他親眼目睹了這個過程有多麼浪費。特斯拉在2018年努力提高Model 3汽車的產量時,電池工廠成了一大痛點,有前員工稱該公司在廢舊材料方面浪費了高達2億美元。特斯拉公司表示這個數字過於誇大。

斯特勞貝爾不願透露他以前工作過的工廠產生了多少廢料,但他表示,此事堅定了他的想法,即回收利用那些昂貴且難以處理的材料。

「我們需要真正意識到,有必要反向建造一個超級工廠。」他說。

像在特斯拉時一樣,斯特勞貝爾懷有雄心壯志,但他準備從小處著手,因為在這種情況下,他要對付的是有著數百年歷史的礦業公司。Redwood公司正透過處理手機等消費電子產品的電池來磨練自己的工藝,與來自汽車的大型電池組相比,這些電池體積更小,更易處理。

對於Redwood Materials公司來說,手機電池比來自汽車的大型電池組體積小,更易處理。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
對於Redwood Materials公司來說,手機電池比來自汽車的大型電池組體積小,更易處理。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

由於即將報廢的電動汽車數量相對較少,對斯特勞貝爾來說,更有利可圖的市場是回收電動汽車電芯製造過程中的廢棄電池材料。

根據Benchmark Minerals公司摩爾斯的說法,工廠生產電芯時平均廢料率是10%左右。他預計,這可能代表到2025年,會有大約80千兆瓦時的電芯要被廢棄,相當於2016年整個電池市場的規模。

他說,這些廢料中含有6.4萬噸的鋰,相當於兩個以上礦山一年的可能產量,市場價值約在5億至15億美元之間,具體則視市場價格變動而定。這些廢棄物中還包括鈷、鎳等其他貴重原料,潛在價值總共可達數十億美元。

「能破解這項技術、並將其轉化為電池優質材料的公司,將迎來巨大商機。」摩爾斯說。

斯特勞貝爾表示,他希望在10年內,他的回收利用能使原材料的價格下降到比礦山開採低一半左右。他說,這將有助於讓從卡車到火車的電動車變得無處不在。

斯特勞貝爾的願景已經贏得了許多人支持,其中包括他在超級工廠的老合作夥伴松下。去年年底,松下開始與Redwood合作進行一項試驗,嘗試回收製造電池過程中產生的400多磅廢料,現在數量已增加到了2噸。現在,所有來自其內華達州電池工廠的廢料都被運往Redwood。

「從環境角度來看,他的工藝似乎更具永續性。」松下能源北美公司副總裁、前特斯拉電池專家米科拉伊扎克(Celina Mikolajczak)說,她曾擔任Roadster原始電池問題的顧問,「他不需要填埋任何東西,而目前典型的處理流程會填埋掉很多價值較低的材料。」

回收利用的材料目前被用來生產新的產品。米科拉伊扎克表示,松下正與斯特勞貝爾合作,看看他的回收材料是否能充分提煉,重新用於生產電池,她還指出,舊的手機電池可以成為新電池很不錯的鈷來源。

斯特勞貝爾設想了一個效率非常高的過程,未來幾年內,堆積如山的廢舊電動車上的電池可以被快速拆卸下來,核心材料回收並用於製造新的動力電芯,形成一個幾乎沒有任何材料損失的閉環。

Redwood Materials的化學工程師桑德斯在監控用來熔化回收電池的爐子。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)
Redwood Materials的化學工程師桑德斯在監控用來熔化回收電池的爐子。(MAX WHITTAKER FOR THE WALL STREET JOURNAL)

外部資金旨在加快研究速度,建立營運,並在年底前將Redwood員工人數從今夏的50人左右增加到200人。斯特勞貝爾最近聘請了他在特斯拉任職期間的高級副手卡塞克特(Kevin Kassekert),卡塞克特曾參與監督特斯拉斯帕克斯超級電池工廠的建設。

與特斯拉一樣,Redwood也有面向全球的抱負。斯特勞貝爾已經計劃擴大規模,在其他電池工廠周圍建造新設施。「展望未來,我看到這趟列車正向我們駛來。」

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