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■ 日付: 2021年5月19日
【動力電池のセカンドライフを実現 --- PART 1. 中国における電池リユースの概要】
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電気自動車業界やサプライチェーンでは、使用済み動力電池の増加が大きな問題となっている。中国では電気自動車の普及が進んでいるが、電気自動車に搭載されている多くの動力電池は、容量が80％以下になると、車載条件を満たさなくなり、電気自動車用としての役目を終える。2023 年までに中国で廃棄される動力電池の総量は84.17GWhに達し、約75 万トン ¹に相当すると考えられており、これは2019年の全世界のリチウムイオン電池生産量の約半数に相当する。この記事では、中国における電気自動用動力電池リユース市場の概要を、市場の課題、現状の進行状況、プレイヤーの活動などを交えて紹介する。
1. 使用済み動力電池の行き先
電気自動車から取り外された使用済みの動力電池は、以下のようになる。
1）廃棄：使用済み動力電池を廃棄物として処理することは推奨されない。第一に、電池には有毒物質や腐食性物質が含まれているため、環境や人の健康に深刻な脅威を与える。第二に、容量や含有金属などの残存価値を回収できず、資源の浪費となる。
2）リサイクル：現在の業界では、最も一般的な使用済み動力電池の処理方法である。電池セルを分解、粉砕、分離、精製、製錬することで、コバルト、マンガン、ニッケル、リチウムなどの有価金属を回収する。中国での電池需要の増加と材料価格の上昇により、この電池製造用の材料源がますます重要になっている。
3）リユース（エシュロン運用）：使用済み動力電池は元の容量の80％を維持しているため、低速新エネ車、通信基地局、蓄電装置など、それほど要求の高くない用途に使用することができる。理論的には、このような二次利用は、電池の容量保持率が30％に低下するまで何度も行うことができ、いわゆる多段化エシュロン運用となる（図1参照）。エシュロン運用を果たした後、その電池は資源回収のためにリサイクルされる。
図1 多段化エシュロン運用の仕組み
2. 電池リユース市場の課題
「電池の設計・製造、電池自動車での役目（ファストライフ）、エシュロン運用、リサイクル、再製造（セカンドライフ）」というプロセスは、電池サプライチェーンの閉ループを作り出す。このように電池をリユースすることで、資源の有効活用や炭素排出量の削減など、環境面でのメリットが得られる。しかし、中国の電池リユース市場では、そのビジネス可能性を追究するためにいくつかの課題が残されている。
2.1 インフォーマリティの問題
大量の使用済み動力電池が廃棄されているにもかかわらず、そのほとんどは適切な処理と管理が行われていない。2018年と2019年に報告されているように、正規のルートで実際に回収された使用済み動力電池は、中国の廃棄電池の総量の10％にも満たない²。
正規のルートでリユースされる場合、電池は認可を受けた自動車メーカー、廃車のリサイクル・解体企業、または電池のリサイクル・リユース企業によって回収、加工、販売される。これらのプレイヤーは、使用済み動力電池のリサイクル・リユースに取り組む際に、認可を取得し、いくつかの要件を満たさなければならない。例えば、回収場所は国のプラットフォームに登録されていること、処理には関連する技術、設備、産業廃棄物の適切な生態学的処理法を用いること、製品は一定の基準を満たすことなどが挙げられる。
一方、非正規のルートは、主にオンラインでの回収や中古市場を介して行われている（図2参照）。無許可の回収業者は、使用済み動力電池をチェックし、ケースを交換した後に直接再販する。また、焼却、粉砕、濃酸抽出、廃液の直接排出などの処理を行っている。このような処理は、正規の処理に比べてはるかに少ない運用コストで済むが、深刻な環境汚染を引き起こし、資源の利用率も低くなる。さらに、公式のプラットフォームを経由せず、未登録のままなので、追跡できない動力電池も多数存在する。
図2 中国におけるインフォーマルな回収ルート
しかし、我々の分析によると、非正規のルートは徐々に取り締まられていくと考えられる。
第一に、政府の政策や規制が業界を導き始める。（【PART 2. 電池リユースの政治的側面】にご期待ください。) 拡大生産者責任制度では、電気自動車メーカーが自ら、あるいは他の市場関係者と協力し、責任を持って回収ネットワークを構築することが求められている（図3参照）。現在、インフォーマルな回収の多くは、電気自動車の消費者が電池を非正規のルートに売ることで行われている。そのため、消費者にアクセスできる電気自動車メーカーは、消費者が電池を正規の回収ネットワークに戻すようにインセンティブを与えることが重要となる。現在、12,146箇所の回収拠点が登録されているが、そのほとんどは電気自動車メーカーが主導する4S店である。製品コーディングシステムは、新品電池とセカンドライフ電池のコード化基準、およびそれらの間の対応を策定することで、ライフサイクル全体の調達と監視を強化し、動力電池の流通の透明性を高める。
図3 電気自動車メーカーが主導する回収ネットワーク
第二に、動力電池の所有権を消費者から奪う新たなビジネスモデルが登場する。「バッテリー・リーシング・モデル」は、動力電池の所有権なしで自動車を購入することを消費者に勧めるものである。電池の財産権や所有権は電池資産管理会社が購入し、消費者はレンタル料を支払うことで電池の使用権を得る。この方法では、電気自動車から取り外された電池は、電池資産管理会社が容易に回収することができ、消費者には電池を廃棄する権利がなくなる。例えば、BAICグループは、バッテリー・リーシング、スワッピング、エシュロン運用を組み合わせたビジネスモデルを展開している。
第三に、経済的な実現可能性が高まることで、より多くの正規プレイヤーがこの業界に参入することになる。通常、正規プレイヤーは非正規プレイヤーに比べて利益が少なくなる。なぜなら、ライセンスを取得するには投資が必要で、正規の処理はより厳しく、コストがかかるからだ。漠然とした経済的な実現可能性は、正規プレイヤーの市場参入の障壁となる。しかし、技術の進歩に伴い、コストが下がり、廃棄された動力電池のスケール効果が出てくると、より多くのプレイヤーが業界に参入する勢いになるだろう。
2.2 技術的な障壁
技術的な問題点は、1)電池分解、2)スクリーニングとテスト、3)再グループ化、4)システム統合といった電池のプロセス全体に存在する。
第一に、電池デザインの多様性と安全性の問題が、電池解体分解技術の発展を妨げている。回収された電池は、様々な車種に合わせて各動力電池メーカーが生産しているため、電池の種類やパックデザイン、接続方法などが複雑に混在している。そのため、すべての種類の電池に対応した自動解体ラインを設置することは困難である。また、不適切な処理を行うと、短絡や液漏れ、さらには火災や爆発といった重大な安全上の問題が引き起こすリスクがある。
第二に、電池の将来の電気的性能は、スクリーニングやテストの過程では予測しにくい。使用済み動力電池が将来どれだけの性能を発揮するかは、他の用途にリユースする上で非常に重要である。しかし、充放電プロセスにおける多くの要因が将来の性能に影響を与え、予測を複雑にしている（図4参照）。現時点では、動力電池の残存価値の評価試験はまだ初期段階にある。いくつかのパラメータ（内部抵抗、温度、電池残量など）をリンクさせることで、動力電池の健全性（劣化状態）やサイクル寿命などをいかにうまく予測するかが常に注目されている。さらに、電池セルやモジュールの評価をそのままシステム全体に適用することはできず、関連する試験方法や評価基準もないのが現状である。
図4 動力電池の容量劣化
第三に、どのレベルの動力電池を再グループ化するか、システム統合における一連の要素を考慮する必要がある。電気自動車用動力電池は、最小単位であるセルの集まりがモジュール、モジュールの集まりがパックになる。廃棄された動力電池は、セルやモジュール単位に分解し、パックに再グループ化することができる。この場合、エシェロン運用は、1）分解せずにパックを介して直接に、2）分解して電池パックに再グループ化した後、モジュールまたはセルを介して達成できる。異なる再グループ化の戦略は、アプリケーションのニーズ、技術的な実現可能性、プロセスのコストに左右される。 システム統合の観点からは、絶対的な整合性を欠く電池の充放電をバランスよく行う必要がある。その他の要因としては、電池管理システム（BMS：Battery Management System）の構造、システムのインテリジェンス、信頼性、または柔軟性などが挙げられる。
これらの障壁に対処するために、我々の分析では、インテリジェントな分解と残存耐用年数 (RUL：Remaining Useful Life) 予測が開発中の重要な技術であると考えている。また，パック、モジュール、セルによる電池リユースのさまざまなシナリオについては，【PART 3. 電池リユースの技術的側面】で述べる。
2.3 経済的な実現可能性
競争力を評価するには、1）リユースされるセカンドライフ電池と新品電池の価格比較（魅力度）、2）電池リユースの利益率（収益性）の両方を考慮することが重要である。
我々の分析では、電池リユースは、一般的に経済的に実現可能であることが分かっている（図5参照）。
魅力度：セカンドライフ電池と新品電池を比較すると、現在の価格差は約30%であり、購入者にとってはセカンドライフ電池が魅力的である。また、電気的性能や環境への配慮において鉛蓄電池よりも優れているため、電池リユースは価格と性能の間の理想的な妥協点であると言える。
収益性：電池リユーザーの立場からすると、販売価格から累積コストを差し引いたときのマージンは限られており（せいぜい10％程度）、むしろ赤字となる。この利益率の不確実性が、この市場への参入を躊躇させる大きな障壁となっている。しかし、技術の進歩とスケール効果により、電池リユースのコストはさらに下がることが期待される。【PART 4. 電池リユースの経済的側面】も併せて参照されたい。
図5 中国における動力電池リユースの経済分析
3. プレイヤーの積極的な参与
上述のような障壁があるにもかかわらず、すでに多くのプレイヤーがこの業界に参入し、ビジネスや専門知識に基づいてライフサイクル全体に影響力を発揮している（図6参照）。例えば、動力電池メーカーは、電池の設計段階から電池リユースを促進し、電気自動車メーカーは回収ルートをよりコントロールし、リサイクル実施企業は、電池リユースを取り入れることで、電池の流通を拡大しようとしている。このように、単独プレイヤーの努力だけでは不十分であり、この業界のバリューチェーン全体の協力が非常に重要であることが示されている。その他の事例やプレイヤーのビジネスモデルについては、【PART 5. ビジネスモデルと主要プレイヤー】で説明する。
図6 電気自動車用動力電池のライフサイクル
まとめ
中国における電池リユース産業は、まだ成熟していないが、市場課題への取り組みが進むにつれ、有望な兆しが見えてきている。大量の使用済み動力電池と、電池の循環経済に向けた政府の取り組みは、市場の創出をさらに加速させるだろう。一方で、重要なのは業界内の協力関係であり、バリューチェーン全体のプレイヤーが独自の強みを生かし、セカンドライフ電池の価値を十分に発揮させることが期待されている。
出典
1. 东吴证券. 2018.02 "动力锂电池报废高峰已至，开启百亿回收市场”
http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201802131091181936_1.pdf
2. Sina News. 2020.10 "动力电池回收风云起，好生意背后隐匿的痛点仍未解"
https://finance.sina.com.cn/tech/2020-10-13/doc-iiznctkc5293288.shtml
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