(元琛科技)以三元催化劑(TWC)為代表的汽車尾氣凈化催化劑,是鉑族金屬(以鉑鈀銠為主)最重要的消費用途,2018年在全球鉑族金屬消費量中占比高達62%。截至2019年底,我國汽車保有量達2.6億輛,位居世界首位。我國6%~8%的鉑,75%的鈀和幾乎所有銠都用于汽車尾氣凈化催化劑的制造。汽車消費的增長導致對鉑族金屬需求不斷增加。但我國鉑族金屬資源匱乏,供需矛盾突出,進口依賴度高。同時,經過10多年的消費增長,我國正逐步進入汽車報廢高峰時期。廢尾氣凈化催化劑的不當回收和處置,帶來的環境污染危害也引起關注。報廢汽車尾氣凈化催化劑中鉑族金屬回收周期短,使用損耗低,回收利用前景可觀。
近年來,報廢汽車中再生資源回收潛力引起了很多學者的興趣。學者們從物質流分析的角度出發,運用汽車行業動態代謝模型、物質流代謝系統動力學模型、物質流輸入視角、群體平衡模型和元素流分析等方法,對汽車中各類再生資源的回收潛力進行預測。可以看出,對報廢汽車中再生資源回收潛力的研究往往遵循以下路徑:首先預測汽車保有量,繼而通過相應的壽命分布預測汽車報廢量,最后通過物質流分析等方法預測相應物質的回收潛力。
基于Gompertz模型,預測中國2018~2050年民用汽車的社會保有量見圖1;在此基礎上,采用物質流分析方法估算得出我國汽車高峰報廢年限大約為9a。然后,通過市場供給模型預測我國2018~2025年汽車報廢量見圖2,結果顯示,我國汽車報廢量到2025年將達到2535.05萬輛。
基于中國汽車報廢量數據,計算得到全國2018~2025年報廢汽車中廢三元催化劑鉑族金屬回收潛力總體變化趨勢,如圖3所示。可以看出,鈀的回收潛力增幅明顯,到2025年高達56.17t。這是因為,在汽車尾氣的高溫環境下,鈀在保持催化劑系統熱穩定性方面的表現優于鉑;因此,為了應對越來越嚴格的排放法規,催化劑中的單位鈀用量不斷增加,在廢棄汽車催化劑中積累了大量鈀資源。鉑和銠的回收潛力增幅較小,尤其是鉑,二者到2025年分別達到4.24和6.98t。這是因為,隨著催化效率的提升和鈀替代作用的迅速發展,鉑和銠單位用量都有所降低(如表6所示),單位汽車用鉑量自2006年不斷下降,單位汽車用銠量自2009年也有所減少。
預估的2025年全國各省汽車報廢量和鉑族金屬回收潛力空間分布如圖4所示。由于報廢量和鉑族金屬回收潛力的權重是根據各省人口和GDP進行分配,因此人口密度大,經濟水平發達的省區,如京津地區和東南沿海各省的報廢量和鉑族金屬回收潛力較大。
我國汽車尾氣催化劑中鉑族金屬元素消耗量的預測值如圖5所示。2020年7月1日我國汽車尾氣排放開始實施國六標準,對尾氣常規排放物的限值提高了50%左右,我國汽車尾氣排放標準達到歐盟先進水平,因此在現有汽車技術不發生根本性變化的前提下,我國汽車催化劑的鉑族金屬消耗量將大幅度增加,全國鉑族金屬的需求量在2020年達到峰值,鉑、鈀、銠分別達到85.01t、109.38t和8.37t。
可以預見,國內汽車制造商為了符合國六標準,將會增加鉑族金屬的需求量。但這會提高我國鉑族金屬對外依存度。全球鉑族金屬供應量有限,2018年鉑鈀銠產量分別為190.1t、217t和23.5t;另一方面,鉑族金屬的回收潛力也難以滿足增加的需求,帶來供需矛盾。
(元琛科技)為了實現清潔尾氣的目標,同時解決我國鉑族金屬的供需矛盾,應當積極推進從廢三元催化劑中回收鉑族金屬。廢催化劑中的鉑族金屬經富集后品位很高,不僅回收難度低,回收成本也低于原生金屬,還可以減少污染消耗和環境污染。2018年,全球汽車尾氣凈化催化劑中的鉑族金屬僅有34.04%得到回收。我國汽車工業對鉑族金屬的回收率遠低于國際水平,報廢汽車和廢催化劑的回收管理工作開展得相對較晚,導致超過60%報廢汽車流向不規范回收個人或者企業。因此,應當大力發展生產者延伸責任制度,鼓勵汽車生產企業繳納處理基金,或建設逆向物流體系回收廢舊汽車,提升正規回收率;同時,也應當積極完善廢催化劑收集管理制度和回收體系,引導廢催化劑流向正規處理企業,提高回收效率,有效控制再生利用過程中的環境污染。