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浅议中国报废汽车中铂族金属回收潜力

发布日期:2022-05-05  浏览次数:535

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元琛科技)以三元催化剂(TWC)为代表的汽车尾气净化催化剂,是铂族金属(以铂钯铑为主)最重要的消费用途,2018年在全球铂族金属消费量中占比高达62%。截至2019年底,我国汽车保有量达2.6亿辆,位居世界首位。我国6%~8%的铂,75%的钯和几乎所有铑都用于汽车尾气净化催化剂的制造。汽车消费的增长导致对铂族金属需求不断增加。但我国铂族金属资源匮乏,供需矛盾突出,进口依赖度高。同时,经过10多年的消费增长,我国正逐步进入汽车报废高峰时期。废尾气净化催化剂的不当回收和处置,带来的环境污染危害也引起关注。报废汽车尾气净化催化剂中铂族金属回收周期短,使用损耗低,回收利用前景可观。

 

近年来,报废汽车中再生资源回收潜力引起了很多学者的兴趣。学者们从物质流分析的角度出发,运用汽车行业动态代谢模型、物质流代谢系统动力学模型、物质流输入视角、群体平衡模型和元素流分析等方法,对汽车中各类再生资源的回收潜力进行预测。可以看出,对报废汽车中再生资源回收潜力的研究往往遵循以下路径:首先预测汽车保有量,继而通过相应的寿命分布预测汽车报废量,最后通过物质流分析等方法预测相应物质的回收潜力。

 

基于Gompertz模型,预测中国2018~2050年民用汽车的社会保有量见图1;在此基础上,采用物质流分析方法估算得出我国汽车高峰报废年限大约为9a。然后,通过市场供给模型预测我国2018~2025年汽车报废量见图2,结果显示,我国汽车报废量到2025年将达到2535.05万辆。

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基于中国汽车报废量数据,计算得到全国2018~2025年报废汽车中废三元催化剂铂族金属回收潜力总体变化趋势,如图3所示。可以看出,钯的回收潜力增幅明显,到2025年高达56.17t。这是因为,在汽车尾气的高温环境下,钯在保持催化剂系统热稳定性方面的表现优于铂;因此,为了应对越来越严格的排放法规,催化剂中的单位钯用量不断增加,在废弃汽车催化剂中积累了大量钯资源。铂和铑的回收潜力增幅较小,尤其是铂,二者到2025年分别达到4.24和6.98t。这是因为,随着催化效率的提升和钯替代作用的迅速发展,铂和铑单位用量都有所降低(如表6所示),单位汽车用铂量自2006年不断下降,单位汽车用铑量自2009年也有所减少。

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预估的2025年全国各省汽车报废量和铂族金属回收潜力空间分布如图4所示。由于报废量和铂族金属回收潜力的权重是根据各省人口和GDP进行分配,因此人口密度大,经济水平发达的省区,如京津地区和东南沿海各省的报废量和铂族金属回收潜力较大。

 

我国汽车尾气催化剂中铂族金属元素消耗量的预测值如图5所示。2020年7月1日我国汽车尾气排放开始实施国六标准,对尾气常规排放物的限值提高了50%左右,我国汽车尾气排放标准达到欧盟先进水平,因此在现有汽车技术不发生根本性变化的前提下,我国汽车催化剂的铂族金属消耗量将大幅度增加,全国铂族金属的需求量在2020年达到峰值,铂、钯、铑分别达到85.01t、109.38t和8.37t。

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可以预见,国内汽车制造商为了符合国六标准,将会增加铂族金属的需求量。但这会提高我国铂族金属对外依存度。全球铂族金属供应量有限,2018年铂钯铑产量分别为190.1t、217t和23.5t;另一方面,铂族金属的回收潜力也难以满足增加的需求,带来供需矛盾。

 

为了实现清洁尾气的目标,同时解决我国铂族金属的供需矛盾,应当积极推进从废三元催化剂中回收铂族金属。废催化剂中的铂族金属经富集后品位很高,不仅回收难度低,回收成本也低于原生金属,还可以减少污染消耗和环境污染。2018年,全球汽车尾气净化催化剂中的铂族金属仅有34.04%得到回收。我国汽车工业对铂族金属的回收率远低于国际水平,报废汽车和废催化剂的回收管理工作开展得相对较晚,导致超过60%报废汽车流向不规范回收个人或者企业。因此,应当大力发展生产者延伸责任制度,鼓励汽车生产企业缴纳处理基金,或建设逆向物流体系回收废旧汽车,提升正规回收率;同时,也应当积极完善废催化剂收集管理制度和回收体系,引导废催化剂流向正规处理企业,提高回收效率,有效控制再生利用过程中的环境污染。(元琛科技