近幾十年來，消費產品越來越依賴于電池供電。這種轉變也發生在電動汽車和智能基礎設施等新產品類別中。對電池技術的依賴導致鋰、鋅、鈷和錳等原材料的開采呈指數級增長。近年來，開采和處理如此大量的金屬對環境造成越來越大的污染。本文考察了這種情況的短暫性，并認為無處不在的微能量收集可以成為以整體方式解決問題的有前途的解決方案。

廢電池污染

據Business Insider稱，過去5年鋰年產量翻了一番多；其提取具有嚴重的環境后果 (1, 2)。在智利、剛果和西藏，對當地生態、水污染和土地退化的不可逆轉的破壞迫使數十萬當地社區成員放棄他們的祖傳土地 (15)。與此同時，近年來處理如此大量的電池正成為一項重大的環境挑戰。

每年處理 150 億個原電池，我們污染了超過 30 萬平方公里的土地，大約相當于德國的面積 (7)。

澳大利亞國立大學的研究人員進行的一項研究 (3) 發現，電池處理對海洋生態具有極其有害的影響。一節 AAA 原電池可污染多達 400 升的水和 20 平方米的土地。丟棄電池的不良影響往往超出環境影響，僅在美國，每年就有超過 3500 例兒童吞食紐扣電池的報告 (9)。隨著我們對電池的依賴逐年增加，這些影響只會變得更糟。

圖 2：鋰產量

智能基礎設施的發展在很大程度上依賴于無處不在的傳感器，這些傳感器通常由堿性一次性電池供電。Statista 預測到 2025 年將有超過 700 億臺聯網設備。考慮到電池需要的能量是其所能提供的能量的 50 倍，因此延長我們使用的每個電池的使用壽命至關重要。

最近的可持續發展趨勢

最近的消費趨勢和對可持續產品和服務的需求已經開始扭轉潮流。Globenews 認為，客戶忠誠度將受到公司對可持續發展承諾的高度控制 (5)。現代消費者甚至愿意支付溢價以換取較低的環境足跡 (6)。

最近對不同人群進行的一項調查表明，三分之一的人愿意為可持續產品支付比原價高 25% 的價格。研究發現，與其他年齡組相比，Z 世代愿意多支付 50% 到 100%。

這導致了對負責任的電池生命周期管理的一系列研究。最常見的方法之一是全球范圍內的合法回收框架 (10, 11)。歐盟的綠黨/全民教育聯盟 (16) 也提出了類似的政策：

“必須確保歐洲向可持續發展過渡的一個關鍵行業是電池。我們需要電池生產和（再）使用的可持續性標準，以及市場上所有電池的完全回收義務。然而，它們并不是特別成功，這從微不足道的 5% 電池回收率中可以看出。” – Sven Giegold，全民教育

然而，綠黨/全民教育委托的學術研究發現了如此低的回收率背后的各種原因。鋰回收的潛在范圍可能很復雜，因為這種材料具有毒性、高反應性和易燃性。由于非常低的收集率和有缺陷的廢物立法，它往往被焚燒或最終被填埋。低收集率、低且波動的鋰市場價格以及相對于初級生產的高回收成本導致鋰回收的缺乏（17）。

能量收集的影響

看待這個問題的另一種方法是專注于延長電池壽命，而不是試圖提高回收率和流程。在某些消費產品和物聯網實施中，可充電電池的能量收集是一個很有前途的領域，它可以顯著延長電池壽命，同時降低總擁有成本。此處的能量收集是指有效利用環境能源（如太陽能、溫度梯度、射頻和振動）為設備供電。消費電子公司正在認識到這一優勢并將能量收集整合到他們的產品路線圖中：

“如果不能正確回收，原電池會對環境造成很大危害。為了減少來自消費電子產品和物聯網傳感器的電池廢物污染，應該考慮使用壽命更長的可充電單元。將能量收集與可充電電池解決方案相結合，可以顯著減少環境足跡和總擁有成本。” – Gary Tu，全球銷售，長虹電器

它不僅通過減少被丟棄的原電池數量來幫助環境，而且還通過降低原材料的開采量來幫助環境，因為當前的電池壽命更長。我們的長期目標應該是以盡可能少的環境足跡有效利用自然資源。

這方面的一個例子是無處不在且不可疑的遙控器。目前全世界有超過 20 億個電視遙控器 (8)。據索尼稱，平均電視遙控器電池的使用壽命不到 6 個月 (13)，相當于每年丟棄 40 億塊原電池。當包括空調、音樂系統等其他設備的遙控器時，這個數字甚至更高。在許多情況下，仔細實施能量收集可以無限期地延長電池壽命，從而消除更換電池的需要。TW Electronics 等領先的電視遙控器制造商已經開始努力，不僅要減少環境足跡，還要改善消費者體驗：

“電視遙控器幾乎總是由原電池供電，但我們看到近年來對可充電解決方案的需求不斷增加。環保是歐洲和北美每個主要運營商的首要需求。在 TW Electronics，我們正在開展多個項目，以在不久的將來減少消費電子產品的碳足跡。能量收集是減少電池廢物造成的環境污染的有前途的方法之一。它還無需定期更換或充電電池，從而提供更好的消費者體驗。” – Andy Hopkins，TW Electronics 銷售總監

當我們考慮電子貨架標簽 (ESL) 時，可以實現類似的環境效益。一家雜貨店在任何給定時間平均銷售大約 30,000 件商品 (14)。考慮到 ESL 電池的典型使用壽命為 3 年，這意味著您當地的超市每年會丟棄大約 10,000 塊電池。在全球范圍內，ESL 市場預計到 2025 年將增長超過 2B 美元 (12)，這大致轉化為銷售量超過 5 億臺。使用正確的能量收集解決方案，典型的 ESL 電池壽命可以延長到超出 ESL 本身的壽命。從長遠來看，這會對環境產生巨大影響。

遠離消費電子產品，通過在物聯網領域整合能量收集可以實現重大的積極影響。更希望利用自然產生的環境能量為遠程傳感器供電，而不是通過電纜或可更換的堿性電池為其供電。Statista 預計到 2023 年底將有 215 億個物聯網傳感器，這大致相當于許多額外的原電池。平均市售電池壽命為 5 年，我們每年將更換和丟棄超過 40 億個電池。通過能量收集，可以大大減少廢棄電池的數量，從而對世界生態產生積極影響。下圖提供了在上述情況下集成能量收集的綜合環境效益。

圖 3：能量收集對環境的積極影響

從上圖可以明顯看出，能量收集的廣泛采用可以對環境和總擁有成本產生重大的積極影響。有不同的方法可以降低我們對環境的影響，例如有效的回收技術、新的制造方法、可持續材料的選擇等。能量收集是從整體上解決這個問題的有前途的方法之一。

能量收集不僅減少了最終進入垃圾填埋場的電池數量，還降低了開采原材料的數量，從而改善了整個價值鏈。

主要電池制造商已經認識到清潔能源的重要性并對整個供應鏈產生積極影響。松下環境愿景 2050 狀態 —

“為了實現更美好的生活和可持續的全球環境，松下將致力于創造和更有效地利用超過能源使用量的能源，旨在建設一個擁有清潔能源和更舒適生活方式的社會。”

當我們能夠有效地收集和利用我們周圍的環境能量時，我們只能想象所獲得的環境和其他利益的規模。

審核編輯 黃昊宇