未來10年百萬顆退役 電動車電池循環再生三面向（ 08/25/2021 EIC環境資訊中心）

（綜合外電；姜唯 編譯；林大利 審校）隨著車廠和政府承諾增加電動車數量，預計到2030年將有1.45億輛電動汽車上路。雖然電動汽車可以在減少排放方面發揮重要作用，但它們也帶來潛在的環境定時炸彈——電池。

根據估計，從現在到2030年之間，將有超過1200萬噸的鋰電池退役。這些電池不僅使用大量的原材料，包括鋰、鎳和鈷，而且採礦可能影響氣候、環境和人權。電池的壽命結束時也會成為堆積如山的電子垃圾。

專家表示，隨著汽車業開始轉型，現在該規劃電池如何壽終正寢，減少對採礦的依賴並保持材料的循環流通。

電動車電池第二春

數億美元的資金正挹注回收相關的新創公司和研究中心，以找出如何拆卸廢電池和大規模提取有價值金屬的方法。

世界經濟論壇循環經濟專案負責人彭寧頓（James Pennington）說，如果我們想用有限的材料做更多事情，回收不應該是第一個解決方案，「首要最佳辦法是延長使用時間。」

隆德大學環境政策學者里希特（Jessika Richter）表示：「電動汽車電池首次退役時，其實還有很多電池容量。這些電池可能不再能夠推動車輛，但還可以儲存太陽能或風電場產生的電力。」

幾家公司正在進行試驗。能源公司Enel Group正在西班牙梅利利亞的一個獨立於國家電網的儲能設施中，使用從日產Leaf汽車退役的90顆電池。在英國，能源公司Powervault與法國車輛製造商雷諾合作，將退役電池用於家庭儲能系統。

建立鋰離子電池的第二春還有另一個好處：取代有毒的鉛酸電池。非營利組織Pure Earth的負責人富勒（Richard Fuller）說，只有大約60%的鉛酸電池用於汽車，另外有20%用於儲存太陽能，主要是在非洲國家。

富勒說，鉛酸電池在溫暖的氣候下通常只能使用兩年左右，因為熱會使它們劣化得更快，因此時常需要回收。然而，在非洲很少有設施可以安全地做好這件事。

相反地，這些電池經常在住宅後院裂開、熔化，使回收者及其周圍環境暴露於鉛，而鉛是一種沒有已知安全水準的強效神經毒素，會損害兒童的大腦發育。富勒表示，鋰離子電池是一種毒性更低、壽命更長的儲能替代品。

鋰離子電池回收競賽

彭寧頓說：「當電池真正用完的那一天，就該回收它了。」

鋰離子電池回收業背後有很大的力量在推動。特斯拉8月發表的衝擊報告中宣布，該公司已開始在內華達州的超級工廠建立回收設施，以處理廢電池。

附近的紅杉材料（Redwood Materials）由特斯拉前技術長史特勞貝爾（JB Straubel）創立。該公司在內華達州卡森市展開業務，7月份籌資超過7億美元，還計畫擴大業務。紅杉材料的工廠接收廢電池，提取銅和鈷等有價值的材料，然後將精煉金屬送回電池供應鏈。

然而，雖然電池回收變得越來越主流，重大的技術挑戰依然存在。

其中之一是回收商必須破解其複雜設計，以獲取有價值的組件。英國電池製造新創Aceleron聯合創辦人康明斯（Carlton Cummins）表示，鋰離子電池的設計很少考慮可回收性，「這就是回收商痛苦之處。他們很想做這樣的工作，但只有在廢電池送到達家門口時他們才能獲得相關資訊。」

康明斯和另一位聯合創辦人強丹（Amrit Chandan）特別指出一個設計缺陷：組件的連接方式。康明斯說，大多數組件都焊接在一起，這有利於電氣連接，但不利於回收利用。

Aceleron的電池用鎖固的方式將組件的金屬端點緊壓在一起，日後可以鬆開完全拆解，或移除和更換單個故障組件。

簡化拆卸也有助於減輕安全隱患。鋰電池處理不當可能會造成火災和爆炸風險。「如果能把它拆解成小組件，可保證不會傷害任何人，」康明斯說。

待改變的回收系統

即使解決了技術挑戰也無法保證成功。歷史上，建立妥善運作的回收業困難重重。

例如，鉛酸電池的回收率很高，部分原因是法律要求——汽車電池中多達99%的鉛被回收。但是，若最終經手的是不當的回收設施時，就會產生污染的可能。廢電池最後通常會交給個體戶回收商，因為他們支付的金額可能比正規回收商更高，後者必須承擔更高的營運成本。

鋰電池的毒性或許較低，但它們最終仍需要安全的回收處理。 「產品往往會往阻力最小的路線流動，所以必須讓正規處理路線阻力更小，」彭寧頓說。

立法可以提供一些幫助。雖然美國尚未實施強制要求鋰電池回收的聯邦政策，但歐盟和中國已經要求電池製造商支付建立收集和回收系統的費用。彭寧頓說，這些資金可以幫助補貼正規的回收商，使他們更具競爭力。

去年12月，歐盟提議全面修改其電池法規，其中大部分針對鋰電池，包括電池回收率要達70%，鈷、銅、鉛和鎳回收率要達95%，鋰回收率70%，以及2030年新電池中回收含量的強制性最低水準，以確保回收商有市場，並使它們免受商品價格波動或電池化學成分變化的影響。

里希特說：「這些法案還沒完全成型，但已經相當積極。」

資料也是一個辦法。歐盟和公私合作的全球電池聯盟（Global Battery Alliance, GBA）都在研究電池的「數位護照」，一種包含其整個生命週期資訊的電子紀錄。「我們正在考慮使用QR code或無線識別檢測設備。」GBA電池護照計畫負責人弗倫（Torsten Freund）說，如此可以報告電池的健康狀況和剩餘容量，讓汽車製造商用於再利用或回收設施。有關材料的資料可以幫助回收商了解鋰電池的無數化學成分。一旦回收變得更加普遍，護照還可以顯示新電池中回收成分的含量。

里希特說，另外值得注意的是，永續交通不僅僅是電動汽車，步行、騎自行車或乘坐公共交通工具不應被忽視。「重點是，我們可以在非永續的系統中擁有永續的產品。」

參考資料
衛報（2021年8月20日），Millions of electric car batteries will retire in the next decade. What happens to them?
https://www.theguardian.com/environment/2021/aug/20/electric-car-batteries-what-happens-to-them

完整內容請見：
https://e-info.org.tw/node/232064

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乘風而起【再生晶圓】產業
2020.12.14(一)
大家早，我是 LEO
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■ 什麼是正片、檔片、控片?
矽晶圓片在晶圓廠的應用，可區分為：一：正片，就是直接用於半導體加工，包括拋光片、外延片等，二：用於監控測試的矽片，包括控片、檔片(測試晶圓片)。
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晶圓廠隨時需要對製造設備的性能進行監控測試，維持穩定，確保最終的產品的良率，如果直接使用正片測試，成本太高，所以廠商會使用較便宜的無圖形矽片，這些用於測試和維持穩定的無圖形矽片就是「控片和檔片」。
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■ 控片分成兩種
「離線測試」：在正式生產之前，先用控片測試，來看機台設備調校是否符合生產標準。「線上測試」：是指控片和真正的產品一起進入生產線，透過控片最後的效果來判斷這一批生產是否符合標準。兩種測都是用來監控機台的製程能力是否穩定、生產環境是否潔凈。
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■ 檔片
主要作用是維持機台的穩定性，在爐管中，擋片用於對爐管內的氣流進行阻擋分層，使爐管內溫度均勻分佈，使氣流中的氣體與被加工的矽晶圓片平均受熱，發生化學及物理反應，沉澱或生長均勻的高質量薄膜。
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隨著晶圓廠製程不斷演進，生產過程中良率與精準度的要求越來越高，幾乎每道製程都需要使用檔控片，用量與需求有擴大的趨勢，在晶圓代工廠65奈米製程，每10片正片，需要耗用6片檔控片，28奈米以下製程，每10片正片需要15-20片檔控片，由此可知耗用量相當驚人。
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■ 再生晶圓
檔控片的來源，除了從「矽晶圓晶棒」兩側取品質較差處使用，主要就是重複回收再利用的檔控片，因為消耗量實在太大，如果每次都使用全新正片，成本太高，於是就有了「再生晶圓」這個產業。
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把用過的檔控片回收，經過化學浸泡， 物理研磨等方法，將檔控片表面因測試而產生的氧化膜、金屬顆粒殘留等去除，使重新具備測試和穩定機台穩定性的功能。
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一般來說，檔片通過研磨拋光，可重複循環使用5次左右；控片則視製程而定， 有些特殊製程的控片完全無法回收使用。
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通常再生晶圓的製程都是使用化學品，將晶圓表面的各種膜層腐蝕掉，會使用多種不同的化學品，洗完以後再對矽晶圓表面進行研磨拋光等處理，並確保表面乾乾淨淨，達到可重複使用標準。
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■ 產業龍頭
日本株式会社RS Technologies(4955.JP) 在1984年就進入這個產業，再來是中砂(1560)1997年，昇陽半(8028)1998年，辛耘(3583)2006年才正式進入再生晶圓產業，展望未來5G、車用、物聯網，對晶片龐大的需求，12吋晶圓先進製程需求大增，大家想想檔片、控片用量有多大，全球目前有138座12吋晶圓代工廠，每個月都大約有4,000至5,000片無法用傳統方式再生檔控片，整體市場規模龐大，更不用說聯電8吋晶圓代工供不應求，製程中會耗用多少檔控片！再生晶圓產業商機龐大！
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原本從事特殊氣體的晶呈科技(4768.興櫃)在今年2020年第四季開始跨入量產12吋再生晶圓，獨家專利氣態分解溶蝕技術，利用氣體分子更小，效果更強的特性，材料用量，僅傳統濕式化學品的百分之一，成本更低、更環保。
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■ 這幾家就壟斷市場
以2019年12吋再生晶圓市場來看，日本RS全球龍頭，每月產能40萬片，占全球33%，另外兩家日本公司，Hamada Heavy與Mimasu約占30%，中砂、辛耘、昇陽半約占30%，晶呈科技才剛剛起步，2020年第四季起月產能3萬片。
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以2019年資料來看，台灣月產能約60萬片，昇陽半月產能24萬片，台灣市場佔有率約40%；中砂月產能18萬片，市場佔有率約 30%；辛耘市場佔有率約20%左右。
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■ 商機龐大&正在漲價
根據SEMI的預測2021年全球8吋、12吋矽晶圓的市場需求將分別達到650萬片/月和680萬片/月,按照再生晶圓需求比例計算，2021年全球再生晶圓市場需求有望超過200萬片/月。
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目前12英寸的矽晶圓為每片100-120美元，再生晶圓每片30-40美元。隨著矽晶圓價格上漲，再生晶圓價格也呈現上漲趨勢。
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■ 台積電的好夥伴
昇陽半雖然成立時間晚，但市占率最高，主要客戶是台積電，除了做再生晶圓以外，晶圓薄化(降低導通電阻)，還有旗下持股71.51%的昇陽電池，研發鋰鐵電池100%台灣製造鋰電池芯與電池組，可應用於太陽能、風電發電，再生能源儲能系統，與台積電目前正在更換不斷電系統電池，用友善環境的「鋰鐵電池」全面取代鉛酸電池，預計2030年前將全面更換完畢。
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未來隨著AI、5G、自駕車、電動車…的發展， 下游晶片需求強勁，晶圓廠滿載供不應求，全球正在擴產12吋半導體廠，再生晶圓的市場一定只會越來越大，就看誰能搶到最多市占，抓住最多商機。
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