《Environmental Impact Assessment Review》：Quantitative assessment of the resource recovery potential from end-of-life lead-acid batteries based on consumption patterns: A case study from China
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本研究通过大规模抽样及市场供应模型，量化中国2022年铅酸电池报废量达433万吨，可回收铅286万吨，启动电池平均寿命5.07年，动力电池3.30年，填补了铅资源循环领域关键数据空白，建立了评估模型与管理框架，为全球电池回收提供参考。
侯慧敏|魏伟|隋张|卓硕|翟晨迪|程芳琴|何旭|刘俊丽
山西大学资源与环境工程学院，太原030031，中国
摘要 铅酸电池（LABs）作为道路运输、新能源存储等领域的核心能源载体，其使用量随着全球能源需求的增长而稳步增加。然而，使用寿命结束后的不规范回收不仅浪费了铅资源，还带来了严重的环境和健康风险。作为世界上最大的铅酸电池生产和消费国，中国面临着准确量化废弃电池产生量以及建立材料代谢模式的挑战。这些限制了能源产业链的循环效率，阻碍了全球能源资源治理的协调。本研究以中国市场为例，通过大规模随机抽样（576块启动电池和1371块动力电池）获取了循环寿命数据，并建立了一种基于市场供应模型的废料体积估算方法，利用物质流分析揭示了资源回收代谢机制。结果显示，2022年中国理论上的废弃铅酸电池（WLABs）体积约为433万吨，可回收铅资源量为286万吨。启动电池和动力电池的平均循环寿命分别为5.07年和3.30年。这项研究填补了能源领域铅循环的关键数据空白。所建立的计算模型和代谢框架为全球WLABs管理提供了参考，确保了能源资源安全，同时推动了“能源-资源-环境”的协调发展。
引言 铅酸电池（LABs）的生产、销售和处置量预计将持续增长（Wang等人，2025年），这主要是由于机动车和电动自行车的持续增长以及对新能源存储设备需求的增加（Peng等人，2023年；Boulif等人，2025年）。全球每年约有1000万吨铅用于LABs的生产，占铅总产量的85%以上（Tan等人，2019年）。LABs主要由稀硫酸电解质、二氧化铅正极和铅负极组成（Wang等人，2023年）。废弃铅酸电池（WLABs）的非正规回收、拆解和冶炼不仅导致高能耗、严重污染和低资源回收率，还会造成长期生态破坏（Tian等人，2014年；Nodeh等人，2023年），并对人类健康构成严重威胁（Johnston等人，2019年）。目前，关于废弃电池产生量的精确估计及其在社会经济系统中的循环模式的相关研究不足。这阻碍了回收企业根据供需动态进行合理规划，也妨碍了监管机构实施精细化管理（Di等人，2025年）。作为世界上最大的铅酸电池生产和消费国（Liu等人，2023年），中国的WLABs回收行业面临重大挑战，包括严重的产能过剩以及正规回收商被非正规经营者排挤出市场（Chen和Gao，2021年；Tian等人，2023年）。本研究以中国市场为案例，量化了WLABs的完整生命周期回收过程。
新的铅酸电池主要流入新车市场和服务旧车市场的二手市场（Tysen-Kld北京电力技术有限公司，2026年）。尽管近年来中国电动自行车和汽车的销售增长放缓，导致铅酸电池一级市场的扩张放缓，但现有的大量设备使得维修和更换市场持续增长。铅酸电池在日常生活中有多种应用，根据结构和功能大致分为四种类型：启动电池、牵引电池、备用电池和储能电池（Hou等人，2024年）。与许多消费品类似，铅酸电池在加工、生产、销售、使用和处置后最终成为固体废物（Skeete等人，2020年）。不同类型电池的寿命差异显著（Dufo-López等人，2014年）。备用电池和储能电池的寿命较长，通常通过用户招标程序集中收集和处理，因此产生的废物量相对较少。相比之下，启动电池和牵引电池的主要来源是社区内的家庭消费。这两种类型的电池在寿命结束时分布非常分散，需要专门的回收组织来建立回收基础设施并开展日常收集活动（He等人，2021年）。
现有文献主要采用市场供应模型或斯坦福模型，根据LABs在汽车（Neto等人，2016年）、电动自行车、摩托车、电信基站和变电站（Machado Santos等人，2019年；He等人，2020年）等应用中的社会库存和平均寿命进行粗略估算。He等人（2020年）根据各种电池类型的维护和更换市场销售数据估计，中国每年产生的废弃铅酸电池约为360万吨。Sun（2019年）和Hu与Li（2021年）通过在线问卷进行了关于各种铅酸电池处置寿命的初步消费者调查，将结果作为模型中的寿命分布参数。这种方法显著提高了WLABs产生量估算的准确性。精确管理危险废物（如WLABs）需要准确的实时动态数据支持（He等人，2021年）。然而，关于不同类型铅酸电池在回收和再生过程中实际寿命分布的定量研究仍然严重不足。这一缺陷阻碍了WLABs产生量估算模型的改进。由于铅酸电池种类繁多、制造商众多以及缺乏全面的公共统计渠道，获取各种类型电池的国内销售数据极为困难，进一步加剧了这一挑战。因此，政府部门缺乏实施精准管理和监督的详细数据支持。
收集后的WLABs经过集中处理和加工，生产出再生铅，从而形成闭环循环经济（Scur等人，2022年）。许多学者研究了WLABs的回收模型，识别了回收网络中的利益相关者，并分析了不同地区和经济发展阶段的动态互动，以探索最佳回收方案和监管机制（Tian等人，2023年）。Dong等人（2022年）提出，对于回收网络覆盖广泛的地区，委托回收是合适的，符合中国的短期需求；对于收集点基础设施要求较低的地区，联合回收更为合适，符合中国的中期需求；对于需要收集类似废料流或追求级联利用的地区，自主回收是最优选择，符合中国的长期未来需求。Du等人（2023年）深入分析了LABs回收中各利益相关者之间的复杂战略互动，开发了一个包含正规回收、生产者扩展责任和正规再处理的三方进化博弈模型。目前关于废弃电池回收中的物质代谢模式和环境影响的研究仍然不足，无法为环境管理机构的实际工作提供有效支持。中国已经建立了以《中华人民共和国固体废物污染防治法》和《废弃铅酸电池处理污染控制技术规范（HJ 519–2020）》为中心的监管框架，明确了生产者扩展责任和标准化处置要求。在实际操作中，工业电池主要通过集中招标程序收集，而来自家庭来源的电池则依赖多利益相关者合作的回收模式。非正规回收行为仍然普遍存在。此外，基层执法能力和基础设施的发展亟需加强。
本研究建立了WLABs在社会经济系统中的物质代谢框架，根据生成-回收-利用的科学逻辑进行了系统分析。首先，我们通过样本统计分析绘制了铅酸电池寿命分布曲线，从而建立了一种基于消费品实际销售和使用模式的WLABs寿命终点的估算方法。其次，本研究考察了中国WALBs的生成和资源回收中的物质代谢模式。本文为评估WLABs的资源回收效率提供了基础数据，也为再生铅产业和其他社会固体废物流的管理提供了科学依据和方法论见解。
市场供应模型 铅酸电池（LABs）的销售、使用和寿命结束后的回收模式与电子设备、大型公共交通工具和私人汽车相似。因此，可以应用针对废弃电子和电气设备的估算模型。市场供应模型根据销售量和寿命分布数据计算产品寿命结束时的数量（Xiong等人，2023年）。然而，市场供应模型采用了一个固定的平均寿命，这存在偏差
中国国内LAB消费基础 LAB产品生产并出厂后，部分会出口到海外消费市场。同样，中国的LAB消费市场主要由国内生产主导，只有少量来自进口。因此，可以使用公式（2）计算中国每年的实际LAB消费量。
C i = Pro i ? Exp i + Imp i
C i
Pro i
讨论 中国的LAB制造业始于20世纪50年代。目前，中国在LABs的生产技术和产量方面均处于全球领先地位。各种类型LABs的生产主要集中在行业内的领先企业中。工业和信息化部建立了全面的电池生产和进出口统计系统，数据覆盖范围广泛。根据安泰科发布的数据
结论 与传统的电子废物（如计算机、电视机和手机）类似，WLABs也表现出典型的社会来源生成和回收特征，具有大量的生产和分散的来源。研究其整个生命周期中的物质代谢模式有助于政府更准确地了解这种危险废物，并制定监管标准。
与现有的间接估算LABs的研究相比
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢 本研究得到了国家社会科学基金 [资助编号 20CGL035]、国家自然科学基金一般项目 [资助编号 72374112]和全球环境基金 “中国二次铝、铅、锌和锂产业的绿色生产和可持续发展项目”[资助编号 10673]的支持。
