導語：逆向產品定位設計資源優化綜合研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以再生資源為研究對象，以管道學和逆向物流理論為基礎，構建了廢棄物質資源化回收處理的逆向產品定位設計路徑，分析了逆向產品定位設計路徑的基本設計、設計方法和評價標準，并通過實證研究分析了其應用效果。研究表明：逆向產品定位設計在節約金屬資源，減少廢棄產品的環境污染，提高我國重要金屬資源的利用率和自給能力等方面具有積極作用，同時也為建立靜脈產業和動脈產業可持續發展的協同機制提供了參考和借鑒作用。

關鍵詞：再生資源；逆向產品定位設計；回收再利用；靜脈產業

一、引言

新能源汽車行業是近年來國家大力支持和發展的朝陽產業。2018年我國新能源汽車產量達到127萬輛，同比增長了59.9%。與此同時，2018年我國鋰離子電池產量持續快速增長。國家統計局數據顯示，全年我國鋰離子電池累計產量達139.9億只，同比增長25.9%[1]。鋰離子動力電池需求增加也帶動了相關資源的需求量，比如制備鋰離子電池正極材料所需的鎳、鈷、錳等金屬資源。以鎳金屬為例，2019年中國純鎳出口3.66萬噸，進口有18.8萬噸，全年凈進口量為15.15萬噸。為提高礦產資源對經濟社會可持續發展的保障能力，保障資源的長期穩定供給，2001年4月，經國務院批準，我國實施了首部《全國礦產資源規劃》，結束了我國礦產資源管理無規劃可依的歷史，將礦產資源規劃列為國家規劃體系中的重要組成部分[2]。隨著經濟社會發展，新一輪的《全國礦產資源規劃》陸續編制實施，2016年，《全國礦產資源規劃（2016—2020年）》出臺，首次將石油、天然氣、鎳、鈷、鋰、晶質石墨等24種礦產列入戰略性礦產目錄，強調要強化戰略性礦產的保護與儲備[3]。本文擬探討金屬礦產資源的可持續利用對策，以廢舊鋰電池回收再制造為典型案例，分析其回收再利用過程，提出“逆向產品定位設計”路徑及理論框架，構建鋰電池低碳經濟產業鏈模型，幫助我國再生資源循環利用產業建立高質量、高品位、品牌化發展模式。

二、再生資源循環利用的發展現狀

（一）再生資源循環利用的理論研究。20世紀中后期，人們意識到資源浪費的嚴重性，循環經濟的思想逐漸萌芽，將資源獲取渠道從自然界中的原生資源擴展至城市廢棄物中的可再生資源，再生資源循環利用的相關研究也受到國內外學者的廣泛關注，其研究方向可歸納為橫向體系、縱向體系、產業發展環境支撐體系三個方面。橫向體系研究主要反映了不同類型的物質在回收、處理處置、再利用等方面差異。羅家強[4]以德國建筑垃圾資源化回收利用為研究對象，總結出建筑垃圾的回收步驟主要包括來料檢測、初步篩選、破碎、磁選、機械篩選和產品分類六個環節，并根據材料粒徑的不同選擇資源化利用途徑。Elena Mossali[5]等人分析了鋰離子電池回收利用方案，并從能源消耗、回收效率和安全問題等方面比較了火法冶金和濕法冶金的利弊。Chris Slootweg[6]從生物地球化學循環的角度分析了碳、氮、磷的循環路徑，利用廢棄物資源實現循環經濟。縱向體系主要分析了構建再生資源循環利用產業鏈的理論方法和實施路徑。孫鶴行[7]等人通過研究逆向物流的回收模式及相應的汽車逆向物流模式，構建了以生產商、分銷商和回收處理企業為主的三種不同的報廢汽車回收模式。王磊[8]等人根據再生資源產業鏈的構建原則從資源消耗、產業規模和創新能力3個層面構建評價體系并運用區位熵法確定區域內關鍵產業,構建了京津冀區域鋼鐵、生物醫藥、石油化工和煤炭固廢綜合利用產業鏈，達到了縱向角度系統性對再生資源產業鏈運行分析的目的。產業發展環境支撐體系主要包括法律法規、政策、公民教育等方面。張越[9]等人分別從政策類型視角、政策作用對象、再生資源市場等角度分析了發達國家再生資源產業領域相關政策的作用機制和特點，從而提出中國對再生資源產業支持政策的優化方向。李亞春[10]從政策及市場情況兩個角度綜合分析了歐美日等發達國家儲能電池回收處理經驗，并結合我國儲能電池回收政策、技術、產業發展現狀提出了建設性意見。（二）我國再生資源循環利用產業發展的主要限制因素。與歐美發達國家相比[11]，我國的再生資源循環利用產業起步較遲，發展落后，尚存在諸多問題及制約因素。在我國，廢舊物資由于源頭多、數量廣、地點分散，回收主要由民間回收從業者處理。然而，由于該行業政策法規不健全、二次污染問題突出、工作環境差、行業門檻低，大部分回收從業人員多為進城務工人員，呈現出“三低”的特征，即文化層次低、技術水平低、組織化程度低。他們主要聚集在各個城市的城鄉結合部，由此在這些地區形成了各類廢品集散市場，經營分散、無序競爭，甚至是違法銷贓和報廢電器非法拆解，使得該行業呈現出“散”和“亂”的特征。消費者對再制造產品的認識和信任問題是我國再生資源循環利用產業發展面臨的一個大的挑戰。一方面是由于再制造產品消費觀念還沒有得到廣泛的傳播，公眾對再制造概念認識不足，容易混淆再制造品與翻新件，再加上目前回收行業沒有建立完善的質量標準，使消費者對再制造產品質量缺乏信任。另一方面，我國消費者尚未建立綠色消費觀念，對“舊”“二手”“翻新”等關鍵詞存在天然的抵觸心理，寧愿高價買全新產品也不希望使用再制造產品。 綜上所述，要扭轉目前傳統回收行業的被動局面，提升我國資源回收利用的整體技術水平和品味，就不能僅僅把重點放在末端“治理”上，而是要構建“生產——消費——回收——再制造”的閉合循環產業鏈，通過逆向產品定位設計，循環和梯級利用資源，進一步實現我國經濟社會的可持續發展[13][14]。 

三、基于逆向產品定位設計的再生資源利用模式的構建

（一）“逆向產品定位設計”的基本思想。逆向產品定位設計以逆向物流模式[15]為邏輯基礎，根據管道學[16]原理，通過再設計和再制造的方法把靜脈產業和動脈產業定向鏈接，建立可再生資源的定向回收利用路徑，在工業系統中實現資源可持續的物質循環，以此構建高值化、標準化、品牌化的再生資源閉合循環利用生態產業鏈。逆向產品定位設計是從消費者手中回收廢棄物為起點，設計再生資源再制造路徑的過程。如圖1所示。其中，消費者代表產品使用者，生產者代表動脈產業中的產品制造商，分解者代表靜脈產業中的回收企業。在市場經濟的作用下，生產者根據消費需求生產制造商品，分解者滿足消費者的廢棄物回收需求。根據回收物的不同，分解者以“減量化、高值化、再設計、再制造”為行為準則，設計不同的資源逆向循環路徑，采用高科技含量、高附加值、低耗能、低污染的回收技術獲取再生資源后，通過市場交易的方式把產品或副產品作為原材料輸送回流到產業鏈中的上游制造企業，即動脈產業中。通過產業生態鏈接組成一個結構與功能互補、資源和信息共享、具有自我修復、自我適應、自我循環的可持續發展的循環生態鏈網絡，組織成 “資源——產品——廢棄物——再生資源”的反饋式循環模型，循環利用生態鏈的物質和能量，實現產業系統的高效運行和可持續發展[17]。（二）“逆向產品定位設計”的設計方法。“逆向產品定位設計”的關鍵是對廢舊產品的再設計和再制造。再設計，是指回收企業根據市場需求和行業標準，設計出把廢棄品制造成生產原產品所需的原材料的最優路徑，從廢棄產品中獲得的再生資源定向流通到制造原產品的產業鏈中。再制造，是指生產商利用原廢棄產品所提取的原始物質資源重新制造出適應市場發展和滿足消費者需求的新產品或替代產品。該循環模式不僅可以緩解資源短缺的現狀，減少廢舊資源隨意填埋或焚燒對環境造成的污染，還能降低生產成本，具有較大的經濟效益和社會效益，符合循環經濟的發展要求[18]。（三）“逆向產品定位設計”的評價標準。“逆向產品定位設計”經歷了生產、消費、回收、再制造四個階段，貫通產業鏈上下游企業，因此，要設計切實可行，兼具經濟效益和社會效益的再利用路徑，必須充分發揮靜脈產業和動脈產業的協同效應，確保兩者在回收利用水平和生產制造水平上步調一致[19]。評價一個產品是否采用了逆向產品定位設計理念，主要以“三同時”準則為依據，即回收企業在進行廢料資源化處理時要與再生產品制造企業同時設計、同時制造、同時投入生產和使用。市場需求多變，技術進步日新月異，回收企業設計產出的再生資源，其質量和標準必須符合甚至領先于上游生產企業的產品需求，其產量要滿足上游企業的生產需求，其投入市場的速度要與制造企業產品投放的速度持平。此外，作為生產者，制造商也有責任設計和生產出易于分解和回收利用的產品，加大綠色采購力度，提高再制造品質量，優選再生資源生產商品，做好消費者教育，引導消費者選購可再生品，養成節約資源、垃圾分類的良好消費觀念和習慣。

四、從邦普廢舊動力電池回收切入鋰離子電池再制造產業路徑

（一）產業背景。據統計，2018 年我國電池總產量為 572 億只，其中鋰離子電池 139.88 億只，一次電池總量約 424.54 億只，太陽能電池 9605.34 萬 kW。隨著新能源汽車產量逐年增多，廢動力鋰離子電池產生量將大幅增加，預計到 2020 年中國新能源汽車產量將超過200萬輛，至 2025 年累計退役量約為 78 萬噸[11]。目前新能源汽車所使用的動力電池主要為磷酸鐵鋰電池及三元聚合物鋰電池。這些鋰電池中含有大量高經濟價值的稀土金屬和有色金屬，如鈷、鋰、鎳、銅、鋁等。以常見的三元電池NCM111為例，鎳鈷錳含量分別占12%、3%和5%，而磷酸鐵鋰電池即使不含鈷、鎳等稀有金屬，其1.1%的鋰含量也顯著高于我國開發利用的品位僅為0.4-0.7%的原礦。通過拆解回收，鎳、鈷、錳等金屬元素可實現95%以上的回收率，經進一步的資源化，可以生產出鎳、鈷、錳及鋰鹽，以及三元正極材料及其前驅體，將產品直接用于鋰電池電芯制造，構建閉環循環產業鏈[20]。我國資源總量大，人均少，資源稟賦不佳，以鎳為例， 2018年我國鎳產量為18.00萬噸，進口數量為21.34萬噸，出口數量為1.32萬噸。2019年中國純鎳出口3.66萬噸，進口有18.8萬噸，全年凈進口量為15.15萬噸。相比國內精煉鎳產量15萬噸，也就是說去年國內的純鎳消費一半靠自產、另一半依賴進口[21][22]。貴金屬價格的上漲及礦產資源的稀缺使原料回收成為電池市場中重要的部分。回收廢舊電池材料不僅回收效率高，還能降低電池生產成本，較直接開采礦石的生產方式更具有低價優勢。據權威機構測算，回收鈷、鎳、錳、鋰、鐵和鋁等金屬所創造的市場規模在2020年將達到136億元，2023年將超過300億元[20]。（二）研究應用。廣東邦普循環科技有限公司主要從事廢舊電池及報廢汽車資源化回收處理和高端電池材料生產。目前業內對預處理后的廢棄鋰電池的資源化處理方法包括火法、濕法和生物法三種[23]。邦普在濕法冶煉的基礎上，設計出以廢舊鋰電池資源化處理為起點，到制造新鋰電池為終點的電池逆向循環產品路徑，如圖2所示。廢舊鋰離子電池循環再造三元鋰電池正極材料的核心技術，是承接循環再造鎳鈷錳氫氧化物技術，創新開發的鎳鈷錳酸鋰合成技術。首先以廢舊鋰離子電池為原料，經過預處理、浸出、提純、合成步驟，得到鎳鈷錳氫氧化物三元材料前驅體；然后將三元前驅體洗滌烘干，與碳酸鋰按一定比例配比均勻混合，在氧氣氛圍下，進行分段程序升溫熱處理，控制燒結溫度和時間，再經過破碎、分級、除鐵、水洗等步驟，得到鎳鈷錳酸鋰三元正極材料，最終由電池制造企業制備成新的三元鋰電池，實現從廢品到高價值產品的逆向轉化。（三）效果評估。1、經再設計再利用后，廢舊電池中的鎳鈷錳金屬回收率可達99.3%以上，此外，廢舊電池及廢水中的鐵、銅、鋁等有價資源回收率達95%以上，可以粗制副產品直接對外銷售制造再生金屬。此舉不僅實現了廢舊鋰電池資源化處理，減少電池環境污染，還實現了新能源汽車動力電池產業鏈從“生產—使用—報廢——回收——生產”的終端到始端的閉合接軌，緩解了我國產業發展對鎳、鈷、錳等重要金屬資源的對外依存度。2、采用該技術制成的鎳鈷錳酸鋰產品比容量達200mAh/g以上，首次充放電效率大于90%，在提高鎳鈷錳酸鋰中的鎳含量，提升電池容量及增加電池循環壽命上有顯著的效果，提高了行業標準，進一步推動新能源汽車技術的發展。3、逆向產品定位設計有著節能、環保、低碳、高效的特點，在實現廢舊資源減量化、無害化、資源化、高值化上有著顯著的經濟效益和社會效益，符合綠色生產和綠色制造的要求，成為企業樹立綠色發展的行業形象，打造高端品牌，贏得市場聲譽的重要抓手。（四）應用價值。1、有利于解決經濟發展和環境保護、資源短缺間的矛盾盡管鋰離子電池不含汞、鉻、鉛等重金屬物質，被視為環保電源，但其化學物質在填埋、焚燒以及小型和土法冶煉廠回收處理進入環境后仍會對環境產生污染，電池中的電解液也會成為污染土壤和地下水的隱患，長此以往會對環境和人類健康造成嚴重威脅。因此，對廢舊鋰離子電池逆向再設計、再利用技術路徑的開發，不僅有利于環境保護，還可以緩解我國資源緊張的問題，提高金屬資源的利用率[24]。2、有利于提高新能源汽車產業關鍵配套材料的自給能力在新能源汽車產業，生產動力電池所需的鎳、鈷、錳等金屬材料的對外依存度較高。尤其是2020年初突如其來的病毒疫情爆發，重創全球供應鏈、產業鏈、價值鏈，全球進出口貿易受到嚴重沖擊，幾乎所有生產電池制造所需的鋰和其他金屬方面至關重要的國家都推出了居家隔離或交通物流限制措施，以控制病毒的傳播。疫情在全球的大流行使經濟全球化面臨諸多挑戰，很多國家的政策會轉向內向發展、自主發展和有保障的發展等。通過逆向產品定位設計可以實現本地廢舊鋰離子電池的資源化、高值化利用，有利于緩解產業發展對鎳、鈷、錳等重要金屬資源的對外依存度，提升我國新能源汽車產業關鍵配套材料的自給能力，穩定市場供應，進一步完善綠色產品生態體系。3、有利于企業挖潛增效，提高經濟效益在生產經營中，生產商如果使用可再循環的原材料，可以節約生產成本，從而提高企業在成本方面的競爭優勢[25]。對于回收商而言，廢棄產品的規模化、資源化、無害化處理能提高產品的附加值，給企業帶來客觀的利潤，還能為企業創造巨大的效益。實施逆向產品定位設計有利于促進下游回收企業與上游生產企業實現技術接軌、信息共享、市場互通，形成規模效應，推動企業針對產品的包裝、設計、結構、用料等進行改良，使其易于回收和再利用，推動技術進步和產業發展。

五、未來展望

研究表明，逆向產品設計不僅能節約金屬資源，減少廢棄產品對環境污染的隱患，還能幫助上游生產企業大大降低原材料的成本，推動下游回收企業建立再生資源高值化、無害化的處理方式，建立可持續發展的閉合循環產業鏈。然而由于現實生活中回收企業要處理的產品數量眾多，導致了回收處理方和各個生產制造方的信息不完全一致，缺乏完善的信息溝通系統，上游企業和下游企業間很難實現信息流通、集成與共享，嚴重制約了物質資源的循環利用率，因此在今后的研究中還需要考慮逆向物流中信息傳遞的暢通性。此外，本次研究應用是針對鋰離子電池這一特定產品提出的個案研究，對其他產品或行業的適應性缺乏論證，未來還需要構建一種具有普適性的逆向產品定位設計模型和路徑。

作者:劉穎珊 余海軍 謝英豪 吳奔奔 單位:1.廣東邦普循環科技有限公司 2.湖南大學機械與運載工程學院