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Dec 28, 2023

EVのバッテリー不足：市場はさらに熱くなる

Mentre il mondo si prepara alla transizione ai veicoli elettrici,

世界が変化するにつれて電気自動車への移行が加速する中、ヨーロッパと米国の主要な自動車市場ではバッテリーの需要が急増しています。 自動車メーカーやバッテリーメーカーはバッテリーのサプライチェーンの不確実性による困難な時期に直面しており、多くは供給逼迫に対処するために自社のバッテリーギガファクトリーの建設や合弁事業の設立に目を向けている。

需要は約 30% 増加し、2030 年までに世界中で年間 4,500 ギガワット時 (GWh) に近づくと予想されており、バッテリーのバリューチェーンは 2020 年から 2030 年の間に最大 10 倍に増加し、同水準の年間収益に達すると予想されています。 1Nicolò Campagnol、Alexander Pfeiffer、Christer Tryggestad、「電池のバリューチェーンの機会を捉える」、マッキンゼー、2022年1月7日。2030年には、リチウムイオン電池の需要の40パーセントが中国から来ると予想されている（証拠1)。 この予測は、2 つの最も一般的な化学物質であるリン酸鉄リチウム (LFP) とリチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物 (NMC) の間で均等に分かれることを示しています。 需要の約 90% はモビリティ アプリケーション、最も重要なのは電気自動車 (EV) から来るでしょう。 全体として、この成長は前例のないレベルの投資を促進しており、他の業界が同様の希少な資源を追求する中、電池メーカーは競争力を維持するために適切に投資する必要があります。

この新技術の拡大のスピードは、労働力と材料の不足、バッテリーを大規模に生産するためのギガファクトリーの建設の遅れ、サプライチェーンにおけるリソースの競争など、顕著な課題を引き起こしています。 実際、電池のサプライチェーンは、需要の伸びが新規供給への設備投資を上回っている、現在の半導体チップ不足と同様の状況に直面するリスクがある。 さらに、環境、社会、ガバナンス (ESG) 要素がより重要な役割を果たすようになるため、企業が対処する必要がある別の一連の問題が生じます。

状況は困難かつ斬新だ。 しかし、目前の問題に対処し、EVバッテリー市場への参入を加速することを選択した企業にとっては、バリューチェーン全体で成長するための大きな機会を提供します。 これらのプレーヤーは主に 3 つのタイプに分かれます。事業を拡大する既存の電池メーカー、EV への野望をサポートするためにこの分野に参入する自動車 OEM、そして破壊的技術を使用する小規模な新規参入者です。

この記事では、EVのバッテリー不足を防止または対応するための3つの重要な対策、すなわちギガファクトリーの産業化と規模拡大、人材の発掘と維持戦略、堅牢で効率的なサプライチェーンの確立に焦点を当てます。

ほとんどの OEM および電池メーカーは、独立または合弁事業を通じて、リチウムイオン電池を大規模に生産するギガファクトリーを建設しているか、建設を計画していますが、ギガファクトリーの開発は困難です。 最も経験豊富なバッテリー メーカーであっても、生産開始が 9 か月以上遅れることはよくあります。 これはプロジェクトの経済性に重大な影響を与えます。 たとえば、50 GWh の施設で生産が失われると、1 日あたり約 400 万ドルのコストが直ちに影響します。 1 か月の生産ロスにより利益は約 1 億 2,000 万ドル減少し、初年度の年間利益率が 2.5 パーセントポイント低下する可能性があり、車両 1 台あたり 220 ドルの影響となります。十分な速さでスケールできるか?」、マッキンゼー、2022 年 5 月 12 日。

施設が稼働すると、初年度の収量は銘板の容量の約 60% にすぎないことが多く、損失は予想を上回る収量損失と機械のダウンタイムで均等に分割されます。 バッテリー製造時の品質問題は、評判と財務の両方の面でも課題となります。 たとえば、100,000 台の車両のバッテリーをリコールすると、販売損失と償還コストにより、5% の利益が 150% 以上の純損失に変わる可能性があります。

これらの課題に対処するためのベスト プラクティスは、工場設計、建設スケジュールの最適化、ガバナンスとパフォーマンスの管理構造という 3 つの重要な構成要素に焦点を当てています。

柔軟性を高めるために、企業は、プレハブの複雑な工場コンポーネントを含め、可能な限りモジュール化された工場設計を検討できます。 企業は、地域の電池工場の設計基準に合わせて標準的な工場設計を調整し、スペース（クリーンルームの容積など）とコストを最適化することもできます。

シンプルなプロセスフローに基づいた工場レイアウトと、材料搬送の大幅な削減を組み合わせることで、運営費と生産時間をさらに削減できます。 さまざまな製造プロセスを個別の領域としてではなく、シームレスに組み合わされる部分として再検討することも、設計効率の向上に役立つ可能性があります。 追加容量のための十分なスペースを確保しておけば、将来的に大規模な工場の再設計を回避できます。

設計が完了したら、遅延や余分な費用を発生させずに工場を建設するには、堅牢で完全に最適化された建設スケジュールを作成する必要があります。 建設チームまたはプロジェクト実施チームの基本的な役割は、機器生産の重要な経路を妨げないようにすることです。 従来の製造環境と比較して、バッテリー生産設備は納品と立ち上げがはるかに複雑です。 現地の供給に対してプロジェクト段階ごとに労働需要を予測することで、不足を予測し、それに応じてスケジュールを調整することで、労働供給の減少の程度と影響を制限することができます。 最先端の AI 主導のスケジューリング ソフトウェアは、建設現場のさまざまな業界の負荷分散能力などの最適なパスを決定するのに役立ち、新しい情報が入手可能になるとすぐに更新のスケジュールを設定できる可能性があります。

工場の統合デジタルツインを使用してアイデア出しと行動をサポートする、工場設計エンジニアと基地建設作業員の間の調整が、効果的な建設計画の鍵となります。 できるだけ多くの建設ステップを並行して実行することで、クリティカル パスの長さを短縮できる一方で、デジタルおよび無駄のない建設ツールを活用して、経験の浅い作業者の生産性を向上させることができます。

詳細なガバナンス手順とパフォーマンス管理は、建設を成功させ、計画された生産開始日に間に合わせるために不可欠です。 企業は、廃棄率 KPI など、必要な能力とパフォーマンスの管理システムを本社および地方レベルで作成できます。 また、エンジニアリング会社や設計会社と協力してコンピテンシーセンターを設立し、利用可能なエンジニアリング、調達、建設管理 (EPCM) システムで労働力が効果的に使用されるようにすることも検討できます。 その後、地元の施設、本社、および能力センターの間の調整モデルを確立して、関係者間の閉ループ通信と同期を確保できます。

すべての従業員は、企業や業界の専門家を活用して、できるだけ早くトレーニングを受ける必要があります。 リーダーが存在することで、意思決定のボトルネックを回避できます。 オーナーシップや意思決定を軸とする柔軟性などの原則は、トレーニングと企業文化の基盤となります。

ギガファクトリー プロジェクトを成功させるには、工場の建設中とその後の操業の両方において、非常に有能で生産性の高い労働力が必要です。 ここで最も重要な実践の 1 つは、地域の産業活動に関連して必要なスキルセットの十分な供給を確保するために、地域の労働市場を拠点選択の重要な要素にすることです。 決定要因には、利用可能な建設および運営労働力、合理的な通勤圏内にある地域の魅力、たとえば地元の生産能力が限られた取引などで活用できる地域の労働力が含まれる可能性があります。 もう 1 つのベスト プラクティスは、ローカルのセル コンポーネントの供給ベースを促進するためにローカルのインフラストラクチャに投資することです。

企業は、ベストプラクティスを伝え、文化の違いを乗り越えるために、既存の施設で現地の監督者にトレーニングを提供することを検討することができます。 また、技術者やバッテリー技術専門家の需要を満たすために、地元の労働市場以外にも目を向ける必要があるかもしれません。

遅延やコスト超過を回避するために、企業は建設および生産作業中に、特に電池製造装置や原材料の調達を検討する必要があります。 バッテリーのバリューチェーンのあらゆる側面は、2030 年までに急速に成長すると予想されており、セル生産と材料採取が最大の市場となります (図表 2)。 この成長により、サプライチェーンに継続的な課題が生じる可能性があります。

ギガファクトリー建設の急速な成長により、バッテリー固有の機器の場合、注文から試運転までのリードタイムが 1 年半かかるのが一般的です。 実際、一部の OEM は 2025 年に予定されている建設に向けて重要な機器の確保を開始しています。

ギガファクトリー建設の急速な成長により、バッテリー固有の機器の場合、注文から試運転までのリードタイムが 1 年半かかるのが一般的です。

電池製造装置の供給を確保するために、企業は 4 つのアプローチから選択できます。 理想的なシナリオは、既存のバッテリーの専門知識を持つ機器サプライヤーからの供給を確保することです。 次善の策は、同様の専門知識を持つ人を見つけることです。 いくつかの OEM は、他業界から得た独自の機器の専門知識を活用して、バッテリー製造機器の生産に革命を起こしたり、最も破壊的なシナリオでは、技術革新を通じてセル製造プロセスを再設計したりする可能性もあります。

原材料を調達するための強力な戦略を策定することは、企業がコストを管理し、工場の立ち上げを確実に行うのに役立ちます。 原材料は、新たに抽出および精製された金属、またはリサイクルされた使用済みバッテリーまたは生産スクラップから得られます。

新たに抽出された物質には課題があります。 これらは2030年までの総供給量の大部分を占めると予想されているため、電池メーカーは汎用材料の価格に大きく依存しています。 そして、最近のサプライチェーンの混乱により主要材料の価格が20パーセント以上大幅に上昇し、これにより2021年にはリチウムイオン電池のコストが長年で初めて上昇しました。

長期的には、地政学的な制約と労働力の制約により、資材の供給が制限される可能性があります。 たとえば、リチウムは広く豊富に存在しますが、現在の世界生産量の約 70 パーセントはオーストラリアとチリで占められているため、これらの国々が供給に大きな影響を及ぼしています。新しい生産技術は世界的なEV革命を促進する可能性がある」、マッキンゼー、2022年4月12日。同様に、世界のコバルト生産の大部分はコンゴ民主共和国で行われており、そこでのコバルトの採掘は物議を醸している。

需要の大幅な増加により、原材料価格にはさらなる上昇圧力がかかる可能性があります。 たとえば、電池業界のリチウム需要は、2020 年から 2030 年にかけて年間複合成長率 25% で成長すると予想されていますが、電池需要がニッケルを豊富に含む製品に移行するにつれて、ニッケルの需要も増加する可能性があります。4Marcelo Azevedo、Magdalena Baczyńska、Kenホフマンとアレクサンドラ・クラウゼ、「リチウム採掘: 新しい生産技術が世界的な EV 革命を促進する方法」、マッキンゼー、2022 年 4 月 12 日。

この記事の執筆時点では、ニッケルは他産業との競争と新たな供給源の長いリードタイムにより、供給不足の最大のリスクにさらされているようです。 クラス 1 ニッケル (最低 99.8 パーセントのニッケルを含む) の需要の約 65 パーセントは、他の産業、特にステンレス鋼から来ています。 これらの産業は、2030 年にもクラス 1 ニッケルの世界需要の高い割合を引き続き占めると予想されます。5「原材料の課題: 金属および鉱業セクターがエネルギー転換を可能にする中核となる方法」マッキンゼー、1 月 10 日、2022年。

原材料の供給を強化します。短期的には、電池メーカーは価格変動の影響を制限するために鉱山会社と複数年の供給契約を結ぶことを検討する可能性がある。 長期的には、より多くのバッテリーが寿命に達するにつれて、バッテリーのリサイクルにより、メーカー独自のバッテリーと他の供給源の両方から材料が提供される可能性があります。 メーカーは元のバッテリーの販売にリサイクル契約を含めることができ、これにより供給の可能性がさらに拡大します。 大手メーカーは、供給を確保し、急速に拡大する材料の価値プールを活用するために、原材料の抽出と精製に直接投資することを検討する可能性もあります。

サプライチェーンのローカライズ。世界中でバッテリーのバリューチェーン全体に大規模な投資が見込まれていますが、EV製造施設の近くでバッテリー製造を現地化する傾向が高まっています。 とはいえ、バッテリー製造のサプライチェーンはまだこの傾向に基づいて統合されていません。

例えば、コーティング装置と一般セル組立装置の両方の主要装置サプライヤーの 70% 以上がアジアに拠点を置き、残りは北米とヨーロッパで均等に分かれています。6「電池製造装置の成長機会を解き放つ。」マッキンゼー、2022 年 5 月 3 日。 したがって、北米とヨーロッパの企業は、強力な国際調達関係の構築を検討する必要があるかもしれません。

同様に、バッテリー原材料の精製は主にアジアで行われており、バッテリーや機器の製造に比べて現地化の可能性は低い可能性があります。 未精製の原材料は通常、目的の材料の割合が低いため、精製施設は最終市場ではなく原材料の供給源の近くに優先的に設置されます。 さらに複雑なのは、金属精錬はエネルギーを大量に消費するプロセスであり、精錬所の場所を選択する際にはエネルギーコストの競争力も重要な要素となることです。

他のサプライヤーからバッテリーを購入する。上で概説した課題とギガファクトリーの多額の資本コストにより、一部の EV プレーヤーは自社のギガファクトリーに投資するのではなく、より大手のサプライヤーからバッテリーを購入することになります。 これは、EV 分野への限られた参入しか計画していない小規模企業や、戦略的な柔軟性を維持したい企業にとっては、戦術的に防御可能な決定となることがよくあります。 たとえば、新興企業にはギガファクトリーの建設に必要な資産や、建設が完了するまで待つ時間が不足している可能性があります。

電気トラックや電気バスなど、EV市場内のより初期のサブセクターに参入する大企業は、予見可能な将来、これらの特殊用​​途に対する需要が低いことが予想されるため、バッテリーの購入を検討する可能性があります。 また、迅速に追随することを好む企業は、どのテクノロジーが主流になるかを知り、大規模な設備投資を行う前に予想されるバッテリーのニーズを確認する方法として、最初にバッテリーを購入することを選択する可能性があります。

業界が成長し成熟するにつれて、バッテリーのリサイクルと再利用はサプライチェーンと ESG 責任の両方にとって不可欠になります。 この課題に対処するために、3 つの潜在的な終末期経路が浮上しており、それぞれに異なる処理ステップが含まれています。 おそらく概念的に最も簡単なのは、EV で使用するバッテリー パックを修理して寿命を延ばすことです。 2 番目のオプションは、他の二次用途 (グリッド ストレージなど) でバッテリーを再利用することで、電力会社と電力ユーザーの両方に大きなメリットをもたらす可能性があります。 最後に、リサイクルされた電池材料を新しい電池製造の原料として使用すると、主要商品に対する需要圧力が緩和され、電池の資源フットプリントが削減されます。

EVへの移行はバッテリー製造の急速な加速をもたらし、バリューチェーン全体で大きな成長の機会をもたらしています。 しかし、この機会に基づいて行動するには多額の投資が必要となり、メーカーの中核事業にリスクが生じます。 3 つの主要分野に取り組むバッテリーおよび自動車業界のプレーヤーは、EV に対する自動車所有者の需要に応えながら、収益と収益性を拡大するチャンスをつかむことができます。