鉅大LARGE | 點擊量：850次 | 2022年02月12日
充電鋰電池真的是清潔能源么？
八月九日消息，據(jù)國外媒體報道，隨著世界爭相用清潔能源替代化石燃料，提取鋰和鈷等電池成分帶來的環(huán)境影響本身可能成為一個重要問題。
這是一個完全現(xiàn)代化的謎語：是什么將智能手機中的電池和漂浮在內陸河流上的死牲畜聯(lián)系起來?答案是鋰——一種反應性堿金屬，為我們的手機，平板電腦，筆記本電腦和電動汽車供應動力。
2016年五月，數(shù)百名抗議者將從內陸水域中打撈的死魚扔上當?shù)亟诸^。當?shù)劁嚨V的有毒化學品泄漏對生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重破壞。
(圖示：玻利維亞的阿塔卡瑪高原。工人們在世界上最大的鹽堿地地表鉆孔。他們的目標是在富含大量鎂和鉀的鹽水中尋找鋰元素含量較高的地方。自21世紀以來，世界上大部分的鋰都是通過這種方式提取的，而不是使用礦砂資源。)
從照片上看，河流上漂著大量死魚。一些目擊者稱，還看到牲畜死于飲用受污染的水，尸體向下游漂浮。隨著當?shù)夭傻V業(yè)活動的急劇新增，環(huán)境在不斷惡化。
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鋰離子電池是全球實現(xiàn)清潔能源的重要組成部分。TSLAModelS的電池中含有大約12千克的鋰，而有助于平衡可再生能源的電網(wǎng)存儲解決方法中則要更多的鋰。
全球對鋰的需求呈指數(shù)級上升，在2016年至2018年期間鋰的價格翻了一番。咨詢公司凱恩能源研究顧問公司稱，鋰離子行業(yè)的年產(chǎn)量預計將從2017年的100兆瓦時(GWh)上升到2027年的近800兆瓦時。
《金屬公報》(MetalBulletin)研究主管威廉˙亞當斯(WilliamAdams)表示，目前的需求飆升可以追溯到2015年，當時全球開始大力推廣電動汽車。亞當斯說，這導致了開采鋰的項目數(shù)量大幅新增，"還有數(shù)百個項目正在籌備中"。這本身就可能成為一個嚴重的環(huán)境問題。愛思唯爾(Elsevier)分析師克里斯蒂娜˙瓦雷瑪基(ChristinaValimaki)表示:"我們對最新、最智能設備的無盡渴求，導致出現(xiàn)了最大的環(huán)境問題之一，就是日益嚴重的礦物危機，尤其是生產(chǎn)電池所需的礦物危機。"
(圖示：塔里哈，玻利維亞。鹽商在卡車上裝載富含鋰的鹽。玻利維亞的鹽灘地被認為是世界上鋰儲量最高的地方。玻利維亞安第斯山可能含有地球70%的鋰。許多分析家認為從鹵水中提取鋰比從巖石中提取更環(huán)保。然而，隨著需求的新增，公司可能會通過加熱將鋰從鹵水中提出出來，因為這是一種更耗能的資源。)
在南美洲，最大的問題是水。該大陸的鋰礦分布三角區(qū)覆蓋了阿根廷、玻利維亞以及智利的部分地區(qū)。在當?shù)氐暮窈覃}層之下，擁有世界上超過一半的鋰金屬礦藏。這里也是地球上最干燥的地方之一。這是一個真正的問題，因為若要提取鋰，礦工首先要在鹽灘上鉆一個洞，并將富含礦物質的鹽水泵出地表。
然后礦場會讓這種礦物質水蒸發(fā)幾個月，首先制成錳，鉀，硼砂和鋰鹽的混合物，然后將其過濾并放入另一個蒸發(fā)池中，依此循環(huán)往復。經(jīng)過12到18個月的過濾之后，就可以從這種混合物中提取出碳酸鋰——一種白色的黃金。
這種方法相對便宜和有效，但在整個過程中要使用大量的水——平均提取每噸鋰大約要500,000加侖水。在智利的阿塔卡馬省，采礦活動消耗了該地區(qū)65%的水。這對當?shù)剞r民的生產(chǎn)活動出現(xiàn)了巨大的影響——他們種植藜麥和牧羊駝——在這個地區(qū)，一些社區(qū)已經(jīng)不得不從其他地方獲得水資源。
即便在水資源豐富的地區(qū)也情況堪憂。鋰礦的有毒化學品極有可能從蒸發(fā)池泄漏到供水系統(tǒng)中。這些有毒化學品包括包括用于將鋰元素加工成可出售形式的鹽酸，以及在每個階段從鹽水中過濾掉的那些廢物。在澳大利亞和北美洲，通常使用更傳統(tǒng)的方法從巖石中開采出鋰元素，但仍然要使用化學品才能提取出可用的鋰。內華達州的研究發(fā)現(xiàn)，鋰加工作業(yè)對魚類的影響遠至下游150英里。
根據(jù)環(huán)保組織的報告，提取鋰不可防止地會損害土壤并導致空氣污染。在阿根廷的姆爾托鹽沼，當?shù)厝寺暦Q鋰工業(yè)污染了人類和牲畜的溪流，也污染了農作物的灌溉。在智利，礦業(yè)公司和當?shù)厣鐓^(qū)之間經(jīng)常發(fā)生沖突，他們說鋰礦開采正在讓成堆的廢棄鹽污染土壤，也讓運河水被污染，并帶有不自然的藍色色調。
智利大學鋰離子電池專家吉列爾莫˙岡薩雷斯(GuillermoGonzalez)在接受采訪時說："就像任何采礦過程相同，開采鋰是侵入性的，它會破壞景觀，它會破壞地下水，污染地球和當?shù)氐乃?。這并不是一個綠色的解決方法——它根本不是一個解決方法。"
但鋰可能并不是現(xiàn)代可充電電池中最成問題的組成成分。它相對豐富，理論上可以從海水中提取，當然目前來看提取過程中的能耗較大。
另外兩個關鍵成分——鈷和鎳——更容易在電動汽車市場出現(xiàn)瓶頸問題，并可能造成巨大的環(huán)境成本。鈷重要蘊藏在剛果民主共和國等中非地區(qū)，除此之外，似乎在其他任何地方都找不到。其價格在過去兩年已經(jīng)翻了兩番。
根據(jù)電池材料公司SilaNanotechnologies首席技術官兼創(chuàng)始人GlebYushin的說法，大多數(shù)金屬開采出來后并沒有帶來太多毒性。但鈷是"非?？膳?quot;。
"鈷最大的挑戰(zhàn)之一就是它只蘊藏在一個國家，"他補充道。你可以直接將土壤翻開并找到鈷，所以人們有很強的動機去開采并出售它，結果導致了很多不安全和不道德的行為。"剛果是"手工礦場"的家園。在那里，人們往往直接用手從土壤中開采提取鈷，經(jīng)常會使用童工，也沒有防護設備。
還有其他問題要考慮。當玻利維亞從2010年開始開采其豐富的鋰資源時，有人認為其蘊含的龐大礦產(chǎn)財富可能會給這個貧窮國家?guī)硐裰袞|石油資源豐富國家那樣的經(jīng)濟和政治影響力。"他們不想養(yǎng)出一個新的石油輸出國組織，"瑞典環(huán)境研究所(IVLSwedishEnvironmentalInstitute)的里斯貝斯˙達洛夫(LisbethDahllof)如是之處，他去年和人合著了一份有關電動汽車電池生產(chǎn)對環(huán)境影響的報告。
在最近發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上的一篇論文中，Yushin和他的合著者認為，要開發(fā)新的電池技術，使用更普通、更環(huán)保的材料來制造電池。研究人員正在開發(fā)新的電池化學成分，用更常見，毒性更低的材料代替鈷和鋰。
但是，假如新電池的能量密度低于鋰離子電池或者比鋰離子電池更貴，它們最終可能對整個環(huán)境出現(xiàn)負面影響。"評估和降低環(huán)境成本是一個比最初看起來更復雜的問題，"瓦雷瑪基說，"例如，假如考慮到交通和額外的包裝要求，一款不那么耐用、但更可持續(xù)的設備可能會出現(xiàn)更大的碳排放。"
在伯明翰大學，由政府投資2.46億英鎊的法拉第挑戰(zhàn)賽所研究的重點就是試圖找到回收鋰離子的新方法。澳大利亞的研究發(fā)現(xiàn)，該國3300噸鋰離子垃圾中只有2%被回收利用。人們不再要的Mp3播放器和筆記本電腦最終會被填埋，而設備電極中的金屬和電解液中的離子液會泄漏到環(huán)境中。
由伯明翰能源研究所牽頭的一個研究小組正在利用為開發(fā)的機器人技術，尋找安全地從電動汽車上拆卸可能會爆炸的鋰離子電池的方法。在回收廠，由于鋰離子電池儲存不當，或是誤當作鉛酸電池而通過破碎機銷毀，經(jīng)常導致火災的發(fā)生。
因為鋰離子陰極會隨著時間的推移而降解，所以不能簡單地將它們放入新的電池中(盡管有些人正在努力將舊的汽車電池用于能量密度要求沒有那么高的儲能應用領域)。"回收任何一種有化學成分的電池都存在這個問題——你不了解它在生命周期中處于什么位置，"ZapGo首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人斯蒂芬˙沃勒(StephenVoller)說，"這就是為何回收大部分手機并不劃算。"
法拉第研究所(FaradayInstitution)負責鋰回收項目的加文˙哈珀(GavinHarper)博士說，另一個障礙是，制造商們往往會對他們電池的實際組成情況保密，這使得回收電池變得更加困難。目前，回收電池通常被切碎，形成金屬混合物，然后再使用火法冶金技術分離，也就是所謂的燃燒。但是，這種方法浪費了大量的鋰。
英國研究人員正在研究替代技術，包括使用細菌處理材料的生物回收技術，以及使用化學品溶液的濕法冶金技術，其方式和從鹽水中提取鋰的方式類似。
關于哈珀而言，當務之急應該是開發(fā)一個全新過程，從而能夠在整個生命周期內安全地使用鋰離子電池，并確保不會從地表提取過多的鋰元素，或者讓舊電池中的化學物質對環(huán)境造成損害。"考慮到這些電池中的所有材料在提取過程中已經(jīng)出現(xiàn)的環(huán)境和社會影響，我們應該注意妥善保管。"他說。
