鋰離子電池(chi)是全球實現清潔能(neng)源的重(zhong)要組成部分，但是有一(yi)個問題(ti)。當(dang)世(shi)界爭(zheng)相用清潔能(neng)源取代(dai)化石燃料時，尋找實現轉型所需的鋰元素會對環境產生影響，這(zhe)本身就可能(neng)成為一(yi)個嚴重(zhong)的環境問題(ti)。
8月(yue)9日消息(xi)，據國外媒體(ti)(ti)報(bao)道，隨著(zhu)世界爭相用清潔能(neng)源(yuan)替代化石燃料，提取(qu)鋰(li)和鈷等(deng)電池(chi)成分(fen)帶來的環境(jing)影(ying)響本身(shen)可能(neng)成為一個主要問題(ti)。
這是一個完全現代化的謎語：是什么將(jiang)智能(neng)手機中的電(dian)池與漂浮在內(nei)陸河流上(shang)的死牲畜(chu)聯系(xi)起來?答(da)案是鋰(li)——一種反應性堿(jian)金屬，為我們的(de)手機，平板電(dian)(dian)腦，筆記本(ben)電(dian)(dian)腦和電(dian)(dian)動汽車提(ti)供動力。
2016年5月，數百名抗(kang)議者將從內陸水(shui)域中打撈的(de)死魚扔上(shang)當(dang)地(di)(di)街頭。當(dang)地(di)(di)鋰礦的(de)有毒化學品泄漏(lou)對生(sheng)態系統造成了嚴重破壞。
(圖(tu)示：玻(bo)利維(wei)亞(ya)的阿塔卡瑪高(gao)原(yuan)。工人們在世界上*大(da)的鹽堿地地表鉆孔(kong)。他們的目標(biao)是在富(fu)含(han)大(da)量鎂和鉀的鹽水中(zhong)尋找鋰元素含(han)量較高(gao)的地方。自21世(shi)紀以(yi)來，世(shi)界上大部分的鋰都是通過(guo)這種方式(shi)提取的，而(er)不是使(shi)用礦砂資源。)
從照片上(shang)看(kan)，河流(liu)上(shang)漂著大(da)量死魚。一些目擊(ji)者稱(cheng)，還看(kan)到(dao)牲畜死于飲(yin)用受(shou)污染的(de)水(shui)，尸體(ti)向下(xia)游漂浮。隨(sui)著當地采礦(kuang)業活動的(de)急劇增(zeng)加，環境在(zai)不斷惡(e)化。
鋰離子電池是(shi)全(quan)球實現(xian)清(qing)潔能(neng)源的重要組成部分。特斯拉Model S的電池中(zhong)含有(you)大約12千克的鋰，而有助于平衡可再生能源的電(dian)網存(cun)儲解決(jue)方案中則需要更多的鋰。
全球對(dui)鋰的需求呈指數級增長，在2016年至2018年(nian)期(qi)間鋰的價(jia)格(ge)翻了一番。咨(zi)詢公(gong)司凱(kai)恩能(neng)源研(yan)究顧問公(gong)司稱，鋰離(li)子行業的年(nian)產(chan)量預計將從2017年的100兆瓦時(GWh)增長到2027年的近800兆瓦時。
《金屬公(gong)報》(Metal Bulletin)研究主管威(wei)廉˙亞當斯(William Adams)表示，目前的需(xu)求飆升可以追溯到(dao)2015年，當時全球開始大(da)力推(tui)廣(guang)電動汽車(che)。亞(ya)當斯說，這導致了開采鋰的項目數量大(da)幅增(zeng)加，“還有(you)數百(bai)個(ge)項目正在籌備(bei)中”。
但是有一個(ge)問(wen)(wen)題。當世界爭相(xiang)用(yong)清(qing)潔能(neng)源取代化石燃料(liao)時，尋(xun)找實現轉(zhuan)型(xing)所需(xu)的鋰元素(su)會對(dui)環境產生影響，這本身就可能(neng)成(cheng)為一個(ge)嚴重的環境問(wen)(wen)題。愛思唯爾(Elsevier)分析師克里斯(si)蒂(di)娜˙瓦(wa)雷瑪基(Christina Valimaki)表示:“我們對*新、*智能設備的無盡(jin)渴求，導致出現了*大的環境問(wen)題之(zhi)一，就是日益嚴(yan)重(zhong)的礦(kuang)物危(wei)機，尤其(qi)是生產電池所需的礦(kuang)物危(wei)機。”
(圖示：塔里哈，玻利維(wei)(wei)亞(ya)(ya)。鹽(yan)(yan)商在卡車(che)上裝載富含鋰的(de)鹽(yan)(yan)。玻利維(wei)(wei)亞(ya)(ya)的(de)鹽(yan)(yan)灘地(di)(di)被認為是世界(jie)上鋰儲量(liang)*高(gao)的(de)地(di)(di)方。玻利維(wei)(wei)亞(ya)(ya)安第斯山可能(neng)含有地(di)(di)球70%的鋰。許多分析家認(ren)為從(cong)鹵水中(zhong)提取(qu)鋰比從(cong)巖石中(zhong)提取(qu)更環保。然而，隨著(zhu)需(xu)求的增加(jia)，公司可能(neng)會通過(guo)加(jia)熱將(jiang)鋰從(cong)鹵水中(zhong)提出出來，因(yin)為這(zhe)是一種更耗能(neng)的資(zi)源。)
在(zai)南美洲(zhou)，*大的(de)問(wen)題(ti)是(shi)水。該大陸的(de)鋰礦(kuang)分(fen)布三角(jiao)區(qu)覆(fu)蓋(gai)了阿根廷(ting)、玻利維亞以及(ji)智利的(de)部(bu)分(fen)地區(qu)。在(zai)當地的(de)厚厚鹽層(ceng)之下，擁有世界上(shang)超過一(yi)半的(de)鋰金屬礦(kuang)藏。這里也是(shi)地球上(shang)*干燥的(de)地方之一(yi)。這是(shi)一(yi)個真正的(de)問(wen)題(ti)，因(yin)為若(ruo)要提(ti)取鋰，礦(kuang)工首(shou)先需要在(zai)鹽灘(tan)上(shang)鉆(zhan)一(yi)個洞(dong)，并將富含礦(kuang)物質的(de)鹽水泵出地表。
然后(hou)礦場會讓這(zhe)種礦物質水蒸(zheng)發幾(ji)個月，首先制成錳，鉀，硼砂和鋰鹽的(de)混合物，然后(hou)將其過濾并放入另一個蒸(zheng)發池中(zhong)，依此循環(huan)往復。經過12到18個(ge)月的過濾之(zhi)后，就可以從這(zhe)種混合物(wu)中(zhong)提取(qu)出(chu)碳(tan)酸鋰——一種白色的黃金(jin)。
這種方法相(xiang)對便宜和有效，但(dan)在整(zheng)個過程中要使用大量的水——平均提(ti)取每噸鋰大約需要500,000加侖水。在智(zhi)利的阿塔卡馬省(sheng)，采礦活(huo)動消耗了(le)該地區65%的水(shui)。這對當地(di)農民的生產活動產生了巨大(da)的影(ying)響(xiang)——他們種植藜麥和牧(mu)羊駝——在這個地(di)區，一些社區已(yi)經(jing)不得不從(cong)其他地(di)方獲得水(shui)資源。
即便在(zai)(zai)水(shui)資源(yuan)豐(feng)富(fu)的(de)(de)地區也情況堪憂。鋰礦的(de)(de)有毒化(hua)學品極有可能從(cong)(cong)蒸發池泄漏到(dao)供水(shui)系統中。這些有毒化(hua)學品包(bao)括(kuo)(kuo)包(bao)括(kuo)(kuo)用于將鋰元素(su)加工成可出售形式的(de)(de)鹽酸，以及在(zai)(zai)每個(ge)階段從(cong)(cong)鹽水(shui)中過濾(lv)掉的(de)(de)那些廢物。在(zai)(zai)澳大(da)利亞和北美洲，通常使用更傳統的(de)(de)方法從(cong)(cong)巖石中開采(cai)出鋰元素(su)，但(dan)仍然需要使用化(hua)學品才能提取出可用的(de)(de)鋰。內華達州(zhou)的(de)(de)研(yan)究發現(xian)，鋰加工作(zuo)業對魚類的(de)(de)影響遠至下游150英里。
根(gen)據環保組(zu)織的(de)(de)報告，提取鋰不(bu)可避免(mian)地會損(sun)害土壤(rang)并(bing)導致空氣(qi)污染(ran)(ran)(ran)(ran)。在(zai)阿(a)根(gen)廷的(de)(de)姆爾(er)托鹽(yan)沼，當地人(ren)聲(sheng)稱(cheng)鋰工業污染(ran)(ran)(ran)(ran)了人(ren)類(lei)和(he)牲畜的(de)(de)溪流，也污染(ran)(ran)(ran)(ran)了農作物的(de)(de)灌溉(gai)。在(zai)智利，礦業公司和(he)當地社區之間經(jing)常發(fa)生沖突，他們說(shuo)鋰礦開(kai)采正在(zai)讓(rang)成堆(dui)的(de)(de)廢棄鹽(yan)污染(ran)(ran)(ran)(ran)土壤(rang)，也讓(rang)運河(he)水被(bei)污染(ran)(ran)(ran)(ran)，并(bing)帶有(you)不(bu)自(zi)然的(de)(de)藍色色調。
智利大學鋰電(dian)池專家吉列爾莫˙岡薩(sa)雷斯(si)(Guillermo Gonzalez)在接受采(cai)訪(fang)時說(shuo)：“就像(xiang)任何采(cai)礦過程(cheng)一(yi)樣，開采(cai)鋰(li)是(shi)侵入(ru)性(xing)的，它(ta)會破壞(huai)景觀，它(ta)會破壞(huai)地下(xia)水，污染地球和當(dang)地的水井。這并不是(shi)一(yi)個(ge)綠色(se)的解決方案——它(ta)根本不是(shi)一(yi)個(ge)解決方案。”
但(dan)鋰可能并不(bu)是現代可充(chong)電電池(chi)中*成(cheng)問題的(de)組成(cheng)成(cheng)分。它(ta)相對豐富(fu)，理論(lun)上可以(yi)從海水中提取(qu)，當(dang)然目前來看提取(qu)過程中的(de)能耗較大。
另外兩(liang)個關鍵成分——鈷(gu)和鎳——更容易在(zai)電動汽車(che)市場產生(sheng)瓶(ping)頸問題，并可能造(zao)成巨大的環境成本。鈷(gu)主要蘊(yun)藏在(zai)剛(gang)果民主共和國等中非(fei)地區，除此之外，似乎在(zai)其(qi)他(ta)任何地方(fang)都找不到。其(qi)價格在(zai)過去兩(liang)年已經翻(fan)了兩(liang)番。
根據電(dian)池材料(liao)公(gong)司Sila Nanotechnologies首席技術(shu)官兼創始人Gleb Yushin的說(shuo)法，大多數(shu)金屬開采出來后并沒有帶來太多毒性。但(dan)鈷是“非常可(ke)怕”。
“鈷(gu)*大(da)的(de)(de)挑戰之一就(jiu)是(shi)它(ta)只蘊藏在(zai)一個國家(jia)，”他(ta)補充道(dao)(dao)。你(ni)可以直接(jie)將(jiang)土(tu)壤翻開并找到鈷(gu)，所以人們(men)有很(hen)強的(de)(de)動機(ji)去開采并出售它(ta)，結果導致了(le)很(hen)多不安全和不道(dao)(dao)德的(de)(de)行為。”剛果是(shi)“手工礦場”的(de)(de)家(jia)園(yuan)。在(zai)那里(li)，人們(men)往往直接(jie)用手從土(tu)壤中(zhong)開采提取鈷(gu)，經常(chang)會使用童工，也沒(mei)有防護設備。
還有其他(ta)問題需要考慮。當玻(bo)利維(wei)亞(ya)從2010年開始開采其豐富(fu)的鋰(li)資源(yuan)時，有人認(ren)為其蘊含的龐大礦(kuang)產財富(fu)可(ke)能會(hui)給這個貧窮國家(jia)(jia)帶來像中東石油資源(yuan)豐富(fu)國家(jia)(jia)那樣(yang)的經(jing)濟和政治影響力。 “他們不想(xiang)養出(chu)一個新的石油輸(shu)出(chu)國組(zu)織，”瑞(rui)典環(huan)境研(yan)究所(IVL Swedish Environmental Institute)的里斯貝斯˙達洛夫(Lisbeth Dahllof)如是之處，他去(qu)年與人合著了一份關于電動汽車電池生產對(dui)環境(jing)影響(xiang)的報告。
在*近發表(biao)在《自然》(Nature)雜志上的(de)一篇論文(wen)中，Yushin和他(ta)的合著者(zhe)認(ren)為，需要開發新(xin)的電(dian)(dian)池技(ji)術，使(shi)用(yong)更(geng)(geng)普通、更(geng)(geng)環保(bao)的材(cai)料來(lai)制(zhi)造電(dian)(dian)池。研(yan)究人(ren)員正在開發新(xin)的電(dian)(dian)池化學成分，用(yong)更(geng)(geng)常見，毒(du)性(xing)更(geng)(geng)低的材(cai)料代替(ti)鈷和鋰。
但是，如果新電池的能量密度低于(yu)鋰(li)電池或者比鋰(li)電池更貴，它(ta)們*終可能對整個環境產生負面(mian)影響。 “評估和降低環境(jing)成本是一個比*初(chu)看起(qi)來更復(fu)雜的問題，”瓦雷瑪基(ji)說， “例(li)如(ru)(ru)，如(ru)(ru)果(guo)考慮到交通和額(e)外的(de)包裝要求，一款不那么(me)耐用、但更可持續(xu)的(de)設(she)備(bei)可能會產生更大的(de)碳排放。”
在伯明(ming)翰大(da)學，由政府投資2.46億英鎊(bang)的法拉第挑戰(zhan)賽(sai)所研究的重點就(jiu)是試圖找到(dao)回收鋰離子的新方法。澳大利亞的研究發現，該國3300噸(dun)鋰離子(zi)垃(la)圾中只有2%被回收利用。人們不再需(xu)要的MP3播放器和筆記(ji)本(ben)電(dian)腦*終會被填(tian)埋，而設備(bei)電(dian)極中(zhong)的金屬(shu)和電(dian)解(jie)液(ye)中(zhong)的離子液(ye)會泄(xie)漏到環境中(zhong)。
由伯明(ming)翰(han)能源研究(jiu)所牽頭的(de)一個研究(jiu)小組正(zheng)在利(li)用為(wei)核電站(zhan)開發的(de)機器(qi)人(ren)技術(shu)，尋找(zhao)安全地從電動汽車上(shang)拆(chai)卸(xie)可能會爆炸(zha)的(de)鋰(li)離(li)子電池的(de)方法(fa)。在回收工廠，由于鋰(li)離(li)子電池儲(chu)存(cun)不當，或(huo)是誤(wu)當作鉛(qian)酸電池而通過破碎機銷毀，經常(chang)導致火災的(de)發生。
因為鋰(li)離子陰極會隨著時間的推移(yi)而降解，所以不能簡單地(di)將它們放入(ru)新的電池中(盡(jin)管有些人正在努力將舊的汽(qi)車電池用(yong)于能(neng)量(liang)密度要(yao)求沒有那么(me)高(gao)的儲能(neng)應用(yong)領域)。“回收任(ren)何一(yi)種有化學成分(fen)的(de)電池都存在這個問(wen)題——你不知(zhi)道(dao)它在生(sheng)命周期中處于什么位置，”ZapGo首席執行官兼創始人斯蒂(di)芬˙沃勒(Stephen Voller)說，“這就是(shi)為(wei)什么回收大部分(fen)手機并(bing)不劃(hua)算。”
法拉第(di)研究(jiu)所(suo)( Faraday Institution)負責鋰(li)回(hui)收項目的(de)加文˙哈珀(Gavin Harper)博士說，另一(yi)個障礙是，制(zhi)造商們往往會對他們電池(chi)的(de)實(shi)際組成(cheng)情況保密，這使得回收電池(chi)變得更加困(kun)難。目前，回收電池(chi)通(tong)常(chang)被切碎，形成(cheng)金屬混合物，然(ran)后再使用火法冶金技術(shu)分離，也(ye)就是所謂的(de)燃燒。但是，這種方法浪費(fei)了大量的(de)鋰。
英國(guo)研究(jiu)人員(yuan)正在研究(jiu)替代技術，包括(kuo)使用(yong)細菌處理材料的(de)(de)生物回收技術，以及使用(yong)化學品溶液(ye)的(de)(de)濕法(fa)冶金技術，其方(fang)式(shi)與從(cong)鹽水中(zhong)提取(qu)鋰(li)的(de)(de)方(fang)式(shi)類似。
對于哈珀而(er)言，當務之急應該是開發(fa)一個全(quan)新過程，從(cong)而(er)能夠在整個生命(ming)周期內安(an)全(quan)地使用(yong)鋰離子(zi)電池，并(bing)確保不會從(cong)地表提取過多的(de)鋰元素，或者讓舊(jiu)電池中的(de)化學(xue)物質(zhi)對環境(jing)造成損(sun)害。 “考(kao)慮到這些電池中的所有(you)材料(liao)在提取(qu)過程中已(yi)經產生的環境和社會(hui)影響，我(wo)們應該注意妥善保(bao)管。”他(ta)說。
