鋰離子電池是全球實現清潔能源的重要組成部分, 但是有一個問題. 當世界爭相用清潔能源取代化石燃料時, 尋找實現轉型所需的鋰元素會對環境產生影響, 這本身就可能成為一個嚴重的環境問題.
8月9日消息, 據國外媒體報道, 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境影響本身可能成為一個主要問題.
這是一個完全現代化的謎語: 是什麼將智能手機中的電池與漂浮在內陸河流上的死牲畜聯繫起來?答案是鋰——一種反應性堿金屬, 為我們的手機, 平板電腦, 筆記型電腦和電動汽車提供動力.
2016年5月, 數百名抗議者將從內陸水域中打撈的死魚扔上當地街頭. 當地鋰礦的有毒化學品泄漏對生態系統造成了嚴重破壞.
(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鑽孔. 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, 還看到牲畜死於飲用受汙染的水, 屍體向下遊漂浮. 隨著當地採礦業活動的急劇增加, 環境在不斷惡化.
鋰離子電池是全球實現清潔能源的重要組成部分. 特斯拉Model S的電池中含有大約12千克的鋰, 而有助於平衡可再生能源的電網存儲解決方案中則需要更多的鋰.
全球對鋰的需求呈指數級增長, 在2016年至2018年期間鋰的價格翻了一番. 諮詢公司凱恩能源研究顧問公司稱, 鋰離子行業的年產量預計將從2017年的100兆瓦時(GWh)增長到2027年的近800兆瓦時.
《金屬公報》(Metal Bulletin)研究主管威廉˙亞當斯(William Adams)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, 這導致了開採鋰的項目數量大幅增加, '還有數百個項目正在籌備中' .
但是有一個問題. 當世界爭相用清潔能源取代化石燃料時, 尋找實現轉型所需的鋰元素會對環境產生影響, 這本身就可能成為一個嚴重的環境問題. 愛思唯爾(Elsevier)分析師克裡斯蒂娜˙瓦雷瑪基(Christina Valimaki)表示: '我們對最新, 最智能設備的無盡渴求, 導致出現了最大的環境問題之一, 就是日益嚴重的礦物危機, 尤其是生產電池所需的礦物危機. '
(圖示: 塔裡哈, 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. 許多分析家認為從滷水中提取鋰比從岩石中提取更環保. 然而, 隨著需求的增加, 公司可能會通過加熱將鋰從滷水中提出出來, 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覆蓋了阿根廷, 玻利維亞以及智利的部分地區. 在當地的厚厚鹽層之下, 擁有世界上超過一半的鋰金屬礦藏. 這裡也是地球上最乾燥的地方之一. 這是一個真正的問題, 因為若要提取鋰, 礦工首先需要在鹽灘上鑽一個洞, 並將富含礦物質的鹽水泵出地表.
然後礦場會讓這種礦物質水蒸發幾個月, 首先製成錳, 鉀, 硼砂和鋰鹽的混合物, 然後將其過濾並放入另一個蒸發池中, 依此迴圈往複. 經過12到18個月的過濾之後, 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需要500,000加侖水. 在智利的阿塔卡馬省, 採礦活動消耗了該地區65%的水. 這對當地農民的生產活動產生了巨大的影響——他們種植藜麥和牧羊駝——在這個地區, 一些社區已經不得不從其他地方獲得水資源.
即便在水資源豐富的地區也情況堪憂. 鋰礦的有毒化學品極有可能從蒸發池泄漏到供水系統中. 這些有毒化學品包括包括用於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, 通常使用更傳統的方法從岩石中開採出鋰元素, 但仍然需要使用化學品才能提取出可用的鋰. 內華達州的研究發現, 鋰加工作業對魚類的影響遠至下遊150英裡.
根據環保組織的報告, 提取鋰不可避免地會損害土壤並導致空氣汙染. 在阿根廷的姆爾托鹽沼, 當地人聲稱鋰工業汙染了人類和牲畜的溪流, 也汙染了農作物的灌溉. 在智利, 礦業公司和當地社區之間經常發生衝突, 他們說鋰礦開採正在讓成堆的廢棄鹽汙染土壤, 也讓運河水被汙染, 並帶有不自然的藍色色調.
智利大學鋰電池專家吉列爾莫˙岡薩雷斯(Guillermo Gonzalez)在接受採訪時說: '就像任何採礦過程一樣, 開採鋰是侵入性的, 它會破壞景觀, 它會破壞地下水, 汙染地球和當地的水井. 這並不是一個綠色的解決方案——它根本不是一個解決方案. '
但鋰可能並不是現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產生瓶頸問題, 並可能造成巨大的環境成本. 鈷主要蘊藏在剛果民主共和國等中非地區, 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翻了兩番.
根據電池材料公司Sila Nanotechnologies首席技術官兼創始人Gleb Yushin的說法, 大多數金屬開採出來後並沒有帶來太多毒性. 但鈷是 '非常可怕' .
'鈷最大的挑戰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並找到鈷, 所以人們有很強的動機去開採並出售它, 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. 在那裡, 人們往往直接用手從土壤中開採提取鈷, 經常會使用童工, 也沒有防護設備.
還有其他問題需要考慮. 當玻利維亞從2010年開始開採其豐富的鋰資源時, 有人認為其蘊含的龐大礦產財富可能會給這個貧窮國家帶來像中東石油資源豐富國家那樣的經濟和政治影響力. '他們不想養出一個新的石油輸出國組織, ' 瑞典環境研究所(IVL Swedish Environmental Institute)的裡斯貝斯˙達洛夫(Lisbeth Dahllof)如是之處, 他去年與人合著了一份關於電動汽車電池生產對環境影響的報告.
在最近發表在《自然》(Nature)雜誌上的一篇論文中, Yushin和他的合著者認為, 需要開發新的電池技術, 使用更普通, 更環保的材料來製造電池. 研究人員正在開發新的電池化學成分, 用更常見, 毒性更低的材料代替鈷和鋰.
但是, 如果新電池的能量密度低於鋰電池或者比鋰電池更貴, 它們最終可能對整個環境產生負面影響. '評估和降低環境成本是一個比最初看起來更複雜的問題, ' 瓦雷瑪基說, '例如, 如果考慮到交通和額外的包裝要求, 一款不那麼耐用, 但更可持續的設備可能會產生更大的碳排放. '
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. 澳大利亞的研究發現, 該國3300噸鋰離子垃圾中只有2%被回收利用. 人們不再需要的MP3播放器和筆記型電腦最終會被填埋, 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核電站開發的機器人技術, 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. 在回收工廠, 由於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, 經常導致火災的發生.
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(儘管有些人正在努力將舊的汽車電池用於能量密度要求沒有那麼高的儲能應用領域). '回收任何一種有化學成分的電池都存在這個問題——你不知道它在生命周期中處於什麼位置, ' ZapGo首席執行官兼創始人斯蒂芬˙沃勒(Stephen Voller)說, '這就是為什麼回收大部分手機並不划算. '
法拉第研究所( Faraday Institution)負責鋰回收項目的加文˙哈珀(Gavin Harper)博士說, 另一個障礙是, 製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, 然後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, 其方式與從鹽水中提取鋰的方式類似.
對於哈珀而言, 當務之急應該是開發一個全新過程, 從而能夠在整個生命周期內安全地使用鋰離子電池, 並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產生的環境和社會影響, 我們應該注意妥善保管. ' 他說.
