แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะทำความสะอาดพลังงานได้ดีหรือไม่?

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นส่วนสำคัญของพลังงานสะอาดทั่วโลก แต่เกิดปัญหาขึ้นเมื่อโลกกำลังจะเปลี่ยนเชื้อเพลิงฟอสซิลด้วยพลังงานสะอาดการหาส่วนประกอบลิเธียมที่จำเป็นในการแปรสภาพจะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งตัวเองอาจกลายเป็น ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง

ข่าวจากสื่อต่างประเทศเมื่อวันที่ 9 สิงหาคมตามรายงานของสื่อต่างประเทศเนื่องจากโลกกำลังต่อสู้เพื่อแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลด้วยพลังงานสะอาดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมจากการแยกส่วนประกอบแบตเตอรี่ลิเธียมและโคบอลต์เองอาจกลายเป็นปัญหาใหญ่

นี่คือปริศนาที่ทันสมัยอย่างสมบูรณ์: อะไรจะเชื่อมต่อแบตเตอรี่ในสมาร์ทโฟนกับสัตว์ที่ตายอยู่บนแม่น้ำในประเทศหรือไม่คำตอบคือลิเธียม - โลหะแอลคาไลปฏิกิริยาสำหรับโทรศัพท์มือถือแท็บเล็ตโน้ตบุ๊คของเรา คอมพิวเตอร์และรถยนต์ไฟฟ้าให้พลังงาน

ในเดือนพฤษภาคมปีพศ. 2016 ผู้ประท้วงหลายร้อยคนได้โยนปลาตายจากน้ำจืดไปยังถนนในท้องถิ่นการรั่วไหลของสารพิษจากเหมืองแร่ลิเทียมทำให้เกิดความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อระบบนิเวศน์

(ภาพประกอบ: Atacama ราบพื้นผิวแรงงานน้ำเกลือโบลิเวียเจาะที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีจุดมุ่งหมายของพวกเขาที่อุดมไปด้วยจำนวนมากของแมกนีเซียมและโพแทสเซียมน้ำเกลือมองหาองค์ประกอบเนื้อหาลิเธียมสูงในสถานที่จากศตวรรษที่ 21 เนื่องจากส่วนใหญ่ของลิเธียมของโลกที่เป็นสารสกัดในวิธีนี้แทนการใช้ทรัพยากรแร่.)

จากภาพเป็นจำนวนมากของปลาตายลอยอยู่บนแม่น้ำ. พยานบางคนกล่าวว่านอกจากนี้ยังเห็นสัตว์เสียชีวิตจากการดื่มน้ำที่ปนเปื้อนร่างล่องลอย. ด้วยเพิ่มขึ้นอย่างมากในกิจกรรมของอุตสาหกรรมการทำเหมืองแร่ในท้องถิ่นและสภาพแวดล้อมที่มีการทวีความรุนแรงขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นส่วนสำคัญของพลังงานสะอาดของโลกแบตเตอรี่ของ Tesla รุ่น S มีลิเทียมประมาณ 12 กิโลกรัมและจำเป็นต้องใช้ลิเธียมมากขึ้นในโซลูชั่นการเก็บรักษาตารางที่ช่วยให้สมดุลพลังงานทดแทน

ลิเธียมมีราคาเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในช่วงปี 2016 ถึง 2018 บริษัท ที่ปรึกษา Cairn Energy Research Consultants กล่าวว่าการผลิตไฟฟ้ารายปีของลิเธียมไอออนจะมีกำลังการผลิต 100 เมกะวัตต์ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2560 เวลา (GWh) เพิ่มขึ้นเป็นเกือบ 800 MWh ในปี 2570

ตามที่วิลเลียมอดัมส์หัวหน้าฝ่ายวิจัยของ Metal Bulletin กล่าวว่ากระแสความต้องการในปัจจุบันจะกลับมาถึงปีพ. ศ. 2558 เมื่อโลกเริ่มส่งเสริมยานพาหนะไฟฟ้าอดัมส์กล่าวว่าสิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มจำนวนโครงการเหมืองแร่ลิเธียมอย่างมาก , 'มีหลายร้อยโครงการที่กำลังเตรียมตัว'

แต่ปัญหาก็คือเมื่อโลกกำลังแข่งขันกันเพื่อแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลด้วยพลังงานที่สะอาดการค้นพบองค์ประกอบลิเธียมที่จำเป็นเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งอาจกลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรงได้ Elsevier analysis Christina Valimaki กล่าวว่า "ความต้องการอันไม่มีที่สิ้นสุดของเราสำหรับอุปกรณ์ที่ทันสมัยและฉลาดที่สุดได้นำไปสู่ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งวิกฤตการณ์แร่ธาตุที่กำลังเติบโตโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ วิกฤตแร่ "

(ภาพประกอบ: Tarija พ่อค้าโบลิเวียโหลดบนรถบรรทุกลิเธียมเกลือที่อุดมไปด้วยคราบเกลือในโบลิเวียถือว่าของโลกขอสงวนลิเธียมที่สูงที่สุดในประเทศโบลิเวียที่เทือกเขาแอนดีอาจมีร้อยละ 70 ของการวิเคราะห์ลิเธียมจำนวนมากของโลก บ้านเชื่อกันว่าสารสกัดจากลิเธียมจากน้ำเกลือเพื่อแยกเป็นมิตรมากขึ้นกว่าจากหินสิ่งแวดล้อม. แต่ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้น บริษัท ฯ อาจจะทำออกมาจากลิเธียมจากน้ำเกลือด้วยความร้อนเพราะมันเป็นแหล่งพลังงานเพิ่มเติม.)

ในทวีปอเมริกาใต้ปัญหาใหญ่ที่สุดคือน้ำลิทัวเนียสามเหลี่ยมแบ่งการกระจายของทวีปครอบคลุมอาร์เจนตินาโบลิเวียและชิลีภายใต้ชั้นเกลือใต้ดินที่มีมากกว่าครึ่งหนึ่งของเงินฝากโลหะลิเธียมของโลก นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในสถานที่ที่แห้งแล้งที่สุดในโลกนี่เป็นปัญหาที่แท้จริงเนื่องจากการดึงลิเธียมออกมาคนงานเหมืองต้องเจาะรูในแฟลตเกลือและปั๊มน้ำเกลือที่อุดมด้วยแร่ธาตุออกจากผิว

จากนั้นแร่จะระเหยน้ำแร่นี้เป็นเวลาสองสามเดือนทำให้มีส่วนผสมของแมงกานีสโพแทสเซียมบอแรกซ์และลิเทียมซึ่งจะกรองและวางลงในบ่อระเหยอีกรอบการขี่จักรยานไปมาหลังจากนั้น 12 หลังจากผ่านการกรองแล้ว 18 เดือนลิเทียมคาร์บอเนตทองคำขาวสามารถสกัดได้จากส่วนผสมนี้

วิธีนี้มีราคาไม่แพงและมีประสิทธิภาพ แต่ใช้น้ำเป็นปริมาณมากตลอดกระบวนการนี้โดยเฉลี่ย 500,000 แกลลอนต่อลิตรเป็นตันใน Atacama ประเทศชิลีกิจกรรมการทำเหมืองจะใช้น้ำ 65% ในพื้นที่ สิ่งนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อกิจกรรมการผลิตของเกษตรกรในท้องถิ่น - พวกเขาปลูกบัควีทและคนเลี้ยงแกะ - ในพื้นที่นี้ชุมชนบางแห่งต้องได้รับน้ำจากที่อื่น

แม้แต่ในพื้นที่ที่อุดมไปด้วยน้ำสถานการณ์ก็เป็นเรื่องน่าเป็นห่วงสารเคมีที่เป็นพิษจากแร่ Lithium มีแนวโน้มที่จะรั่วออกจากบ่อระเหยไปสู่ระบบน้ำสารเคมีที่เป็นพิษเหล่านี้ ได้แก่ กรดไฮโดรคลอริกที่ใช้ในการแปรรูปลิเทียมเป็นรูปแบบที่สามารถขายได้ ขยะที่ถูกกรองออกมาจากน้ำเกลือในแต่ละขั้นตอนในออสเตรเลียและอเมริกาเหนือมีการนำวิธีการดั้งเดิมมาใช้ในการสกัดลิเธียมจากหิน แต่ยังต้องการสารเคมีเพื่อดึงเอาลิเธียมที่มีอยู่ออกไปการวิจัยของเนวาด้าพบว่า ผลกระทบของการประมวลผลลิเธียมกับปลาจะอยู่ไกลถึง 150 ไมล์ต่อเนื่อง

ตามรายงานขององค์กรด้านสิ่งแวดล้อมที่สกัดลิเธียมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดความเสียหายดินและก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ. หมู่ Ertuo บึงเกลือในอาร์เจนตินาชาวบ้านอ้างว่ามลพิษทางอุตสาหกรรมลิเธียมลำธารของมนุษย์และสัตว์ แต่ยังก่อให้เกิดมลพิษชลประทานของพืชในชิลี มีความขัดแย้งระหว่าง บริษัท ทำเหมืองแร่กับชุมชนในท้องถิ่นบ่อยครั้งพวกเขากล่าวว่าการทำเหมืองแร่ลิเธียมก่อให้เกิดกองมูลฝอยปนเปื้อนดินและก่อให้เกิดมลพิษต่อน้ำคลองด้วยโทนสีน้ำเงินที่ผิดธรรมชาติ

Guillermo Gonzalez ผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่ลิเธียมที่มหาวิทยาลัยชิลีกล่าวในการให้สัมภาษณ์ว่า "เช่นเดียวกับกระบวนการทำเหมืองใด ๆ การทำเหมืองแร่ลิเทียมเป็นสิ่งที่รุกรานทำลายสภาพภูมิประเทศมันจะทำลายน้ำบาดาลมลพิษ โลกและหลุมท้องถิ่นนี่ไม่ใช่ทางออกที่เป็นสีเขียว - ไม่ใช่วิธีแก้เลย "

อย่างไรก็ตามลิเธียมอาจไม่ใช่ส่วนประกอบที่มีปัญหามากที่สุดของแบตเตอรี่ที่ชาร์จใหม่ได้ในปัจจุบันเป็นปริมาณที่ค่อนข้างมากและสามารถสกัดได้จากในทะเลในทางทฤษฎีแน่นอนว่าการใช้พลังงานในขั้นตอนการสกัดมีขนาดใหญ่

ส่วนประกอบโคบอลต์และนิกเกิลอีกสององค์ประกอบมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดปัญหาคอขวดในตลาดรถยนต์ไฟฟ้าและสามารถสร้างต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมได้มากโคบอลต์ส่วนใหญ่จะพบในภูมิภาคแอฟริกากลางเช่นสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก แต่ดูเหมือนว่าจะอยู่ในที่อื่น ไม่พบที่ใดก็ได้ราคาของมันเพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่าในช่วงสองปีที่ผ่านมา

Gleb Yushin หัวหน้าเจ้าหน้าที่ด้านเทคโนโลยีและผู้ก่อตั้ง บริษัท Sila Nanotechnologies ซึ่งเป็น บริษัท ผู้ผลิตแบตเตอรี่กล่าวว่าโลหะส่วนใหญ่จะไม่เป็นพิษมากนักหลังจากถูกทิ้งระเบิด แต่โคบอลต์น่ากลัวมาก

"หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของโคบอลต์ก็คือเฉพาะในประเทศเดียวเท่านั้น" เขากล่าวเสริมคุณสามารถเปิดดินและหาโคบอลต์ได้โดยตรงเพื่อให้คนมีแรงจูงใจในการทำเหมืองและขายมันทำให้เกิดความไม่มั่นคงมาก และพฤติกรรมผิดจรรยาบรรณ "คองโกเป็นบ้านของ" เหมืองด้วยมือ "ซึ่งมีผู้คนมักดึงโคบอลต์ออกจากดินด้วยมือโดยมักใช้แรงงานเด็กและไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน

มีประเด็นอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณาเมื่อโบลิเวียเริ่มขุดแร่ทรัพยากรลิเธียมที่อุดมสมบูรณ์ในปีพ. ศ. 2553 บางคนคิดว่าความมั่งคั่งของแร่มหาศาลอาจส่งผลต่ออิทธิพลทางเศรษฐกิจและการเมืองต่อประเทศยากจนนี้เช่นประเทศที่อุดมไปด้วยน้ำมันในตะวันออกกลาง Lisbeth Dahllof จาก IVL Swedish Environmental Institute กล่าวว่า "พวกเขาไม่ต้องการสร้างโอเปกใหม่" Lisbeth Dahllof จากสถาบันสิ่งแวดล้อมสวีเดน IVL กล่าวเขาเป็นผู้ร่วมเขียนบทความเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อปีที่แล้ว รายงานผลกระทบสิ่งแวดล้อมของการผลิตแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

ในบทความล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature, Yushin และผู้ร่วมเขียนเชื่อว่าจำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่เพื่อทำให้แบตเตอรี่ใช้วัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นนักวิจัยกำลังพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ องค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่เปลี่ยนโคบอลต์และลิเธียมด้วยวัสดุที่เป็นพิษและไม่เป็นพิษมากขึ้น

อย่างไรก็ตามหากแบตเตอรี่ใหม่มีความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมหรือมีราคาแพงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมอาจส่งผลเสียต่อสภาพแวดล้อมโดยรวม "การประเมินและลดต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมเป็นปัญหาที่ซับซ้อนกว่าที่คิดไว้" Valema Base "ตัวอย่างเช่นหากคำนึงถึงการจราจรและความต้องการบรรจุภัณฑ์เพิ่มเติมอุปกรณ์ที่มีความทนทานน้อยกว่า แต่มีความยั่งยืนมากกว่าอาจสร้างการปล่อยคาร์บอนได้มากขึ้น"

ที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมการมุ่งมั่นของ Faraday Challenge มูลค่า 246 ล้านปอนด์ของรัฐบาลคือการพยายามหาวิธีใหม่ในการรีไซเคิลไอออนลิเธียมการค้นคว้าของออสเตรเลียพบว่ามีเพียง 2% ของขยะลิเธียมไอออนของประเทศจำนวน 3,300 ตันที่นำมารีไซเคิล เครื่องเล่น MP3 และแล็ปท็อปที่จำเป็นจะถูกฝังอีกครั้งและโลหะในขั้วไฟฟ้าของอุปกรณ์และของเหลวไอออนิกในอิเล็กโทรไลต์จะรั่วไหลออกสู่สิ่งแวดล้อม

ทีมวิจัยที่ดำเนินการโดยสถาบันวิจัยพลังงานเบอร์มิงแฮมกำลังใช้เทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อหาวิธีการถอดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อาจระเบิดจากยานพาหนะไฟฟ้าได้อย่างปลอดภัยในโรงงานรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะไม่ได้รับการจัดเก็บอย่างถูกต้องหรือ ใช้ผิดเป็นแบตเตอรี่กรดตะกั่วและถูกทำลายโดยเครื่องบดมักจะนำไปสู่ไฟ

เนื่องจากแคโทดลิเธียมไอออนจะเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปพวกเขาไม่สามารถวางแบตเตอรี่ใหม่ได้ (แม้ว่าบางรุ่นกำลังทำงานเพื่อใช้แบตเตอรี่รถยนต์รุ่นเก่ากว่าสำหรับการเก็บรักษาพลังงานที่ความต้องการความหนาแน่นของพลังงานไม่สูง) "การรีไซเคิลแบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟด้วยสารเคมีมีปัญหานี้แล้ว - คุณไม่รู้ว่ามันอยู่ที่ไหนในวงจรชีวิต" ซีอีโอของ ZapGo และ Stephen Voller กล่าวว่า "นี่คือ ทำไมการรีไซเคิลโทรศัพท์มือถือส่วนใหญ่จึงไม่คุ้มค่า

ดร. กาวินฮาร์เปอร์ผู้รับผิดชอบโครงการรีไซเคิลลิเธียมของสถาบันฟาราเดย์กล่าวว่าอุปสรรคอีกประการหนึ่งคือผู้ผลิตมักเก็บส่วนประกอบแบตเตอรี่ที่เป็นความลับไว้ซึ่งทำให้แบตเตอรี่รีไซเคิลมากยิ่งขึ้น ความยากลำบากปัจจุบันแบตเตอรี่รีไซเคิลมักจะถูกสับให้เป็นโลหะผสมซึ่งถูกแยกออกจากกันโดยใช้เทคนิคการเผาไหม้ที่เรียกว่าการเผาไหม้อย่างไรก็ตามวิธีนี้จะทำให้ลิเทียมเหลือล้น

นักวิจัยชาวอังกฤษกำลังทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีทางเลือก ได้แก่ เทคนิค biorecycling โดยใช้วัสดุที่ผ่านการบำบัดโดยแบคทีเรียและเทคนิคการบำบัดด้วยไฮโดรเจนโม่หินโดยใช้สารละลายทางเคมีเช่นเดียวกับการสกัดลิเทียมจากน้ำเกลือ

สำหรับ Harper มีความจำเป็นที่จะต้องพัฒนากระบวนการใหม่ที่จะช่วยให้สามารถใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างปลอดภัยตลอดวงจรชีวิตและตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการดึงลิเธียมส่วนเกินออกจากผิวหรือสารเคมีในแบตเตอรี่เก่า สภาพแวดล้อมทำให้เกิดความเสียหาย "การพิจารณาผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมและสังคมของวัสดุทั้งหมดในแบตเตอรี่เหล่านี้ในระหว่างขั้นตอนการสกัดเราควรดูแลเพื่อให้ปลอดภัย" เขากล่าว