從數據上說明锂電池汙染問題的嚴重性

TIME: 2021-05-22 新聞資訊

锂離子電池是全球实现清洁能源的重要组成部分。特斯拉Model S的电池中含有大约12千克的锂，而有助于平衡可再生能源的电网存储解决方案中则需要更多的锂。

全球對锂的需求呈指數級增長，在2016年至2018年期間锂的價格翻了一番。相關咨詢公司報道稱，锂離子行業的年産量預計將從2017年的100兆瓦時（GWh）增長到2027年的近800兆瓦時。

《金属公报》(Metal Bulletin)研究主管威廉?亚当斯(William Adams)表示，目前的需求飙升可以追溯到2015年，当时全球开始大力推广电动汽车。亚当斯说，这导致了开采锂的项目数量大幅增加，“还有数百个项目正在筹备中”。

但是有一个问题。当世界争相用清洁能源取代化石燃料时，寻找实现转型所需的锂元素会对环境产生影响，这本身就可能成为一个严重的环境问题。爱思唯尔(Elsevier)分析师克里斯蒂娜?瓦雷玛基(Christina Valimaki)表示:“我们对最新、最智能设备的无尽渴求，导致出现了最大的环境问题之一，就是日益严重的矿物危机，尤其是生产电池所需的矿物危机。”

玻利維亞的鹽灘地被認爲是世界上锂儲量最高的地方。玻利維亞安第斯山可能含有地球70%的锂。許多分析家認爲從鹵水中提取锂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锂從鹵水中提出出來，因爲這是一種更耗能的資源。

在南美洲，最大的問題是水。該大陸的锂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锂金屬礦藏。這裏也是地球上最幹燥的地方之一。這是一個真正的問題，因爲若要提取锂，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，首先制成錳，鉀，硼砂和锂鹽的混合物，然後將其過濾並放入另一個蒸發池中，依此循環往複。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锂——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——平均提取每噸锂大約需要500,000加侖水。在智利的阿塔卡馬省，采礦活動消耗了該地區65%的水。這對當地農民的生産活動産生了巨大的影響——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。

由于锂礦開采的影響，三角洲地區的大部分地區都是幹旱的。锂礦開采耗水量巨大，在蒸發池中，鹽溶液會在幾個月的時間裏幹涸，留下礦物質。三角洲地區的幹旱導致地表之上與之下水含量均不穩定。

即便在水資源豐富的地區也情況堪憂。锂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于將锂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采出锂元素，但仍然需要使用化學品才能提取出可用的锂。內華達州的研究發現，锂加工作業對魚類的影響遠至下遊150英裏。

根據環保組織的報告，提取锂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，當地人聲稱锂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沖突，他們說锂礦開采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。

矿业公司Comibol的钾矿开采负责人利诺·菲塔(Lino Fita)在视察他的工厂。该地区的卤水富含钾和镁，这使得提取锂变得更加困难和昂贵。盐水会在蒸发池中放上好几个月，蒸发掉多余的水分，把盐分开。然后对剩余的化合物进行提纯和处理。由于员工的匮乏，很少有锂加工专家在工厂工作。在过去，只有三个人管理着工厂的整个生产线。

智利大学锂电池专家吉列尔莫·冈萨雷斯（Guillermo Gonzalez）在接受采访时说：“就像任何采矿过程一样，开采锂是侵入性的，它会破坏景观，它会破坏地下水，污染地球和当地的水井。这并不是一个绿色的解决方案——它根本不是一个解决方案。”

但锂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。

盐水从附近的湖中抽出，注入一系列蒸发池中，并持续12至18个月。当溶液变得更浓时，不同的矿物质会在不同的时间结晶。工厂会用石灰处理以除去镁。当这些矿物准备加工时，它们会被带到附近的Planta Li锂工厂，生产用于制造电池的锂离子。2017年，该工厂生产了20吨碳酸锂。

另外兩個關鍵成分——钴和鎳——更容易在電動汽車市場産生瓶頸問題，並可能造成巨大的環境成本。钴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。

过去两年，该地区降雨量很少，影响了当地农民的生产生活。使用大量水资源的锂电池工厂已经加剧了水资源的短缺:在一些地方，比如靠近阿根廷/智利边境的Pastos Chicas，额外的水必须从别处运来以满足当地需求。

根据电池材料公司Sila Nanotechnologies首席技术官兼创始人Gleb Yushin的说法，大多数金属开采出来后并没有带来太多毒性。但钴是“非常可怕”。

“钴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钴，所以人們有很強的動機去開采並出售它，結果導致了很多不安全和不道德的行爲。”剛果是“手工礦場”的家園。在那裏，人們往往直接用手從土壤中開采提取钴，經常會使用童工，也沒有防護設備。

还有其他问题需要考虑。当玻利维亚从2010年开始开采其丰富的锂资源时，有人认为其蕴含的庞大矿产财富可能会给这个贫穷国家带来像中东石油资源丰富国家那样的经济和政治影响力。“他们不想养出一个新的石油输出国组织，”瑞典环境研究所(IVL Swedish Environmental Institute)的里斯贝斯?达洛夫(Lisbeth Dahllof)如是之处，他去年与人合著了一份关于电动汽车电池生产对环境影响的报告。

位于中国东部的大型锂離子電池公司桑顿新能源生产线上的工人。目前使用的大多数电动汽车还没有达到其循环周期的终点。2008年，特斯拉跑车(Tesla Roadster)首次在市场上亮相。这意味着第一代电动汽车电池还没有进入回收阶段。

在最近發表在《自然》(Nature)雜志上的一篇論文中，Yushin和他的合著者認爲，需要開發新的電池技術，使用更普通、更環保的材料來制造電池。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钴和锂。

但是，如果新電池的能量密度低于锂電池或者比锂電池更貴，它們最終可能對整個環境産生負面影響。“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，一款不那麽耐用、但更可持續的設備可能會産生更大的碳排放。”

位于臨沂縣的中國電動汽車公司知豆的一條生産線。該公司的小型城市兩座電動車是專門爲意大利市場生産的，知豆在意大利有一家合資公司，在米蘭有一家汽車共享公司。中國是世界上最大的電動汽車制造商。

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锂離子的新方法。澳大利亞的研究發現，該國3300噸锂離子垃圾中只有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境中。

由伯明翰能源研究所牵头的一个研究小组正在利用为核电站开发的机器人技术，寻找安全地从电动汽车上拆卸可能会爆炸的锂離子電池的方法。在回收工厂，由于锂離子電池储存不当，或是误当作铅酸电池而通过破碎机销毁，经常导致火灾的发生。

因为锂离子阴极会随着时间的推移而降解，所以不能简单地将它们放入新的电池中(尽管有些人正在努力将旧的汽车电池用于能量密度要求没有那么高的储能应用领域)。“回收任何一种有化学成分的电池都存在这个问题——你不知道它在生命周期中处于什么位置，”ZapGo首席执行官兼创始人斯蒂芬?沃勒(Stephen Voller)说，“这就是为什么回收大部分手机并不划算。”

法拉第研究所（Faraday Institution）负责锂回收项目的加文?哈珀（Gavin Harper）博士说，另一个障碍是，制造商们往往会对他们电池的实际组成情况保密，这使得回收电池变得更加困难。目前，回收电池通常被切碎，形成金属混合物，然后再使用火法冶金技术分离，也就是所谓的燃烧。但是，这种方法浪费了大量的锂。

從化學危害上說電池汙染的嚴重性。

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