從數(shù)據(jù)上說(shuō)明鋰電池污染問(wèn)題的嚴(yán)重性

鋰離子電池是全球?qū)崿F(xiàn)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，而有助于平衡可再生能源的電網(wǎng)存儲(chǔ)解決方案中則需要更多的鋰。

全球?qū)︿嚨男枨蟪手笖?shù)級(jí)增長(zhǎng)，在2016年至2018年期間鋰的價(jià)格翻了一番。相關(guān)咨詢公司報(bào)道稱，鋰離子行業(yè)的年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將從2017年的100兆瓦時(shí)（GWh）增長(zhǎng)到2027年的近800兆瓦時(shí)。

《金屬公報(bào)》(Metal Bulletin)研究主管威廉?亞當(dāng)斯(William Adams)表示，目前的需求飆升可以追溯到2015年，當(dāng)時(shí)全球開(kāi)始大力推廣電動(dòng)汽車。亞當(dāng)斯說(shuō)，這導(dǎo)致了開(kāi)采鋰的項(xiàng)目數(shù)量大幅增加，“還有數(shù)百個(gè)項(xiàng)目正在籌備中”。

但是有一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)世界爭(zhēng)相用清潔能源取代化石燃料時(shí)，尋找實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型所需的鋰元素會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，這本身就可能成為一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。愛(ài)思唯爾(Elsevier)分析師克里斯蒂娜?瓦雷瑪基(Christina Valimaki)表示:“我們對(duì)最新、最智能設(shè)備的無(wú)盡渴求，導(dǎo)致出現(xiàn)了最大的環(huán)境問(wèn)題之一，就是日益嚴(yán)重的礦物危機(jī)，尤其是生產(chǎn)電池所需的礦物危機(jī)。”

玻利維亞的鹽灘地被認(rèn)為是世界上鋰儲(chǔ)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(rèn)為從鹵水中提取鋰比從巖石中提取更環(huán)保。然而，隨著需求的增加，公司可能會(huì)通過(guò)加熱將鋰從鹵水中提出出來(lái)，因?yàn)檫@是一種更耗能的資源。

在南美洲，最大的問(wèn)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(dāng)?shù)氐暮窈覃}層之下，擁有世界上超過(guò)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(gè)真正的問(wèn)題，因?yàn)槿粢崛′嚕V工首先需要在鹽灘上鉆一個(gè)洞，并將富含礦物質(zhì)的鹽水泵出地表。

然后礦場(chǎng)會(huì)讓這種礦物質(zhì)水蒸發(fā)幾個(gè)月，首先制成錳，鉀，硼砂和鋰鹽的混合物，然后將其過(guò)濾并放入另一個(gè)蒸發(fā)池中，依此循環(huán)往復(fù)。經(jīng)過(guò)12到18個(gè)月的過(guò)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(duì)便宜和有效，但在整個(gè)過(guò)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，采礦活動(dòng)消耗了該地區(qū)65%的水。這對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了巨大的影響——他們種植藜麥和牧羊駝——在這個(gè)地區(qū)，一些社區(qū)已經(jīng)不得不從其他地方獲得水資源。

由于鋰礦開(kāi)采的影響，三角洲地區(qū)的大部分地區(qū)都是干旱的。鋰礦開(kāi)采耗水量巨大，在蒸發(fā)池中，鹽溶液會(huì)在幾個(gè)月的時(shí)間里干涸，留下礦物質(zhì)。三角洲地區(qū)的干旱導(dǎo)致地表之上與之下水含量均不穩(wěn)定。

即便在水資源豐富的地區(qū)也情況堪憂。鋰礦的有毒化學(xué)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(xué)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(gè)階段從鹽水中過(guò)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(kāi)采出鋰元素，但仍然需要使用化學(xué)品才能提取出可用的鋰。內(nèi)華達(dá)州的研究發(fā)現(xiàn)，鋰加工作業(yè)對(duì)魚類的影響遠(yuǎn)至下游150英里。

根據(jù)環(huán)保組織的報(bào)告，提取鋰不可避免地會(huì)損害土壤并導(dǎo)致空氣污染。在阿根廷的姆爾托鹽沼，當(dāng)?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(nóng)作物的灌溉。在智利，礦業(yè)公司和當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)之間經(jīng)常發(fā)生沖突，他們說(shuō)鋰礦開(kāi)采正在讓成堆的廢棄鹽污染土壤，也讓運(yùn)河水被污染，并帶有不自然的藍(lán)色色調(diào)。

礦業(yè)公司Comibol的鉀礦開(kāi)采負(fù)責(zé)人利諾·菲塔(Lino Fita)在視察他的工廠。該地區(qū)的鹵水富含鉀和鎂，這使得提取鋰變得更加困難和昂貴。鹽水會(huì)在蒸發(fā)池中放上好幾個(gè)月，蒸發(fā)掉多余的水分，把鹽分開(kāi)。然后對(duì)剩余的化合物進(jìn)行提純和處理。由于員工的匱乏，很少有鋰加工專家在工廠工作。在過(guò)去，只有三個(gè)人管理著工廠的整個(gè)生產(chǎn)線。

智利大學(xué)鋰電池專家吉列爾莫·岡薩雷斯（Guillermo Gonzalez）在接受采訪時(shí)說(shuō)：“就像任何采礦過(guò)程一樣，開(kāi)采鋰是侵入性的，它會(huì)破壞景觀，它會(huì)破壞地下水，污染地球和當(dāng)?shù)氐乃?。這并不是一個(gè)綠色的解決方案——它根本不是一個(gè)解決方案?！?/p>

但鋰可能并不是現(xiàn)代可充電電池中最成問(wèn)題的組成成分。它相對(duì)豐富，理論上可以從海水中提取，當(dāng)然目前來(lái)看提取過(guò)程中的能耗較大。

鹽水從附近的湖中抽出，注入一系列蒸發(fā)池中，并持續(xù)12至18個(gè)月。當(dāng)溶液變得更濃時(shí)，不同的礦物質(zhì)會(huì)在不同的時(shí)間結(jié)晶。工廠會(huì)用石灰處理以除去鎂。當(dāng)這些礦物準(zhǔn)備加工時(shí)，它們會(huì)被帶到附近的Planta Li鋰工廠，生產(chǎn)用于制造電池的鋰離子。2017年，該工廠生產(chǎn)了20噸碳酸鋰。

另外兩個(gè)關(guān)鍵成分——鈷和鎳——更容易在電動(dòng)汽車市場(chǎng)產(chǎn)生瓶頸問(wèn)題，并可能造成巨大的環(huán)境成本。鈷主要蘊(yùn)藏在剛果民主共和國(guó)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(jià)格在過(guò)去兩年已經(jīng)翻了兩番。

過(guò)去兩年，該地區(qū)降雨量很少，影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)生活。使用大量水資源的鋰電池工廠已經(jīng)加劇了水資源的短缺:在一些地方，比如靠近阿根廷/智利邊境的Pastos Chicas，額外的水必須從別處運(yùn)來(lái)以滿足當(dāng)?shù)匦枨蟆?/p>

根據(jù)電池材料公司Sila Nanotechnologies首席技術(shù)官兼創(chuàng)始人Gleb Yushin的說(shuō)法，大多數(shù)金屬開(kāi)采出來(lái)后并沒(méi)有帶來(lái)太多毒性。但鈷是“非常可怕”。

“鈷最大的挑戰(zhàn)之一就是它只蘊(yùn)藏在一個(gè)國(guó)家，”他補(bǔ)充道。你可以直接將土壤翻開(kāi)并找到鈷，所以人們有很強(qiáng)的動(dòng)機(jī)去開(kāi)采并出售它，結(jié)果導(dǎo)致了很多不安全和不道德的行為?！眲偣恰笆止さV場(chǎng)”的家園。在那里，人們往往直接用手從土壤中開(kāi)采提取鈷，經(jīng)常會(huì)使用童工，也沒(méi)有防護(hù)設(shè)備。

還有其他問(wèn)題需要考慮。當(dāng)玻利維亞從2010年開(kāi)始開(kāi)采其豐富的鋰資源時(shí)，有人認(rèn)為其蘊(yùn)含的龐大礦產(chǎn)財(cái)富可能會(huì)給這個(gè)貧窮國(guó)家?guī)?lái)像中東石油資源豐富國(guó)家那樣的經(jīng)濟(jì)和政治影響力?！八麄儾幌腽B(yǎng)出一個(gè)新的石油輸出國(guó)組織，”瑞典環(huán)境研究所(IVL Swedish Environmental Institute)的里斯貝斯?達(dá)洛夫(Lisbeth Dahllof)如是之處，他去年與人合著了一份關(guān)于電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)對(duì)環(huán)境影響的報(bào)告。

位于中國(guó)東部的大型鋰離子電池公司桑頓新能源生產(chǎn)線上的工人。目前使用的大多數(shù)電動(dòng)汽車還沒(méi)有達(dá)到其循環(huán)周期的終點(diǎn)。2008年，特斯拉跑車(Tesla Roadster)首次在市場(chǎng)上亮相。這意味著第一代電動(dòng)汽車電池還沒(méi)有進(jìn)入回收階段。

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(rèn)為，需要開(kāi)發(fā)新的電池技術(shù)，使用更普通、更環(huán)保的材料來(lái)制造電池。研究人員正在開(kāi)發(fā)新的電池化學(xué)成分，用更常見(jiàn)，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于鋰電池或者比鋰電池更貴，它們最終可能對(duì)整個(gè)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響?！霸u(píng)估和降低環(huán)境成本是一個(gè)比最初看起來(lái)更復(fù)雜的問(wèn)題，”瓦雷瑪基說(shuō)，“例如，如果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(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生更大的碳排放?！?/p>

位于臨沂縣的中國(guó)電動(dòng)汽車公司知豆的一條生產(chǎn)線。該公司的小型城市兩座電動(dòng)車是專門為意大利市場(chǎng)生產(chǎn)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(guó)是世界上最大的電動(dòng)汽車制造商。

在伯明翰大學(xué)，由政府投資2.46億英鎊的法拉第挑戰(zhàn)賽所研究的重點(diǎn)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(guó)3300噸鋰離子垃圾中只有2%被回收利用。人們不再需要的MP3播放器和筆記本電腦最終會(huì)被填埋，而設(shè)備電極中的金屬和電解液中的離子液會(huì)泄漏到環(huán)境中。

由伯明翰能源研究所牽頭的一個(gè)研究小組正在利用為核電站開(kāi)發(fā)的機(jī)器人技術(shù)，尋找安全地從電動(dòng)汽車上拆卸可能會(huì)爆炸的鋰離子電池的方法。在回收工廠，由于鋰離子電池儲(chǔ)存不當(dāng)，或是誤當(dāng)作鉛酸電池而通過(guò)破碎機(jī)銷毀，經(jīng)常導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

因?yàn)殇囯x子陰極會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解，所以不能簡(jiǎn)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(méi)有那么高的儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域)?！盎厥杖魏我环N有化學(xué)成分的電池都存在這個(gè)問(wèn)題——你不知道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(Stephen Voller)說(shuō)，“這就是為什么回收大部分手機(jī)并不劃算?！?/p>

法拉第研究所（Faraday Institution）負(fù)責(zé)鋰回收項(xiàng)目的加文?哈珀（Gavin Harper）博士說(shuō)，另一個(gè)障礙是，制造商們往往會(huì)對(duì)他們電池的實(shí)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(shù)分離，也就是所謂的燃燒。但是，這種方法浪費(fèi)了大量的鋰。

從化學(xué)危害上說(shuō)電池污染的嚴(yán)重性。