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)全球開始大力推廣電動(dòng)汽車。亞當(dāng)斯說(shuō)，這導(dǎo)致了開采鋰的項(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)?！?/p>

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′?，礦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。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)金屬開采出來(lái)后并沒有帶來(lái)太多毒性。但鈷是“非?？膳隆?。

“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并找到鈷，所以人們有很強(qiáng)的動(dòng)機(jī)去開采并出售它，結(jié)果導(dǎo)致了很多不安全和不道德的行為。”剛果是“手工礦場(chǎng)”的家園。在那里，人們往往直接用手從土壤中開采提取鈷，經(jīng)常會(huì)使用童工，也沒有防護(hù)設(shè)備。

還有其他問(wèn)題需要考慮。當(dāng)玻利維亞從2010年開始開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。研究人員正在開發(fā)新的電池化學(xué)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有那么高的儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域)。“回收任何一種有化學(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。”

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。