真的能成为清洁电源？锂电池的污染也不小

导读：随着世界争相用清洁能源替代化石燃料，提取锂和钴等电池成分带来的环境影响本身可能成为一个主要问题。

随着世界争相用清洁能源替代化石燃料，提取锂和钴等电池成分带来的环境影响本身可能成为一个主要问题。这是一个完全现代化的谜语：是什么将智能手机中的电池与漂浮在内陆河流上的死牲畜联系起来？答案是锂——一种反应性碱金属，为我们的手机，平板电脑，笔记本电脑和电动汽车提供动力。2016年5月，数百名抗议者将从内陆水域中打捞的死鱼扔上当地街头。当地锂矿的有毒化学品泄漏对生态系统造成了严重破坏。

从照片上看，河流上漂着大量死鱼。一些目击者称，还看到牲畜死于饮用受污染的水，尸体向下游漂浮。随着当地采矿业活动的急剧增加，环境在不断恶化。

锂离子电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。

全球对锂的需求呈指数级增长，在2016年至2018年期间锂的价格翻了一番。咨询公司凯恩能源研究顾问公司称，锂离子行业的年产量预计将从2017年的100兆瓦时（GWh）增长到2027年的近800兆瓦时。

《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。”

在南美洲，最大的问题是水。该大陆的锂矿分布三角区覆盖了阿根廷、玻利维亚以及智利的部分地区。在当地的厚厚盐层之下，拥有世界上超过一半的锂金属矿藏。这里也是地球上最干燥的地方之一。这是一个真正的问题，因为若要提取锂，矿工首先需要在盐滩上钻一个洞，并将富含矿物质的盐水泵出地表。

然后矿场会让这种矿物质水蒸发几个月，首先制成锰，钾，硼砂和锂盐的混合物，然后将其过滤并放入另一个蒸发池中，依此循环往复。经过12到18个月的过滤之后，就可以从这种混合物中提取出碳酸锂——一种白色的黄金。

这种方法相对便宜和有效，但在整个过程中要使用大量的水——平均提取每吨锂大约需要500,000加仑水。在智利的阿塔卡马省，采矿活动消耗了该地区65%的水。这对当地农民的生产活动产生了巨大的影响——他们种植藜麦和牧羊驼——在这个地区，一些社区已经不得不从其他地方获得水资源。

即便在水资源丰富的地区也情况堪忧。锂矿的有毒化学品极有可能从蒸发池泄漏到供水系统中。这些有毒化学品包括包括用于将锂元素加工成可出售形式的盐酸，以及在每个阶段从盐水中过滤掉的那些废物。在澳大利亚和北美洲，通常使用更传统的方法从岩石中开采出锂元素，但仍然需要使用化学品才能提取出可用的锂。内华达州的研究发现，锂加工作业对鱼类的影响远至下游150英里。

根据环保组织的报告，提取锂不可避免地会损害土壤并导致空气污染。在阿根廷的姆尔托盐沼，当地人声称锂工业污染了人类和牲畜的溪流，也污染了农作物的灌溉。在智利，矿业公司和当地社区之间经常发生冲突，他们说锂矿开采正在让成堆的废弃盐污染土壤，也让运河水被污染，并带有不自然的蓝色色调。

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。”

但锂可能并不是现代可充电电池中最成问题的组成成分。它相对丰富，理论上可以从海水中提取，当然目前来看提取过程中的能耗较大。

另外两个关键成分——钴和镍——更容易在电动汽车市场产生瓶颈问题，并可能造成巨大的环境成本。钴主要蕴藏在刚果民主共和国等中非地区，除此之外，似乎在其他任何地方都找不到。其价格在过去两年已经翻了两番。

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”。

“钴最大的挑战之一就是它只蕴藏在一个国家，”他补充道。你可以直接将土壤翻开并找到钴，所以人们有很强的动机去开采并出售它，结果导致了很多不安全和不道德的行为。”刚果是“手工矿场”的家园。在那里，人们往往直接用手从土壤中开采提取钴，经常会使用童工，也没有防护设备。

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。

在最近发表在《自然》(Nature)杂志上的一篇论文中，Yushin和他的合著者认为，需要新的电池技术，使用更普通、更环保的材料来制造电池。研究人员正在开发新的电池化学成分，用更常见，毒性更低的材料代替钴和锂。

但是，如果新电池的能量密度低于锂电池或者比锂电池更贵，它们最终可能对整个环境产生负面影响。 “评估和降低环境成本是一个比最初看起来更复杂的问题，”瓦雷玛基说， “例如，如果考虑到交通和额外的包装要求，一款不那么耐用、但更可持续的设备可能会产生更大的碳排放。”

在伯明翰大学，由政府投资2.46亿英镑的法拉第挑战赛所研究的重点就是试图找到回收锂离子的新方法。澳大利亚的研究发现，该国3300吨锂离子垃圾中只有2％被回收利用。人们不再需要的MP3播放器和笔记本电脑最终会被填埋，而设备电极中的金属和电解液中的离子液会泄漏到环境中。

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离子电池的方法。在回收工厂，由于锂离子电池储存不当，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。

英国研究人员正在研究替代技术，包括使用细菌处理材料的生物回收技术，以及使用化学品溶液的湿法冶金技术，其方式与从盐水中提取锂的方式类似。

对于哈珀而言，当务之急应该是开发一个全新过程，从而能够在整个生命周期内安全地使用锂离子电池，并确保不会从地表提取过多的锂元素，或者让旧电池中的化学物质对环境造成损害。 “考虑到这些电池中的所有材料在提取过程中已经产生的环境和社会影响，我们应该注意妥善保管。”他说。