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新能源趋势也不可阻挡,新的“淘金热”在世界范围内上演

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锂对于向可再生能源过渡至关重要,但开采锂的环境成本很高。现在,一种更可持续的锂资源已经在我们的脚下被发现了。

  1864年,在康沃尔的一处铜矿地下近450米处发现了一个温泉。经检测发现温泉水里含有大量的锂(是之前任何温泉中发现的锂的8到10倍),科学家们感觉“它可能被具有巨大的商业价值”。但是19世纪的英格兰并不需要这种元素,这种50摄氏度富含锂的水在黑暗中继续蒸发了150多年。

  快进到2020年秋季,康沃尔附近的一个地热水域的锂含量已经被确认为世界上最高的。锂在21世纪的商业用途再清楚不过了。它不仅存在于智能手机和笔记本电脑中,而且现在对清洁能源的转型至关重要,因为电池为电动汽车提供动力,储存能量,以便可再生能源能够稳定可靠地释放出来。

  

  

  • 人们知道地下富含锂的水域已经有一个多世纪了,但直到今天才刚刚开始开采。

  近年来,随着英国、瑞典、荷兰、法国、挪威和加拿大等许多国家宣布逐步淘汰燃烧发动机汽车,汽车制造商纷纷转向电动汽车,汽车需求飙升。事实上,根据世界银行的数据,到2050年,要实现全球气候目标,锂的开采量必须是目前的5倍。

  但有一个大问题。用传统方法获取锂会给环境带来破坏,如碳排放、水和土地。

  目前,锂主要来自于坚硬的岩石矿山(比如澳大利亚的很多矿山),或者干燥湖床表面下的地下卤水水库(主要来自智利和阿根廷)。硬石矿开采会在景观上留下疤痕, 并且每生产一吨锂需要大量的水,并释放15吨二氧化碳。另一种传统方法是从地下水库中提取锂,但它甚至需要更多的水来提取锂,而且这种方法通常发生在世界上非常缺水的地区,导致当地居民质疑其可持续性。

  从地热水中提取锂(不仅在康沃尔,在德国和美国也有)相比之下环境足迹很小,包括非常低的碳排放。

  地热卤水是一种热的、浓缩的盐水溶液,在非常热的岩石中循环,富含锂、硼和钾等元素。换句话说,从固体岩石中提取锂的能源密集型过程是由自然产生的地热能驱动的。康沃尔矿中的盐水浓度高达每升260毫克,流速在每秒40-60升之间。这相当于每隔几秒钟就有一个普通智能手机电池(2-3g)所需要的锂。

  对环境破坏更低的锂的需求似乎正在增长。有迹象表明,包括梅赛德斯-奔驰和大众在内的汽车制造商,正开始考虑其电动汽车供应链的环境和社会影响。使用已经在循环中的锂(从回收的电池和电子产品中)比开采更多的锂更可取。鉴于未来几年我们可能看到的巨大需求,这意味着我们需要进行一些开采,从地热卤水中回收锂看起来很有希望。

  1864年锂的发现可能终于要结出果实了。“Cornish Lithium”是前投资银行家拉索尔在2016年创立的一家公司,该公司正在制定从雷德拉斯附近著名矿区的卤水中开采潜在大量锂资源的计划。

  

  

  • 目前,大量的锂来自南美的水库,但这种方法是用水密集型的

  康沃尔的高级地质学家露西·克兰说,从康沃尔的地热水中提取锂是由于勘探和提取技术的进步而成为可能的。该团队正在使用各种数据源来确定锂最可能存在的位置。她说:“康沃尔拥有惊人的采矿遗产,可以追溯到4500年前,这意味着有大量关于地下面的信息。”

  

我们对抗气候变化所需要的所有清洁技术——无论是风力涡轮机、太阳能电池板还是电池,它们都是非常非常密集的矿物——露西·克兰

  一些历史地图是手绘在大块的牛皮纸上。康沃尔锂的档案保管员给它拍了照片,然后用数字技术把它们拼接在一起,这样地质信息就能以3D的形式被捕捉到。这使得19世纪60年代和20世纪60年代的数据可以与来自卫星和无人机的现代信息相结合和叠加。这是一种结合数据集的非常强大的方法,可以让你有效地定位你想要进行实地探索的地方。从经济角度来看,这样做更好,同时也能将勘探过程对环境的影响降到最低。

  

  

  • 锂离子电池用于为电子设备供电,储存风能和太阳能产生的能量,还有许多其他用途

  技术进步也使得从卤水中提取锂成为可能。该团队正计划使用一种名为直接锂提取(DLE)的技术,该技术已由美国、德国和新西兰的多家公司开发。

  DLE技术的变种多达60种。但最基本的过程包括使用纳滤或离子交换树脂等技术(它们就像一个化学筛子),选择性地只收集氯化锂(锂在卤水中的主要形式),而将其他盐类留在水中。从筛中提取氯化锂的方法包括,用纯水清洗树脂珠,然后通过钻孔将剩余的水注入地下。然后氯化锂被提纯和浓缩,产生氢氧化锂,用于制造电池。

  但这并不是从地热卤水中获取锂的唯一途径。在美国,劳伦斯伯克利国家实验室的生态工程研究项目主任威廉正在为美国能源部进行从卤水中提取锂研究不同的方法。一种方法是使用专门用来收集锂离子的溶剂从卤水中提取锂,其他方法包括使用仅允许锂离子通过的膜,以及电化学分离,即锂离子被吸引到带电电极上。

  

因此,DLE不一定是唯一的技术,但它是第一个被应用的技术。

  每种方法都有一个主要的缺点。卤水中还有很多其他物质可能会干扰锂的提取过程(比如钠和镁),所以你必须控制并去除它们。美国和德国也是地热锂开采研究和开发的温床。索尔顿海是位于加州中心的一个浅湖,是美国第二大地热田,其周边地区被称为“锂谷”。加州能源委员会估计,该油田可以满足全球40%的锂需求。

  在今年3月发表的一份研究报告中,该委员会预测,该地区的碳酸锂供应量每年将超过60万吨,每年可创造72亿美元的收入,每吨约1.2万美元。人们希望,锂的提取不仅能为电池提供更清洁的国内锂资源,还能显著提高利用地热资源生产可再生能源的经济效益。目前地热资源仅为加州提供6%的电力,而且开发成本高昂。

  这就像一场新的淘金热,人们非常兴奋,因为如果他们开始使用锂,它将带来经济繁荣。

  

  

  • 大规模可再生发电也需要大规模的电力储存,如果能源供应稳定

  德国也有类似的预期,莱茵河流域是德国新兴的地热锂产业的中心。锂和地热能源开发商计划将热地热卤水泵入地表,利用地热为其提取锂的过程提供动力,并将多余的锂反馈回电网。

  去年11月,Vulcan能源资源公司宣布,其主基地有大量的锂储量,每升锂的浓度为181毫克。该公司将在2021年进行全面的可行性研究,目标是在2023年至2024年实现锂的全面商业化生产。莱茵河流域位于德国汽车制造地区的中心,这一位置将使一家锂工厂在供应电动汽车制造商方面拥有业务优势。同时这也大大减少了从海外运输锂的碳排放。

  总而言之,用零碳锂制造的电池为汽车或其他设备提供动力可能还需要几年的时间。但是,如果零碳锂能像其拥护者所希望的那样发展起来,它将成为一个强有力的例子,以一种可持续的方式获得对可持续能源至关重要的矿物。

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