鋰離子電池是全球實(shí)現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)存儲解決方案中則需要更多的鋰。

全球對鋰的需求呈指數級增長(cháng)，在2016年至2018年期間鋰的價(jià)格翻了一番。相關(guān)咨詢(xún)公司報道稱(chēng)，鋰離子行業(yè)的年產(chǎn)量預計將從2017年的100兆瓦時(shí)（GWh）增長(cháng)到2027年的近800兆瓦時(shí)。

《金屬公報》(Metal Bulletin)研究主管威廉?亞當斯(William Adams)表示，目前的需求飆升可以追溯到2015年，當時(shí)全球開(kāi)始大力推廣電動(dòng)汽車(chē)。亞當斯說(shuō)，這導致了開(kāi)采鋰的項目數量大幅增加，“還有數百個(gè)項目正在籌備中”。

但是有一個(gè)問(wèn)題。當世界爭相用清潔能源取代化石燃料時(shí)，尋找實(shí)現轉型所需的鋰元素會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生影響，這本身就可能成為一個(gè)嚴重的環(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:“我們對最新、最智能設備的無(wú)盡渴求，導致出現了最大的環(huán)境問(wèn)題之一，就是日益嚴重的礦物危機，尤其是生產(chǎn)電池所需的礦物危機?！?/p>

玻利維亞的鹽灘地被認為是世界上鋰儲量最高的地方。玻利維亞安第斯山可能含有地球70%的鋰。許多分析家認為從鹵水中提取鋰比從巖石中提取更環(huán)保。然而，隨著(zhù)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)，因為這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(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，因為若要提取鋰，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。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65%的水。這對當地農民的生產(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，一些社區已經(jīng)不得不從其他地方獲得水資源。

由于鋰礦開(kāi)采的影響，三角洲地區的大部分地區都是干旱的。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)。三角洲地區的干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(yōu)。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。內華達州的研究發(fā)現，鋰加工作業(yè)對魚(yú)類(lèi)的影響遠至下游150英里。

根據環(huán)保組織的報告，提取鋰不可避免地會(huì )損害土壤并導致空氣污染。在阿根廷的姆爾托鹽沼，當地人聲稱(chēng)鋰工業(yè)污染了人類(lèi)和牲畜的溪流，也污染了農作物的灌溉。在智利，礦業(yè)公司和當地社區之間經(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，也讓運河水被污染，并帶有不自然的藍色色調。

礦業(yè)公司Comibol的鉀礦開(kāi)采負責人利諾·菲塔(Lino Fita)在視察他的工廠(chǎng)。該地區的鹵水富含鉀和鎂，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(zhuān)家在工廠(chǎng)工作。在過(guò)去，只有三個(gè)人管理著(zhù)工廠(chǎng)的整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)。

智利大學(xué)鋰電池專(zhuān)家吉列爾莫·岡薩雷斯（Guillermo Gonzalez）在接受采訪(fǎng)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(guān)，它會(huì )破壞地下水，污染地球和當地的水井。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>

但鋰可能并不是現代可充電電池中最成問(wèn)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(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12至18個(gè)月。當溶液變得更濃時(shí)，不同的礦物質(zhì)會(huì )在不同的時(shí)間結晶。工廠(chǎng)會(huì )用石灰處理以除去鎂。當這些礦物準備加工時(shí)，它們會(huì )被帶到附近的Planta Li鋰工廠(chǎng)，生產(chǎn)用于制造電池的鋰離子。2017年，該工廠(chǎng)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(chē)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(jià)格在過(guò)去兩年已經(jīng)翻了兩番。

過(guò)去兩年，該地區降雨量很少，影響了當地農民的生產(chǎn)生活。使用大量水資源的鋰電池工廠(chǎng)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來(lái)以滿(mǎn)足當地需求。

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

“鈷最大的挑戰之一就是它只蘊藏在一個(gè)國家，”他補充道。你可以直接將土壤翻開(kāi)并找到鈷，所以人們有很強的動(dòng)機去開(kāi)采并出售它，結果導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)有防護設備。

還有其他問(wèn)題需要考慮。當玻利維亞從2010年開(kāi)始開(kāi)采其豐富的鋰資源時(shí)，有人認為其蘊含的龐大礦產(chǎn)財富可能會(huì )給這個(gè)貧窮國家帶來(lái)像中東石油資源豐富國家那樣的經(jīng)濟和政治影響力?！八麄儾幌腽B出一個(gè)新的石油輸出國組織，”瑞典環(huán)境研究所(IVL Swedish Environmental Institute)的里斯貝斯?達洛夫(Lisbeth Dahllof)如是之處，他去年與人合著(zhù)了一份關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)電池生產(chǎn)對環(huán)境影響的報告。

位于中國東部的大型鋰離子電池公司桑頓新能源生產(chǎn)線(xiàn)上的工人。目前使用的大多數電動(dòng)汽車(chē)還沒(méi)有達到其循環(huán)周期的終點(diǎn)。2008年，特斯拉跑車(chē)(Tesla Roadster)首次在市場(chǎng)上亮相。這意味著(zhù)第一代電動(dòng)汽車(chē)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(zhù)者認為，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，它們最終可能對整個(gè)環(huán)境產(chǎn)生負面影響?！霸u估和降低環(huán)境成本是一個(gè)比最初看起來(lái)更復雜的問(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、但更可持續的設備可能會(huì )產(chǎn)生更大的碳排放?！?/p>

位于臨沂縣的中國電動(dòng)汽車(chē)公司知豆的一條生產(chǎn)線(xiàn)。該公司的小型城市兩座電動(dòng)車(chē)是專(zhuān)門(mén)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(chē)共享公司。中國是世界上最大的電動(dòng)汽車(chē)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，該國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)的機器人技術(shù)，尋找安全地從電動(dòng)汽車(chē)上拆卸可能會(huì )爆炸的鋰離子電池的方法。在回收工廠(chǎng)，由于鋰離子電池儲存不當，或是誤當作鉛酸電池而通過(guò)破碎機銷(xiāo)毀，經(jīng)常導致火災的發(fā)生。

因為鋰離子陰極會(huì )隨著(zhù)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(chē)電池用于能量密度要求沒(méi)有那么高的儲能應用領(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并不劃算?！?/p>

法拉第研究所（Faraday Institution）負責鋰回收項目的加文?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，這種方法浪費了大量的鋰。

從化學(xué)危害上說(shuō)電池污染的嚴重性。