绿色锂的新“淘金热”

锂对于过渡到可再生能源至关重要，但是开采锂在环境上代价高昂。现在，在我们脚下发现了更可持续的锂源。

康沃尔（Cornwall），1864年。在Wheal Clifford（位于雷德鲁斯（Redruth）采矿镇外的铜矿）的地下近450m（1,485ft）处发现了一个温泉。将玻璃瓶浸入其冒泡的水中，仔细密封并送去进行测试。结果就是发现了如此大量的锂-每加仑8到10倍于先前分析过的任何温泉中发现的锂-科学家们怀疑“它可能被证明具有巨大的商业价值”。

但是19世纪的英格兰几乎不需要这种元素，这种50C（122F）富含锂的水在黑暗中持续蒸腾了150多年。

快进到2020年秋季，在康沃尔郡Wheal Clifford附近的一个地点已被证实在地热水中含有世界上最高等级的锂。 21世纪锂的商业用途尚不清楚。它不仅存在于智能手机和笔记本电脑内部，而且对于清洁能源的转换至关重要，因为它为电动汽车和储能提供了动力，因此可稳定可靠地释放可再生能源。

近年来，随着汽车制造商转向电动汽车，需求激增，包括英国，瑞典，荷兰，法国，挪威和加拿大在内的许多国家宣布逐步淘汰内燃机汽车。实际上，根据世界银行的数据，到2050年要实现全球气候目标，锂的需求量是目前开采量的五倍。

但是有一个大问题。通过常规方式获取锂会给自己造成环境损失，或三者：碳排放，水和土地。

锂目前主要来自硬岩矿，例如澳大利亚的那些，或干燥湖床表面以下的地下盐水库，主要在智利和阿根廷。根据对硬岩的分析，硬岩开采是从露天矿中提取矿物，然后使用化石燃料焙烧，在景观中留下疤痕，需要大量水，每吨锂释放15吨二氧化碳。整个锂生产过程由原材料专家Minviro进行。另一种传统的选择是从地下储层中提取锂，这依赖于更多的水来提取锂-这种情况通常发生在世界上非常缺水的地区，这导致土著社区质疑其可持续性。

相比较而言，从地热水中提取锂的方法不仅在康沃尔，而且在德国和美国也是如此，对环境的影响很小，包括极低的碳排放量。

地热盐水是一种热的浓盐溶液，已通过非常热的岩石循环并富含锂，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由自然产生的地热能提供动力。康沃尔矿山的盐水浓度最高为每升260毫克，每秒的流速在40至60升（8.1至13.7加仑）之间。根据康沃尔锂公司（Cornish Lithium）的估计，每隔几秒钟生产一次典型的智能手机电池（2-3克）就可以使用足够的锂。

对环境足迹较低的锂的需求似乎正在增长。布鲁塞尔运动组织“运输与环境”组织清洁车辆经理亚历克斯·凯恩斯说，有迹象表明，包括梅赛德斯-奔驰和大众在内的汽车制造商已开始考虑其电动汽车供应链对环境和社会的影响。凯恩斯说，使用从再生电池和电子产品中已经循环使用的锂比开采更多的锂更为可取。凯恩斯说：“鉴于我们未来几年可能会看到巨大的需求，这意味着我们需要进行一些提取，从地热盐水中回收锂看起来很有希望。”

1864年发现锂可能最终会结出硕果。由前投资银行家杰里米·瓦特霍尔（Jeremy Wrathall）于2016年成立的公司康沃尔锂（Cornish Lithium）正在制定计划，从该地区著名的雷德鲁特（Redruth）矿山的盐水中提取潜在的大量锂资源。

它有两个主要的开发中站点–一个在深层地热工厂中，正在与能源开发商地热工程公司合作。这家能源公司已经计划在联合唐斯深层地热发电项目的地下5.2公里（3.2英里）处用含锂的同一热水生产零碳热量和电力。该地点的水还含有少量的钠和镁化合物，这是一个有希望的迹象，因为这些矿物质使锂的提取更加困难和昂贵。今年8月，该项目获得了英国政府的400万英镑（合530万美元）的支持，从而允许在未来几年内建造一个试点锂提取厂。

第二个地热锂场所位于United Downs项目的隔壁，目前正在评估1km（0.6英里）左右较浅深度的锂提取潜力。该公司还在探索从圣奥斯特尔附近的康沃尔郡中国粘土地区的花岗岩岩石中提取锂的潜力。

康沃尔锂矿的高级地质学家露西·克兰尼（Lucy Crane）说，勘探和提取技术的进步使得从康沃尔地热水中提取锂成为可能。

该团队正在使用各种数据源来识别锂的最可能位置。她说：“康沃尔郡拥有令人惊叹的4,500年前的采矿历史，这意味着那里存在着很多有关地下的信息。”

一些历史地图是手绘在大块的牛皮纸上的（历史上用于书写的动物皮）。康沃尔锂的档案管理员拍摄了照片，然后将其数字化缝合在一起，以便可以3D方式捕获地质信息。这样就可以将1860、1900和1960年代的数据进行合并，并与来自卫星和无人机的现代信息相叠加。

“这是组合数据集的一种非常强大的方法，可让您有效地瞄准要进行地面勘探的位置，” Crane说。 “然后，当我们进行钻探时，我们将尽可能地确定要找到一些东西。从经济的角度来看，这更好，但也可以最大程度地减少勘探过程对环境的影响。”

技术的进步也帮助从盐水中提取锂成为可能。该团队计划使用一种称为直接锂萃取（DLE）的技术，该技术已由美国，德国和新西兰的多家公司开发。

总部位于旧金山的跟踪新采矿和能源技术的咨询公司Jade Cove表示，DLE技术多达60种。但是基本过程涉及使用诸如纳滤或离子交换树脂之类的技术，这些技术就像化学筛一样，仅选择性地收集氯化锂（在盐水中发现锂的主要形式），而在水中留下其他盐。通过例如用纯水洗涤树脂珠并将剩余的水通过钻孔注入地面，从筛子中回收氯化锂。然后将氯化锂纯化并浓缩以产生氢氧化锂，该氢氧化锂用于制造电池。

但这不是从地热盐水中获取锂的唯一方法。在美国，美国劳伦斯·伯克利国家实验室的生态工程研究计划主管William Stringfellow正在美国能源部进行有关从盐水中提取锂的不同方法的研究。一种方法是使用旨在收集锂离子的溶剂从盐水中提取锂，而其他方法包括使用仅允许锂离子通过的膜和电化学分离方法，其中将锂离子吸引到带电电极上。

Stringfellow说：“因此，DLE不一定会成为唯一的技术，但这是第一个被应用的技术。”

每种方法都有一个主要的绊脚石进行导航-仅从水中取出锂。 Stringfellow说：“盐水中还有很多其他物质可能会干扰锂的提取过程（例如钠和镁），因此您必须控制并去除它们。”

美国和德国也是地热锂提取研究和开发的温床。索尔顿海（Salton Sea）周围的区域，是加利福尼亚州中部的一个浅湖，是美国第二大地热田，被称为“锂谷”。加州能源委员会估计，该领域可以满足全球锂需求的40％。

该委员会在今年3月发布的研究报告中预测，该地区的碳酸锂供应量每年将超过60万吨，每年可产生72亿美元（53亿英镑），约合每吨12,000美元（8,885英镑）。希望是，锂提取不仅可以提供更清洁的家用锂电池来源，而且可以显着改善地热资源生产可再生能源的经济性，地热资源目前仅占加州电力的6％，开发成本昂贵。

Stringfellow说：“每个人的眼中都有很多星星，这就像是新的淘金热。” “这是一个经济不景气的地区，因此人们对如果锂得到利用这一事实将引起经济繁荣感到非常兴奋。”

德国也有类似的预期，莱茵河谷是该国新生的地热锂工业的中心。锂和地热发电开发商Vulcan Energy Resources计划将热的地热盐水泵送到地表，并利用热量为锂的提取过程提供动力，并将多余的热量反馈到电网中。

11月，Vulcan Energy Resources宣布其主要矿场有大量储量，锂浓度为每升181毫克。它将在2021年进行全面的可行性研究，目标是在2023-24年扩大到锂的全部商业化生产。瓦肯（Vulcan）首席执行官弗朗西斯·韦丁（Francis Wedin）在10月的一次行业会议上说：“我们拥有足够大的资源，可以满足未来许多年欧洲市场上非常大量的需求。”

莱茵河谷位于德国汽车制造地区的心脏地带，该地区将为锂电池工厂提供向电动汽车制造商供货的业务优势。但是，这也大大减少了与从海外运输锂相关的碳排放。因此，该公司计划将其锂作为“零碳”销​​售。

早在康沃尔，零碳也是康沃尔锂电生产过程的目标，它设想将由地热加热。如果其试点项目证明成功，那么康沃尔锂电公司有信心可以在该地区开发植物。

克雷恩说：“应对气候变化，我们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，它们都是非常矿物质密集型的。 “我们需要确保尽可能负责任地提取这些材料，否则首先可以减轻构建这些技术的原因。”

总体而言，用零碳锂制成的电池为汽车或其他设备供电可能还需要几年的时间。但是，如果零碳锂以其拥护者希望的方式起飞，它将成为可持续能源必不可少的矿物的有力例证。

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