锂供应链（2020）
您是否知道您每周在手机上花费多少分钟？成年人平均每天花在智能手机上的时间超过3个小时，但是您是否曾经停下来思考一下手机的材质？当然有一个玻璃盖，一些金属和塑料，但是电池呢？
手机重约7盎司，而电池则是电池的1/5。 1大多数手机都依靠锂离子电池，该电池使用少于1克（3/100盎司）的锂作为能量存储的“媒介”。 2当锂产生离子时，它们在阳极和阴极之间流动以产生电荷。太酷了，对！
但是，对于微量的锂，我们需要能够给妈妈发短信，要获取它的供应链确实很复杂。
锂离子电池不仅在我们的手机中，而且实际上是我们清洁能源转型的核心。其他材料，例如石墨，也用于电池；下一代太阳能电池中使用的碲和碲很重要，但是锂无疑在驱动电池存储市场。从手机到电动汽车再到公用事业规模的存储解决方案，几乎所有的东西都在寻找锂的应用。 3
也许您已经读过特斯拉正在与中国电池制造商Contemporary Amperex Technology Co.Ltd。（CATL）合作开发的新型锂离子电池，据说这种锂离子电池的使用寿命将超过100万英里，并将对电池技术。 4但是，有一个巨大的问题：锂和其他关键材料从何而来？今天的答案是-不是美国
如果在美国建房的能力取决于美国无法控制的物资和交往，那么美国的国家安全就会受到削弱。
2018年，美国内政部发布了35种重要矿物质的清单：``对美国经济和国家安全至关重要的矿物质''。 5这些矿物对航空，国防，能源，电子和交通等关键行业的运营至关重要，但其供应链易于中断。 6一方面，这些矿物可以在地壳中找到，但只能在集中的地理位置进行开采或加工。某些锂离子电池的组件（例如石墨，锂，钴和锰）也在此列表中。
美国大量进口了这些关键矿物质。尽管美国是生产铍和氦的领先者，但它完全依赖进口14种矿物质，包括铝土矿（铝的主要来源）和钽（钽在某些电子产品中是电容器）。相比之下，中国到目前为止是关键矿物的主要生产国，主导了16种重要矿物的生产。 7
中国是重要矿物质的主要生产国，而美国则进口了其中的14种
所以呢？让我们以电池为例。许多锂离子电池的阴极使用钴。尽管得到了广泛的应用，但钴的生产还是有90％以上是作为开采其他资源的副产品而产生的，因此钴的生产还取决于电池需求。而且，全球总产量的65％以上集中在刚果民主共和国，而联合国仍在该国维持维和部队。 [8，9]因此，世界不仅依赖一个国家进行供应，而且该供应可能因特定于地理位置或无关的事件而被切断。尽管仅是许多钴矿的投资商，但中国控制着将锂矿石转化为电池行业的钴化学品的产能的70％，从而使他们对供应链有了更多控制权。
像许多重要矿物一样，锂也面临同样的挑战。尽管锂丰富，但难以提取和加工。大多数锂矿集中在拉丁美洲和澳大利亚，而中国则控制着大部分的处理能力。仅澳大利亚一个国家就拥有世界十大锂矿中的五个，而超过60％的锂加工发生在中国。 10，11锂化学品及其最终产品的生产横跨中国，日本和韩国等国家。即使与盟友进行贸易，锂供应链也确实是全球性的。美国制造电池的能力取决于其无法控制的因素-全球交易价格，外国采矿和加工能力，甚至是限制国际贸易的大流行。随着美国希望将更多的重要矿物质生产带回家，让我们以案例研究为例，从地面到口袋里追踪锂。
锂是从不同的来源开采的：盐水和硬岩石，还有其他诸如粘土的勘探中。世界上约有一半的锂来自地下水盐水，这是富含锂盐的水。地下水盐水最常在南美开采。获取这种锂包括将水泵送到地表，然后将其放置在巨大的池塘中数月或数年，直到锂浓度足够高为止。锂也可以在传统矿山的地下硬岩中开采。这些矿物是在澳大利亚获取大部分锂的方式，并且是发现南美锂储藏之前最重要的锂来源。 12这些类型的采矿都面临环境问题：盐水的用水和足迹，以及传统矿山的足迹和化学品浸出。 13
脱离地面后，必须将锂化合物加工成可用的产品。电池和其他产品中使用的是锂化学物质，而不是仅含锂的化学物质。这意味着将锂从一种化合物加工成可以使用的另一种化合物。 14这些加工设备高度专业化，因为不同的客户需要具有特定组成和纯度的化合物。 15这些过程也非常耗能，当处理设施位于高排放国家时，会增加碳足迹。大多数锂加工设施都在中国，该国在2019年4月生产了全球60％以上的锂。16这意味着锂电池的供应链真正取决于全球贸易，即使电池本身的制造设施位于美国。状态。
尽管锂的加工也面临着类似的问题，但电池的制造却是供应链中令人惊讶的要素。制造锂离子电池也是一个高能耗的制造过程。这种能量通常来自碳排放源，如果确实如此，则该能量占锂离子电池碳足迹的一半。运输也要考虑在内；将锂从智利运往中国到日本或韩国增加了不小的温室气体足迹；仅将已完成的电池从韩国运输到密歇根州，就会产生4.1千克CO2e / kWh的足迹。 17
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有些人正在寻求进一步的创新。德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家们最近开发了一种新的过滤技术，该技术可以显着减少从盐水中提取锂的时间。在测试中，锂的回收率高达90％。这意味着更有效的资源回收和更好的锂提取环境足迹。 26由于美国不仅要确保国内关键矿产的供应，而且要改善锂的提取工艺，因此这种进步将依赖于像这样的关键创新者。
对于某些其他关键矿物，可以在美国海岸线附近的海底找到另一种解决方案。与传统的关键矿产开采相比，深海开采的潜力可以提供更高的矿物产量和更少的有毒废物。跨国公司DeepGreen已探索深海开采包含镍，锰和钴的“多金属结核”，如上所述，所有这些金属都充当最常见的电动汽车电池组的阴极。 27麻省理工学院（MIT）也研究了此过程，以帮助利益相关者开发该过程。 28随着我们对带电事物的渴望不断增长，深海矿物可以帮助扩大电池的部署规模。
鉴于供应链中存在的挑战以及全球对电池的渴望，美国决策者一直在寻找激励国内关键矿产供应链发展的方法。迄今为止，刺激国内关键矿物生产的最大举措是能源部的储能大挑战。总体而言，“挑战”旨在完全在美国创新，生产和部署储能解决方案，以期在2030年之前拥有强大的储能产品组合。这项工作的很大一部分着眼于确保关键矿物的国内制造供应链，包括技术进步，创新规模扩大以及可靠的材料采购。 29要实现这一目标，就需要对美国的能力和大部分供应链的发展进行详细的探索。
在立法方面，两党制的《美国矿产安全法》（S.1317）于2019年推出，目前是《美国能源创新法》的一部分。该法案指示联邦政府开发工具，以更好地评估美国的矿床。它还授权对关键矿物的加工和回收进行研究和开发。 30一个成功的美国矿产生产计划依赖于准确的信息;该法案可以为将来的矿产生产提供必要的基础。
特德·克鲁兹（Ted Cruz）参议员的《 ORE法案》（S.3694）更具针对性，旨在通过加强美国稀土矿产品的生产来减少对中国的依赖。该法案包括对建设稀土矿的成本进行税收减免，以及使用国内生产的矿物的需求方激励措施。 31从2019年起，参议员Marco Rubio的RE-Coop 21st Century Manufacturing Act（S.2093）将授权一个协调机构来监督集成稀土供应链的发展。超过80％的稀土元素是从中国进口的，甚至是从加利福尼亚州的Mountain Pass开采的矿物也被运到中国进行加工，因此将供应链带回家可以减少对中国的依赖。 32、33
在美国众议院，迈克尔·沃尔兹（R-FL）和保罗·戈萨尔（R-AZ）代表最近推出了2020年美国关键矿物勘探和创新法案（HR7061），该法案建立了扩展关键矿物安全的框架。这项贯穿各领域的法案是通过扩大资源评估，先进关键矿物技术的研发和劳动力发展计划来实现的。从地面到行业查看关键矿产的安全性，为重新制定鼓励国内供应链的美国关键矿产政策奠定了基础。
减少对中国的依赖的另一种选择是回收。如今，只有不到5％的锂离子电池得到了回收，这主要是因为该过程没有吸引力：它的能源消耗大，产生有毒副产物，并且难以回收大量锂材料。只有一家美国公司Retriev Technologies Inc. 34、35在其位于不列颠哥伦比亚省和俄亥俄州兰开斯特的工厂，《 2020年电池和重要矿物回收法》（S.3356）和美国能源部对锂金属和锂离子电池进行回收。能源2019年的锂离子电池回收奖旨在改善回收研发，并鼓励建立国内回收中心。 36、37
锂和其他重要矿物质的供应链庞大而复杂，这在能源存储和电动汽车中仅占很小的一部分。 它涉及目前不在美国直接控制范围内的地缘政治，环境和经济问题。 存在建立成功的美国锂和能源存储供应链的要素：锂储备，有能力的劳动力，国内需求和经济实力。 然而，要成功地链接这些组件，美国必须从战略上解决电池在全球范围内旅行并进入您的口袋所面临的一系列因素。
