锂的高峰

1991年索尼推出了首个锂离子可充电电池时,很少有人能预测他们如何迅速将成为我们生活的基石。仅仅30年后的今天,他们填满我们的房屋和口袋,接管我们的道路与电动汽车革命,以及其潜在的使用在大规模储能设备(见p30)。锂的高峰——类似于对铜的需求或硝酸盐在工业革命时期,在20世纪或石油。像那些年龄之前,我们已经看到全球议程的变化随着国家争夺控制权的最轻的金属元素周期表。

电动汽车电池——尤其是,需要20-30kg锂-代表大约80%的锂使用,造成需求飙升。1995年,约有9700吨锂是世界范围内开采。快进到2021年,美国地质调查局(USGS)报道全球产量约107000吨,全球需求为95000吨。2022年,尽管产量增加到130000吨,全球消费激增到134000吨。,电池级碳酸锂的价格飙升,从12600美元到37000美元每公吨(£10000£30000)。情况可能好转,与国际发展机构预测增加40倍2040年锂的需求。

这个崛起虽然没有真正的世界上锂短缺。第33地球上最丰富的元素,和美国地质调查局将全球潜在数量约为9800万吨,甚至忽略了海洋,其中包含更多。一半的存款被认为是在南美,在一个三角形覆盖玻利维亚、阿根廷和智利(约5200万吨),紧随其后的是澳大利亚(790万吨)、美国(1200万吨)和中国(680万吨)。国家外汇储备估计从大陆、地热和油田卤水、粘土岩和锂蒙脱石(白色,油腻的黏土富含锂),和火成岩伟晶岩。

金属巨头

但尽管相对充足,这并不意味着它很容易获得。事实上,世界上98%的整个锂供应来自五个国家:澳大利亚、智利、中国、阿根廷和巴西(参见下面的其他金属在电池中使用不同的元素)。教授的问题,解释了杰森爱化学有兴趣锂在爱丁堡大学,英国不是丰富:它是访问。作为一个群体1金属,锂是高度降低,不存在的。“分子含有锂相对简单,爱说:“氯化锂、碳酸氢氧化或。挑战在于,本身是非常稳定的化合物。

我有两种方法可以大规模的锂。首先是通过提取矿石通过钻探、压碎,然后对其进行处理的湿法冶金的植物——技术支持在澳大利亚,世界领先的生产者(每年约61000吨),主要从硅酸盐矿物中提取氧化锂锂辉石。不幸的是,这种方法是“令人惊讶的是困难的”,爱解释道。化学是对你。锂是这么小的阳离子,一旦溶解在水中变得非常水化。的一个主要技术提取金属溶剂萃取技术,你有一个水相疏水有机相,你设计一个受体,将金属的水和有机相的选择。要做到这一点,你需要脱水的金属。

不幸的是,这个过程是低效的,只有能抽到60 - 70%的锂的岩石,更重要的是,令人难以置信的能源密集型。目前,据估计全球5%的电力消耗使用锂矿业破碎岩石。除非有重大投资绿色能源技术,锂-尽管它所谓的绿色证书可以净贡献者世界气候的紧急情况。

另一种是同样困难的。世界第二大供应商锂是智利(39000吨)。而不是粉碎岩石,智利矿山抽出地下水溶解在卤水锂,然后倒入池,可以在热蒸发,干燥的阿塔卡马沙漠的废物,最终离开白粉状锂盐。然而一样惊人的这些出现——从海蓝宝石的颜色明亮的黄色,就像一个被艺术家的调色板了空荡荡的广袤的地球上最干旱的地方——他们留下可怕的化学的遗产,包括破坏淡水供应当地社区和破坏野生动物的栖息地。

在智利,当地的火烈鸟人口在过去十年中已经减少了11%。出于这个原因,随着锂提取的技术挑战,和潜在的担忧,锂可用于核武器的创建,玻利维亚等国没能利用其财富,并保持在全球排名前十。

还有一个问题:创建一个供应链发展这些产业所需的速度。

到目前为止,只有一个国家能够交付。

地缘政治风景

当涉及到锂,中国领导世界。第三大产油国,超级大国也控制了全球60%的锂炼油产能根据世界经济论坛。“中国绿色建筑技术在过去的十年中,“滨张先生解释说,悉尼科技大学副教授,澳大利亚。而其他国家,如美国和欧盟,阻碍了他们现有的汽车工业在发展电动汽车,Zhang说,“中国已经发布超过100电动汽车产业政策支持和锂供应链。他们把很多钱进去。相反,西方国家——特别是美国——年,和建立一个锂的基础设施会有巨大的环境影响。

这并不意味着中国有它自己的方式;虽然它有锂存款,这些都是远程的。”你要考虑物流成本,”张说。不仅仅是提取和细化,这也是交通工具。和中国的富锂区并不容易。第二,尽管中国已经进入外国资源,他们可能倾向于使用他们第一次和拯救自己的储备。

这使得南美紧紧盯上中国时锂矿业:这是一个熟悉该地区的形势。在19世纪,南美被视为殖民宿醉成熟的剥削。几个战争是争夺其化学财富,尤其是太平洋战争从1879年到1884年,在智利击败Peru-Bolivian联盟声称鸟粪(富含硝酸盐的火药和化肥)沿着海岸。智利硝石的仍然是世界经济的重要组成部分,直到对固氮哈勃-博施方法的发明;玻利维亚是内陆。一个贸易集团已经开始出现——自2018年以来,阿根廷和智利提供了91%的美国“锂的需求。

,随着需求的增长和南美斗争发展的基础设施需要一个全球性的球员在锂舞台上,这是澳大利亚已经在东部和西部。

一旦一个元素变得稀缺,那么这个国家生产可以抬高价格

“澳大利亚在一个非常棘手的位置,”张先生说。他们在美国和中国之间的地缘政治竞争。澳大利亚正在推动美国加入供应链,但还不成熟,这将需要数年时间。目前中国和澳大利亚最大的出口市场。鉴于中国的主导地位的锂精炼,如果澳大利亚选择看其他地方,可以看到其生产锂-第六激增的出口开始枯竭。澳大利亚必须认为是否想继续供应中国,并受益于经济关系,还是应该遵循了其政治与美国结盟,出于国家安全的考虑。”

在短期内,如果澳大利亚是夹在大国之间,可能会发现自己在未来,随着玻利维亚、繁荣海湾国家一样以同样的方式与石油的发现。说,“我认为历史将会重演。“只要一个元素变得稀缺,或关键,那么国家生产可以抬高价格和操作需求…会有时间的国家这些存款不会想把他们送到国外,他们会想向你们出售电池,相反!当它变得昂贵。”

过去的错误,未来的挑战

它不是稳赚不赔的押注未来会发生,然而。十年前,作为其带和公路政策的一部分,中国与非洲国家开始贸易协定存款安全的稀土元素。“稀土元素发挥更重要的作用(比锂)在国家安全,”张说。中国已经意识到自己的地缘政治意义一段时间,所以萃取,提纯,和下游生产主要是由国有企业控制。他们潜在的通配符(中国)可以尝试使用。

尽管如此,其他国家也意识到这一点。中国有效地成为稀土元素的主要供应商大约10年前,但现在情况并非如此。“爱解释道。”实际上,全球应对确保还有其他办法供应稀土时是必需的。我认为会发生相同的锂;如果它变得非常关键,它可能会,其他国家将开始挖掘自己的存款。

这是一个模式,已经被世界各地。目前锂项目开始等国家芬兰、埃塞俄比亚、津巴布韦和哈萨克斯坦,都希望确保自己的国家利益。去年,美国能源部为12个锂项目提供了16亿美元的资金,在两党国会通过法律高档锂经济。

然而,即使它可以这样做,一些提取障碍仍然存在;在英国,两家公司,英国康沃尔郡的锂,锂已开始探索采矿的可行性本国锂的存款。问题是矿山每个需要20兆瓦的电力来满足他们的可行性要求挖掘有价值的——一个能量吸引,要求额外的发电厂。

缓解需求的一个显而易见的解决方案是创建一个循环经济。一旦我们开始回收,然后我们就很少担心提取原料的地面,“爱说。“对我来说,这就是需要确保我们有足够的锂。这是相对简单的,化学并不困难,因为只有数量有限的金属在电池,所以这不是一个困难的分离。

锂已成为地缘政治的一个重要因素

不幸的是,有一个严重的障碍:纯锂点燃接触空气(或水,任何高中学生可以告诉你)。斯坦利·惠廷汉姆的问题是无法克服在开发第一个锂离子电池在1970年代(他后来获得了2019年诺贝尔奖和约翰Goodenough和彰吉野),和一个这意味着锂循环不能便宜或外包给相对宽松的国家安全标准。这是一个问题,意味着2022年11月只有44公司在加拿大和美国,和欧洲47,回收锂电池或正计划这样做。我在浪费公司,他们显示一个电池存储的视频网站在烈焰中,一个有腐蚀,“爱回忆说。“很多[电池]然后上升,特别难以扑灭。这才是真正的大问题。”

尽管这样的障碍,爱仍然认为这是最现实的未来技术。”有大量的锂在海里,”他说,“2300亿吨,但那是一样的铀。我们不能把它弄出来!这是本质上的困难。但我宁愿看到我们试着回收它们。重要的是我们能够做到这一点,这都是要依赖于化学。”

然而,再次,回收的挑战不仅仅是科学,即使最终的结果将会是更为环保、更为公平的世界。“锂已成为地缘政治的一个重要因素,”张说。中国公司会准备许可证技术福特(例如)矿石内的脉石他们的电池制造设施吗?不。这不可能发生,因为地缘政治紧张局势。我们常说科学没有国界,但即使是科学技术给人类带来的好处仍然面临这些界限。这是真的难过。”

法尔茅斯工具包查普曼是一门科学作家和讲师,英国