可再生能源革命所需的材料將來自何處

有些東西不是憑空產(chǎn)生的。當(dāng)涉及到像“能量”這樣看似抽象的概念時，這個事實很容易被遺忘。隨著氣候變化危機(jī)的惡化，越來越多的政治家開始強(qiáng)調(diào)向清潔能源過渡的重要性。更多的清潔能源意味著更多的太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)、電動汽車和大型電池。但這也意味著對使這些技術(shù)成為可能的材料的更多需求。

在某些情況下(比如太陽能電池板用的硅)，需求增加應(yīng)該沒什么問題。牛津布魯克斯大學(xué)(Oxford Brookes University)研究新技術(shù)可持續(xù)性的專家馬可?勞蓋(Marco Raugei)表示，硅儲量豐富，我們已經(jīng)具備了制造這種材料的基礎(chǔ)設(shè)施。但我們對其他材料的供應(yīng)鏈——比如風(fēng)力渦輪機(jī)用的釹，電池用的鋰和鈷，以及幾乎所有材料用的銅——可能需要改變。

盡管對原材料的礦石需求通常意味著更多的開采(以及隨之而來的環(huán)境影響的增加)，但專家們一致認(rèn)為，可再生能源的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于成本?！疤煜聸]有免費的午餐，”西華盛頓大學(xué)(Western Washington University)能源研究教授查爾斯?巴恩哈特(Charles Barnhart)表示?！暗蚁朊鞔_的是，當(dāng)我們談?wù)摥h(huán)境影響時，我們并不是在‘較小的危害’之間做出選擇?！睂Π投鞴貋碚f，決定是開采更多的可再生能源，還是繼續(xù)依賴化石燃料，就像是在“完全不同的兩個陣營”之間做出選擇，因為化石燃料的商業(yè)未來的成本會造成很大的傷害。

盡管這種權(quán)衡是有益的，但值得思考的是，可再生能源革命所需的材料將來自何處，以及當(dāng)需求上升時，世界將如何變化。

釹

英國?？巳卮髮W(xué)坎本礦業(yè)學(xué)院應(yīng)用礦業(yè)學(xué)教授弗朗西斯?沃爾表示:“在磁鐵方面，真的沒有什么能與釹競爭?！薄暗侥壳盀橹?，它們是應(yīng)用程序的最佳選擇?！扁S是一種所謂的稀土元素，是一種銀色金屬，在可再生能源中扮演著非常重要的角色。當(dāng)它與鐵和硼結(jié)合時，就能制造出對風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)和電動汽車發(fā)動機(jī)都很重要的強(qiáng)力磁鐵。

沃爾解釋說，盡管名稱如此，像釹這樣的稀土元素并不是特別稀有。元素相對豐富。在地殼中發(fā)現(xiàn)的一些元素與聽起來更像行人的元素銅的濃度相同。挑戰(zhàn)在于，釹在很大程度上是由一個國家控制的。世界上大約85%的釹來自中國的幾個礦山。中國北方的包頭煤礦造成了一個有毒湖泊和其他環(huán)境災(zāi)難。其他地方也有一些小礦——比如布隆迪的彩虹稀土礦和馬拉維的Mkango礦——但通常情況下，即使是中國以外的礦也傾向于把它們的礦藏送到中國進(jìn)行加工。這就是加州帕斯山稀土礦的情況。

釹開采和加工的一個巨大瓶頸是資金。沃爾解釋說:“當(dāng)時有大量的稀土勘探項目，如果不進(jìn)行下一階段的投資，這些項目就會逐漸放緩?！蔽譅栴A(yù)計，隨著需求的增加，其他供應(yīng)商也將進(jìn)入這個市場，更多的礦山將有開發(fā)的空間。

銅

就像釹一樣，銅并不稀缺，但我們需要大量的銅?；旧先魏斡虚_關(guān)的東西都包括銅，這要歸功于它不可思議的導(dǎo)電能力，我們還沒有找到更好的替代品。

亞利桑那大學(xué)洛厄爾礦產(chǎn)資源研究所(Lowell Institute for Mineral Resources at The University of Arizona)聯(lián)席所長瑪麗?波爾頓(Mary Poulton)表示，銅開采的棘手之處在于，要找到足夠多的銅集中在接近地表的地方。首先很難找到大量的礦藏，然后可能需要很長時間才能獲得許可證并實際開始生產(chǎn)。波爾頓說:“在很大程度上，我們開采的是19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的礦藏，在很多情況下，我們一直在開采這些礦藏?！?/p>

發(fā)現(xiàn)新礦藏的第一步是看已經(jīng)發(fā)現(xiàn)銅的地方。Poulton說:“我們在探險中有這樣的說法，如果你在獵象，那就在象的國度里獵象?！比缓螅刭|(zhì)學(xué)家將查看政府和大學(xué)現(xiàn)有的報告，并與地球物理學(xué)和地球化學(xué)家合作，預(yù)測礦床的可能性。

一旦找到一個銅礦，下一步就是把它從地下開采出來，新技術(shù)開始在這個古老的行業(yè)中站穩(wěn)腳跟。亞利桑那州的兩個地區(qū)正在測試一種不用挖洞就能開采銅的方法，這種方法叫做原地浸出法。礦工們不是先挖礦然后加工，而是先挖井，然后把弱酸溶液泵到地下，然后溶液就會把銅從礦石中溶解出來。接下來，這些溶液被泵出，經(jīng)過處理得到銅，礦工們用干凈的水沖洗井田，以盡可能多地排出酸性物質(zhì)。Poulton說:“我們正在密切關(guān)注它的工作原理”，因為它可能比傳統(tǒng)的地下采礦對環(huán)境更好。(也就是說，酸性溶液仍然會干擾土地。)

機(jī)器人也參與其中。澳大利亞西部和南美阿塔卡馬沙漠等偏遠(yuǎn)地區(qū)的礦山已經(jīng)開始使用采礦機(jī)器人。新的銅資源可能會在更深的地方被發(fā)現(xiàn)——比如地表以下7000英尺——這意味著它們會變得更熱，巖石將處于極端的壓力之下。這意味著我們需要更多的工程來建造一個更強(qiáng)大的能夠應(yīng)對極端情況的銅礦開采機(jī)器人。

鋰和鈷

如果你建立了一個大規(guī)模的可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施，你將需要一些存儲容量來配合它。畢竟，人們不只是在刮風(fēng)或陽光燦爛的時候才需要電力。一個雄心勃勃的解決方案是使用巨型鋰離子電池，就像目前正在南澳大利亞測試的一種電池。

Benchmark minerals Intelligence的鋰分析師米勒(Andrew Miller)說，鋰基本上是所有可充電電池的關(guān)鍵，目前有兩種方法可以獲得鋰。一種在南美洲很流行的方法是將其從湖下的鹽水中蒸發(fā)出來。例如，世界上最大的鋰資源是智利的Salar de Atacama湖。鋰也可以從spodumene中提取，spodumene是一種主要產(chǎn)于澳大利亞的硬巖石資源。

隨著電池市場的增長，越來越多的spodumene礦正在涌現(xiàn)。米勒預(yù)測，盡管南美和澳大利亞仍將是關(guān)鍵，但礦山將開始在加拿大、北卡羅來納州和美國內(nèi)華達(dá)州等地開礦;英國;還有捷克共和國。他表示:“你將看到來自消費者的壓力，他們不想過于依賴世界上的一兩個地區(qū)，尤其是當(dāng)他們在美國、歐洲或鋰產(chǎn)量不高的地區(qū)進(jìn)行數(shù)十億美元投資時?！?/p>

與此同時，基準(zhǔn)礦產(chǎn)情報(Benchmark minerals Intelligence)鈷業(yè)分析師卡斯帕?羅爾斯(Caspar Rawles)表示，在可充電電池的另一個關(guān)鍵組成部分鈷業(yè)，“除了剛果民主共和國，其它任何地方都很難占據(jù)主導(dǎo)地位?！扁捠请姵刂凶畎嘿F的材料之一，它的開采條件常常違反人權(quán)。去年，世界上70%的鈷來自剛果民主共和國。剛果民主共和國的勞工制度一直受到廣泛的批評，例如讓六歲的兒童在鈷礦工作?？茖W(xué)家和初創(chuàng)公司都在爭先恐后地制造一種無鈷電池，埃隆馬斯克(Elon Musk)甚至在twitter上發(fā)帖稱，他希望從電池中提取鈷，但目前看來不太可能。