锂：推动绿色革命

理查德·A·洛维特

随着气候变暖、海平面上升、干旱、热浪和山火成倍增加，引领绿色能源未来的需求日益迫切。但这并不意味着它可以在没有重大挑战的情况下实现——不仅是在经济领域（因为它实现了转型），而且在技术和科学方面也是如此。

这是一个让人想起20世纪70年代环保集会口号TANSTAAFL（世上没有免费午餐）的问题，摘自科幻作家罗伯特·海因莱因1966年的一部小说。该观点认为，一切都是有代价的，尽管过度依赖化石燃料的代价越来越明显，但这并不意味着我们不再依赖化石燃料就不会有问题。

其中一个“问题”就是锂。

我们中的大多数人从未见过纯锂，也永远不会看到。在这种形式下，它是一种柔软的银白色金属，极易被腐蚀，必须保存在矿物油中以保护其免受空气污染。但我们都使用它：它是锂离子电池中的神奇成分，为从智能手机、手表到电动汽车的一切事物提供动力。

前几代可充电电池使用铅和酸，镍镉混合物，镍和其他材料混合。然而，锂的毒性要小得多，不使用时能更好地充电，而且不容易出现老化电池无法完全充电的“电池记忆”问题。但它最大的优点是重量轻得多。锂是元素周期表上的第三号元素:比镍轻8倍，比镉轻16倍，比铅轻30倍。

换句话说，在电池方面，它的性价比更高(或者更准确地说，是克)。南加州大学维特比工程学院(University of Southern California 's Viterbi School of Engineering)材料科学项目主任爱德华·古(Edward Goo)说:“在给定的重量下，它将拥有最大的功率。”

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迈克尔·惠塔克，新成立的锂资源研究与创新中心（LiRRIC的首字母缩写为LiRRIC）主任美国劳伦斯·伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）补充说，锂非常轻，只占锂离子电池总质量的1-2%。他说，如果你打算用手表、笔记本电脑、电动车甚至飞机来运输锂离子电池，效果会好得多。“对于轻量化应用，锂电池可能在未来很长一段时间内仍将是电池市场不可分割的一部分，”他说。

美中不足。有人担心我们如何获得足够的锂来为未来的替代能源提供动力。预计未来五年需求将翻一番——到2030年将增加十倍。这让每个人都在争先恐后地寻找新的锂资源，以免锂短缺导致绿色经济不愉快地停滞。

需求扩大的最大驱动力之一将是电动汽车。特斯拉S型汽车需要64公斤锂——大约是普通手机的10000倍。根据美国地质调查局（USGS；2019年数据），目前全球产量为77000吨，这意味着世界每年只能生产120万辆新电动汽车所需的锂——而汽车总产量约为9200万辆。如果我想到“水桶里的水”这句话，你可能就不那么遥远了。

惠塔克的同事彼得·菲斯克说，但这并不是绿色能源未来要求大幅增加锂产量的唯一途径。

从加州到澳大利亚，气候变化似乎已经在世界上大部分地区助长了火灾，电力公司也意识到，他们需要在干燥、多风的条件下切断供电，以免电线倒下的火花引发灾难性的火灾。“今年夏天，我们所有人家里都至少停电过一次，”菲斯克谈到他自己和他的同事时说。“我们现在想象的是，切断电网将成为现实。”

为了经受住这样的关闭，火灾多发地区的人们会想要一些东西来度过难关，而电池是一个显而易见的答案。特斯拉已经在销售能够做到这一点的Powerwalls，以及存储晴天太阳能并在云层低垂时将其打包。“这将进一步增加对锂的需求。”菲斯克说。

锂的工业生产来自两个来源。一种是传统的含锂矿石的岩石开采，特别是锂辉石：锂、铝、硅和氧的混合物（LiAlSi）₂O₆)，可以形成如此大的晶体，美国地质调查局(USGS)将其描述为“原木”。已知的最大的长度为13米，宽度为160厘米。“你可以在eBay上买到，”(虽然不是那个尺寸)李说宇宙．

“锂辉石含有[高达]3.7%的锂（按质量计），是已知的品位最高的锂矿石之一，”惠特克说，“锂辉石加工厂很多，主要在澳大利亚。”事实上，根据美国地质调查局（USGS）的统计数据，由于这些原因，澳大利亚已经成为世界上最大的锂生产国，约占世界产量的54%。

但它并不是世界上储量最大的国家。据美国地质勘探局的报告，这些地方位于智利和阿根廷，在那里，富含锂的水从被称为salars的干涸湖床的表面下抽取，并在世界上最贫瘠的沙漠的强烈阳光下蒸发。这两个国家，加上玻利维亚，其类似的锂卤水目前尚未开发，形成了李所说的“锂三角”，截至2019年(最新可获得的数据)，至少拥有世界已知储量的60%。

这些储备足够大，我们不会很快用完——但如果需求继续呈指数增长，到本世纪30年代末，它们可能会严重吃紧。事实上，李认为，“我们永远不会因为稀缺而耗尽任何材料。”它总是会涉及到经济、环境和社会问题。”

理查德·A·洛维特(Richard A Lovett)是一位美国科幻作家。这是他的专题文章的摘录，刊登在最新一期的宇宙杂志。你可以订阅宇宙在这里．