锂:推动绿色革命

理查德·拉维特著

随着气候变暖、海平面上升、干旱、热浪和森林大火的增加，迎接绿色能源未来的需求变得越来越迫切。但这并不意味着它可以在没有重大挑战的情况下完成——不仅在经济上(因为它正在进行转变)，而且在技术和科学上也是如此。

这个问题让人想起20世纪70年代的环保口号TANSTAAFL(世上没有免费的午餐)，这句话出自科幻作家罗伯特·a·海因莱因1966年的小说。这种观点认为，一切事物都是有代价的，虽然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会有摆脱化石燃料的问题。

其中一个“问题”就是锂。

我们大多数人从来没有见过纯锂，也永远不会。在这种形式下，它是一种柔软的银白色金属，很容易被腐蚀，因此必须保存在矿物油中以保护它不受空气的影响。但我们都在使用它:它是锂离子电池中的神奇成分，为我们的智能手机、手表和电动汽车提供动力。

前几代可充电电池使用铅和酸，镍镉混合物，镍与其他材料混合。然而，锂的毒性要小得多，不使用时也能更好地保持电量，而且不太容易出现“电池记忆”问题，即老化的电池无法完全充电。但它最大的优点是它要轻得多。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，就电池而言，它的性价比要高得多(或者更准确地说，是以克为单位)。“对于给定的重量，它将具有最大的功率，”南加州大学维特比工程学院材料科学项目主任爱德华·古(Edward Goo)说。

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• 看:宇宙简报-锂是答案吗?

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Michael Whittaker是美国劳伦斯伯克利国家实验室新成立的锂资源研究与创新中心(该中心的首字母缩写LiRRIC听起来很悦耳)的主任，他补充说，锂非常轻，只占锂离子电池总质量的1-2%。他说，如果你要把它装在手表、笔记本电脑、电动汽车甚至飞机上，它真的要好得多。他说:“在未来很长一段时间里，对于轻型应用来说，锂电池可能仍将是电池市场不可或缺的一部分。”

只有一个美中不足的地方。人们担心，我们如何才能获得足够的碳来为替代能源的未来提供动力。预计未来5年需求将翻一番，到2030年将增长10倍。这使得每个人都在争先恐后地寻找新的锂资源，以免锂的短缺使绿色经济陷入不幸的停顿。

这种不断扩大的需求的最大推动力之一将是电动汽车。一辆特斯拉Model S需要64公斤锂——大约是普通手机的1万倍。根据美国地质调查局(USGS)的数据，目前全球产量为7.7万吨;2019年的数据)，这意味着全球每年生产的锂只够为120万辆新电动汽车提供动力，而目前汽车总产量更接近9200万辆。如果你想到的是“沧海一粟”，你可能离得不远了。

但Whittaker的同事Peter Fiske说，这并不是绿色能源未来需要大量增加锂产量的唯一途径。

从加利福尼亚到澳大利亚，气候变化似乎已经在世界大部分地区助长了大火，电力公司意识到，他们需要在干燥多风的条件下切断供电，以免电线掉落的火花引发灾难性的火灾。菲斯克在谈到自己和同事时说:“今年夏天，我们所有人的房子都至少断电一次。”“我们现在想象的是，切断电网将成为现实。”

为了度过这样的关闭，在火灾易发地区的人们会想要一些东西来度过难关，电池是一个显而易见的答案。特斯拉已经在销售可以做到这一点的powerwall，它还可以储存晴天的太阳能，并在云层低垂时将其分发出去。“这将进一步增加对锂的需求，”菲斯克说。

锂的工业生产有两个来源。一种是传统的含锂矿石的岩石开采，尤其是一种叫做锂辉石的矿物:锂、铝、硅和氧(LiAlSi)的混合物₂O₆)，可以形成如此大的晶体，美国地质调查局(USGS)将它们描述为“原木”。已知的最大的有13米长，160厘米宽。“你可以在eBay上买到，”(虽然没有那么大)李说宇宙。

惠特克说:“锂辉石的锂含量高达3.7%，是已知品位最高的锂矿石之一。”“有许多锂辉石加工业务，主要在澳大利亚。”事实上，得益于这些，根据美国地质勘探局的统计，澳大利亚已成为世界上最大的锂生产国，约占世界产量的54%。

但它并没有世界上最大的外汇储备。据美国地质勘探局报道，这些地方位于智利和阿根廷，那里富含锂的水是从被称为盐湖的干燥湖床表面下抽取的，并在世界上最荒凉的沙漠的强烈阳光下蒸发。这两个国家，加上玻利维亚，其类似的锂盐目前尚未开发，形成了李所说的“锂三角”，截至2019年(可获得数据的最近一年)，至少占世界已知储量的60%。

这些储量足够大，我们不会很快用完——尽管如果需求继续呈指数级增长，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。它总是涉及经济、环境和社会问题。”

理查德·A·洛维特是美国科学作家和科幻小说作家。这是他在最新一期的专题文章的摘录宇宙杂志。你可以订阅宇宙在这里。