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锂电池成能源储存主流,应用大增后锂还够用吗?

2024-04-24 218

特斯拉(Tesla)推出 Powerwall 、PowerPack 两款锂电池能源储存装置首周预售订单总额突破 8 亿美元,掀起一阵能源储存热潮,过去产业界从未有人担心过锂原料不足,但随着特斯拉 Gigafactory 规模量产逐渐成形,以及其他企业跟进锂电池,在电动车与能源储存两大应用需求下,产业界开始有未雨绸缪的声音:锂原料是否足以支撑未来产能?不过,澳洲企业 Cobre Montana 的新开采技术或许可解除此一疑虑。

回顾 2011 年时,在能源储存协会大会上,还有创投对锂电池嗤之以鼻,认为是不可能大规模设置的“玩具”,如今光是特斯拉本身的锂电池及能源储存产品就带动不少应用,客户包括电力公司如 Oncor 与南加州爱迪生(Southern California Edison)、云端服务巨人亚马逊网络服务(Amazon Web Services)、需求反应服务商 EnerNOC,以及全美最大电网能源储存计划开发商  AES Energy Storage。除了大企业客户,连同新创事业也磨刀霍霍,由于 PowerPack 以充放电循环 5,000 次计算,经过 PowerPack 储能后每度电所增加的成本约仅为 0.05 美元,新创事业“先进微电网解决方案”(Advanced Microgrid Solutions)就计划买进总储能容量 50 万度的特斯拉 PowerPack 储能系统,提供电网稳定服务。

在特斯拉推波助澜下,锂电池成为能源储存主流电池技术的趋势越来越明显,如奇异(GE)抛弃了自家的独拉松电池,改投锂电池怀抱;奔驰制造商戴姆勒(Daimler AG )也宣布要推出锂电池能源储存产品,进入电网能源储存市场。在澳洲,能源储存市场蠢蠢欲动,一方面因为近年来澳洲的太阳能渗透率快速提升,开启能源储存需求,一方面澳洲人传统上对电网不信任,渴望有自有能源,而在锂电池能源储存价格持续下降下,业界认为澳洲能源储存市场可望飞跃式成长,澳洲电力公司计划亲自推出能源储存产品,即使这样做会伤害售电营收也在所不惜,因为“我们不做,别人也会做”。而特斯拉在锂电池上的合作伙伴,也是数家澳洲电力公司的能源储存产品的锂电池供应商 Panasonic,计划将同样的合作模式推展到欧洲,自德国开始发展。

而这些快速发展,也让人开始注意到过去不认为是问题的锂原料供应问题,特斯拉本身预期其锂电池工厂产能全开的状况下,2020 年将消耗 8,000 公吨的锂原料,而若电动车与能源储存市场如乐观的预期一飞冲天,至 2040 年,全球有可能一年需要 80 万吨的锂原料才能满足产业总体需求。

美国地理调查于 2015 年初估计,全球锂资源约为 3,950 万公吨,而具备商业开采价值的锂储备量则仅为 1,351.9 万公吨,在目前的产业状况下,这样的锂资源可用上超过 300 年不成问题,但若是需求爆炸性成长,在一年 80 万吨的情况下,不到 17 年就会用尽。

 

冶金法可将矿物废料变成锂原料

那么,我们是否该担心人类未来过度依赖锂电池,终有一天会因为锂用尽而陷入能源危机?或许不必太杞人忧天,因为 2040 年还很远,届时可能已经有替代产品,就算没有替代产品,锂电池也可回收再制,而创新采矿技术也可望彻底解决锂不足的问题。

提炼锂矿需要高温淋溶,是相当耗费能源的过程,因此只有选用氧化锂含量较高的矿石,才有开采价值,包括锂辉石、透锂长石等,即使使用氧化锂含量 6% 的矿石,每吨生产成本仍可能高达 3,000 到 5,000 美元,因此,过去若是矿石氧化锂含量低于 5%,就毫无开采价值。锂在大自然中含量其实相当丰富,光是海水中就高达 2,300 亿吨,只是高含量的优质矿石相当稀少。

澳洲矿业公司 Cobre Montana 提出改以湿法冶金学提炼的想法,将矿石磨碎后,于摄氏 90 度下加入硫酸,溶出矿石中所有的金属,过程中产生二氧化硫,可再导回系统中与水结合重新产生硫酸,而溶化的金属除了锂,还会包括镁、铝、铷、锶、镓等金属,可另外出售,还有大量的硫酸钾,可做为肥料,出售所得可回收 2 成的成本,而整个冶金过程所需能量都由硫氧化而来,无须额外能源,硫占了冶金过程 3 成的成本,而硫是石油开采的副产品,相当容易取得。

使用这种方式,即使锂矿含量低的矿石也可利用,Cobre Montana 表示,以此冶金法,使用氧化锂含量仅 2% 的云母石,每吨成品冶炼成本只需 1,800 美元,甚至比南美洲各国如阿根廷、玻利维亚、智利的卤化物沉积优质矿冶炼成本每吨 2,000 到 2,500 美元更低。这开启了大量新的锂资源,云母在全球可说遍地都是,经常是采矿时抛弃的废料,取得成本相当低廉,光是捷克的 Cinovec 矿区,就可望提供 1,000 万吨锂原料。

Cobre Montana 目前已在 Cinovec 矿区进行小规模测试生产,每小时可产出 1 到 3 公斤锂原料,Cobre Montana 计划将与合作伙伴进行规模商业生产,若能顺利量产,看来人类就不用担心锂会用完的问题了。

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(首图来源:Flickr/Alberto Otero García CC BY 2.0)

2019-03-16 05:30:00

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