新型锂生产技术的生命周期碳足迹及其对北美供应链的潜在影响

《Reumatología Clínica》：Life-cycle carbon footprint of novel technologies for lithium production and potential implications for the supply chain in North America

　　锂羟基单水合物（LiOH·H2O）生产的环境影响评估及与钠离子电池对比。研究采用生命周期碳足迹分析，探讨北美地热卤水（DLE）、矿石开采和电池回收三种锂源生产LiOH·H2O的碳排放，并比较其对NMC811锂离子电池和钠离子电池的影响。结果显示，DLE结合水电可降低至2 kgCO2eq/kg，但电池制造阶段影响显著，钠离子电池在考虑未来改进后可能更具竞争力。方法选择（如副产品分配）对结果影响达130%，需谨慎考量。

　　在当今全球范围内推动能源转型和减少温室气体排放的背景下，锂资源的获取和加工对电动车（EV）电池产业具有重要意义。锂是锂离子电池（Li-ion batteries）的关键组成部分，而锂氢氧化物单水合物（LiOH·H?O）正逐渐成为替代传统锂碳酸盐（Li?CO?）的重要原料。这是因为，先进的电池化学，如镍锰钴（NMC）电池，正在向高镍含量方向发展，这不仅提高了电池的能量密度，还减少了对钴的依赖。因此，LiOH·H?O的生产路径及其环境影响评估变得尤为关键。本文探讨了北美地区不传统锂资源的利用，以生产LiOH·H?O，并评估其与现有钠离子电池（Na-ion batteries）在碳足迹方面的比较。

目前，锂的生产主要集中在南美洲（通过盐湖卤水提取）和澳大利亚（通过岩石开采，如锂辉石）。然而，中国在锂精炼方面占据主导地位。卤水提取的工艺包括将地下的卤水泵送到地表，并在太阳能蒸发池中浓缩锂。这个过程通常需要几个月的时间，适用于高浓度的卤水，如南美洲的卤水。而在澳大利亚，锂辉石的提取和精炼涉及破碎、研磨、浮选和过滤等步骤，之后通过煅烧和酸处理获得锂硫酸盐，再进一步转化为Li?CO?或LiOH·H?O。这一过程的碳足迹主要来源于精炼阶段，尤其是在中国，由于煤炭的广泛使用，导致了较高的碳排放。

相比之下，北美地区正在探索一些新型锂资源和加工技术，如地热卤水直接锂提取（DLE）和电化学精炼。这些技术旨在降低碳足迹，提高锂的提取效率，并减少对环境的影响。例如，美国加利福尼亚州的盐湖卤水资源正在被开发，而魁北克地区则拥有丰富的锂辉石矿藏。这些新兴的锂生产路径在碳足迹上可能优于传统方法，尤其是在结合低碳能源的情况下。

本文的研究通过生命周期评估（LCA）的方法，对不同LiOH·H?O生产路径的碳足迹进行了详细分析。研究涵盖了从锂提取、加工到电池制造的整个供应链，并考虑了不同方法对碳足迹的影响，包括共产品分配、能源来源以及边界定义。结果表明，尽管新型技术在某些情况下可以显著降低碳足迹，但它们的效果仍然受到能源强度和方法选择的强烈影响。例如，使用地热能源的DLE路径在某些条件下可以实现比传统路径低四倍的碳排放，而如果使用化石燃料发电，碳足迹可能会显著增加。

此外，研究还探讨了钠离子电池作为潜在竞争者的可能性。钠离子电池虽然在当前阶段的碳足迹较高，但随着技术的进步和生产过程的优化，它们有可能在未来的电池市场中占据一席之地。然而，钠离子电池的研究仍然有限，且多数研究仅限于从生产到交付的生命周期评估，而忽略了电池在整个使用周期中的表现。因此，本文强调了在评估不同电池技术时，需要综合考虑使用阶段的因素，如电池寿命、充放电次数和使用环境。

研究还指出，电池回收是一个重要的环节，特别是在减少碳足迹方面。通过回收废旧电池，不仅可以减少对原材料的需求，还能降低生产过程中的碳排放。然而，回收过程中的锂回收率相对较低，大约为40%，而其他金属如钴、锰和镍的回收率则高达90%以上。这表明，在回收过程中，锂的回收效率仍然是一个需要关注的问题。

本文的结论表明，虽然新型锂生产技术在某些情况下可以显著降低碳足迹，但它们的推广和应用仍然受到多种因素的制约，包括能源来源、加工技术以及政策支持。因此，决策者在推动这些技术时，需要综合考虑其环境影响和经济可行性。同时，研究也强调了在评估电池技术时，使用阶段的数据和参数的重要性，这将有助于更全面地理解不同电池技术的环境影响。

综上所述，本文的研究为决策者和技术开发者提供了重要的参考，帮助他们更好地理解新型锂生产技术和电池技术的环境影响，并在推动绿色能源转型的过程中做出更加科学和可持续的选择。