有些東西不是憑空產(chǎn)生的。當涉及到像“能量”這樣看似抽象的概念時,這個事實很容易被遺忘。隨著氣候變化危機的惡化,越來越多的政治家開始強調(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、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),但專家們一致認為,可再生能源的好處遠遠大于成本?!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。”對巴恩哈特來說,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。當它與鐵和硼結(jié)合時,就能制造出對風(fēng)力渦輪機發(fā)電機和電動汽車發(fā)動機都很重要的強力磁鐵。
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:“當時有大量的稀土勘探項目,如果不進行下一階段的投資,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。基本上任何有開關(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。”然后,地質(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地區(qū)的礦山已經(jīng)開始使用采礦機器人。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大的能夠應(yīng)對極端情況的銅礦開采機器人。
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),尤其是當他們在美國、歐洲或鋰產(chǎn)量不高的地區(qū)進行數(shù)十億美元投資時。”
與此同時,基準礦產(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。