Posted on June11,2020By Cameron Tarry and Faith Martinez-Smith
Introduction
あなたは毎週あなたの携帯電話に費やす何分を認識していますか？ 平均して、大人はスマートフォンで一日3時間以上を費やしていますが、あなたの携帯電話が何で作られているかを考えるために一時停止したことが 確かにガラスカバー、いくつかの金属とプラスチックがありますが、バッテリーはどうですか？
携帯電話の重さは約7オンスで、バッテリーはその1/5です。1ほとんどの携帯電話は、エネルギー貯蔵のための”媒体”としてリチウムの一グラム（オンスの3/100分の）未満を使用するリチウムイオンバッテリーに依存してリチウムがイオンを作成すると同時に2は充満を作成するために陽極と陰極の間で流れます。 かなりクール、右！
しかし、リチウムのその小さなトレースのために、我々はママをテキストできるようにする必要があり、それを得るためのサプライチェーンは本当に複雑です。
リチウムイオン電池は、私たちの携帯電話だけでなく、実際にはクリーンエネルギー移行の中心にあります。 電池にも使われているグラファイトや、次世代の太陽電池に使われているテルルなどの他の材料も重要ですが、リチウムは間違いなく電池貯蔵市場を牽引しています。 ほとんどすべて-お使いの携帯電話から、電気自動車に、ユーティリティスケールのストレージソリューションに—リチウムのためのアプリケーシ3
おそらく、テスラが中国のバッテリーメーカー Contemporary Amperex Technology Coと取り組んでいる新しいリチウムイオンバッテリーについて読んだことがあります。 (株) （CATL）は、1万マイル以上持続すると言われており、バッテリー技術に地球の揺れの影響を与えるでしょう。4しかし、一つの巨大な質問があります：リチウム、および他の重要な材料はどこから来ていますか？ 今日、答えは-ではない米国
米国で建設する能力が米国の支配外の材料や取引所に依存する場合、米国の国家安全保障は弱体化します。
重要だが国内ではない
2018年、米国内務省は35の重要な鉱物のリストを発表した。”5これらの鉱物は、航空宇宙、防衛、エネルギー、電子、輸送などの主要セクターの運営に不可欠ですが、混乱しやすいサプライチェーンを持っています。6一つには、これらの鉱物は地球の地殻で見つけることができますが、集中した地理的な場所でのみ採掘または処理されます。 黒鉛、リチウム、コバルト、マンガンなどの一部のリチウムイオン電池の成分もこのリストに含まれています。
米国はこれらの重要な鉱物の大部分を様々な量で輸入している。 米国はベリリウムとヘリウムの生産のリーダーですが、アルミニウムの主な供給源であるボーキサイトや、一部の電子機器のコンデンサであるタンタルを含む14の鉱物の輸入に完全に依存しています。 これとは対照的に、中国ははるかに重要な鉱物の主要生産国であり、そのうちの16の生産を支配しています。7
中国は重要な鉱物の主要生産国であり、米国はそのうちの14を輸入しています
だから何？ 例として電池を見てみましょう。 リチウムイオン電池の多くは、陰極にコバルトを使用しています。 非常に広く使用されているにもかかわらず、コバルトの90％以上は、他の資源を抽出する副産物として生産され、その生産は電池の需要以外の要因に依存 さらに、世界の生産の65％以上は、国連がまだ平和維持活動を維持しているコンゴ民主共和国に集中しています。8,9このように、世界はその供給のために一つの国に依存しているだけでなく、その供給は地理的に特定のまたは無関係なイベントによって実現可能 多くのコバルト鉱山の投資家に過ぎませんが、中国はコバルト鉱石を電池産業のためのコバルト化学物質に変換する能力の70％を制御し、サプライチェー
これらの重要な鉱物の多くと同様に、リチウムは同じ課題に直面しています。 豊富ではありますが、リチウムは抽出して処理するのが困難です。 ほとんどのリチウム採掘はラテンアメリカとオーストラリアに集中しており、中国は処理能力の大部分を管理しています。オーストラリアだけでは世界で最も大きなリチウム鉱床のうち5つを誇っており、リチウム処理の60％以上が中国で行われています。10,11リチウム化学物質と最終製品の生産は、中国、日本、韓国などの国に及びます。 同盟国と取引する場合でも、リチウムのサプライチェーンは本当にグローバルです。 米国 電池を製造する能力は、世界的な取引価格、外国の鉱業および加工能力、または国際貿易を制限するパンデミックなど、制御外の要因に依存しています。 米国がより重要な鉱物生産を家に持ち帰るように見えるので、ケーススタディとしてリチウムを地面からポケットまで追跡しましょう。
より深く掘り下げる
リチウムは、塩水や硬岩、粘土などのさまざまな源から採掘されています。 世界のリチウムの約半分は、地下水塩水、リチウム塩が豊富な水から来ています。 地下水の塩水は南アメリカで最も一般的に採掘されています。 このリチウムにアクセスするには、表面に水を汲み上げ、リチウム濃度が十分に高くなるまで数ヶ月または数年の巨大な池に座ることが含まれます。 リチウムはまた従来の鉱山の地面のハードロックから採鉱することができます。 これらの鉱物は、ほとんどのリチウムがオーストラリアで得られる方法であり、南米のリチウム埋蔵量の発見前にリチウムの最も重要な源でした。12鉱業のこれらのタイプのそれぞれは、環境問題に直面しています: 水使用および足跡のための塩水、および化学薬品の足跡そして浸出のための従来の鉱山。13
それが地面から出た後、リチウム化合物は使用可能な製品に処理されなければなりません。 リチウムだけではなく、リチウム化学物質は、電池やその他の製品に使用されています。 これは、リチウムがある化合物から使用可能な別の化合物に処理されることを意味する。14これらの処理設備は異なった顧客が特定の構成および純度の混合物を要求するので、非常に専門にされます。15プロセスはまた、非常にエネルギー集約的であり、処理施設が高排出国にある場合には、炭素排出量が埋め込まれています。 ほとんどのリチウム処理施設は中国にあり、2019年4月には世界のリチウムの60％以上を生産しています。16これは、リチウム電池の製造施設自体が米国にある場合でも、リチウム電池のサプライチェーンは本当に世界貿易に依存していることを意味します。
リチウム加工は同様の懸念に直面しているが、このサプライチェーンの驚くべき要素は、電池の製造に付属しています。 リチウムイオン電池を作ることは、エネルギー集約的な製造プロセスでもあります。 多くの場合、このエネルギーは炭素放出源から来ており、それがないとき、そのエネルギーはリチウムイオン電池の炭素排出量の半分を占めています。 また、チリから中国へのリチウムの輸送、日本や韓国への輸送は、温室効果ガスのフットプリントをわずかに増加させ、韓国からミシガン州に完成した電池セルを輸送するだけで、4.1kgのCo2E/kWhのフットプリントが追加されます。17
今、私たちは場所で作品を持っている、のは、スポットライトにされている一つのリチウムイオン電池を見てみましょう: テスラ車では、その半トラックの反復は、最近、バッテリーの生産の制約のために遅れていたこと。 電気自動車は大量のリチウムを必要とします;テスラモデルSの電池のパックはリチウムの140ポンド、10,000台の携帯電話の量を必要とします。18テスラは、ハードロック鉱山であるオーストラリアのキッドマン-リソース鉱山からリチウムを供給している。 テスラのためのより多くの採掘能力を追加するには、西オーストラリア州のホランドリチウムプロジェクト。 石はリチウム水酸化物、化学Teslaの使用に処理のための中国のGanfengのリチウムにそれから電池で送られます。 その化学物質は、ニューヨーク、ネバダ州、カリフォルニア州、上海のテスラの製造施設に送られ、バッテリーになります。 そのため、多くのモデル3電気自動車がカリフォルニア州フレモントで製造されているにもかかわらず、その製造は、世界中を回る企業、プロセス、およ テスラの計画された太陽光発電のGigafactoryでさえ、すでに世界で最も大量の電池工場であり、電池サプライチェーンの最終製造要素を米国にもたらすだけです。
このプロセスをより複雑にするのは、鉱業、加工、最終的に製造最終用途の各ステップが本質的にサプライチェーンの終わりの需要にリンクされてい 富士山の麓に位置している。 オランダのプロジェクトは、より多くの電池を望むテスラに依存しています。 つまり、リチウム鉱山と処理施設は、一貫したリチウム化学物質を確実に生産することができなければなりません; より多くのリチウムを生産するプロジェクトは、オフテイカーを持つことによって駆動されます。 リチウムの価格は世界市場に依存しており、顧客を念頭に置いて新しいプロジェクトに着手するリスクは克服できません。19これは鶏と卵の問題を引き起こす可能性があります：オフテイクパートナーなしで鉱山を建設することはほとんど不可能であり、最初に商業規模の能力を確立せずにそのような合意を得ることは困難です。20
国内のリチウムサプライチェーンを可能にしたいため、製造、環境、経済的要因だけでなく、構築するためのさまざまな段階とプロセスがあります。 幸いなことに、電気自動車の爆発的な成長、深刻な地質学的可能性、および製造経験豊富な労働力からの高い需要は、米国に建設する肥沃な土地を与え 今、私たちはリチウムイオン電池の背後にあるプロセスを理解し、のは、米国に戻ってみましょう
現在の米国の能力
現在、米国は低い能力が、高い約束: 重要なリチウム預金しかし、操作のほんの一握り。 アメリカ合衆国の一つの会社であるアルベマールは、ノースカロライナ州、テネシー州、ネバダ州に施設を持っている。 現在、アルベマールのネバダ州のサイトは、蒸発池を使用して塩水からリチウムを抽出し、米国で唯一のアクティブなリチウム鉱山です。 同社はまた、歴史的にノースカロライナ州のサイトでハードロックを採掘しました;アルベマールは現在、ノースカロライナ州で化学変換工場を実行し、ノースカロライナ州の採掘作業を再開する可能性を調査しています.21さらに、カナダの会社Lithium Americasは、試運転時に世界で二番目に大きいリチウム鉱山となるThacker Passプロジェクトを開発しています。 このプロジェクトは2022年に生産を開始する予定であり、粘土を採掘するためにオープンピット法を使用する予定です。22
米国イノベーション-アット-ワーク
米国はリチウムサプライチェーンの多くを開発する可能性が熟しています。 今日では、米国のリチウム生産を拡大するだけでなく、より環境に優しく経済的な方法を見つけるいくつかのプロジェクトが開発されています。 それらの地理的および技術的多様性は、将来の米国のリチウムサプライチェーンのための広範な例を与える。
カリフォルニア州のソルトン海地熱発電所では、制御された熱資源は一石二鳥を殺そうとしている：塩水からリチウムを抽出しながら地熱熱か 従来の地熱発電所は、表面近くの温水の貯水池から熱を発生させ、この塩水がかなりの濃度のリチウムを有する場合、そのリチウムは、他のリチウムブラインからのように仮説的に抽出することができる。 この技術は直接リチウム抽出と呼ばれています。 この方法の主な利点は環境の足跡である—従来の塩水の抽出よりより少ないスペースそしてより少ない水を使用し、源に塩水を戻すことによって閉ループ このプロセスはまた、数ヶ月ではなく数時間でリチウムを抽出します。23リチウム抽出を組み込むようにゼロからシステムを設計することにより、リチウム濃度が非常に高い地域では、制御された熱資源は、2023年までに電気自動車製造のための炭酸リチウムの国内供給源を創出することを期待している。24
アーカンソー州南部では、カナダの会社Standard Lithiumがドイツの化学会社Lanxessと提携して、既存のインフラストラクチャに直接リチウム抽出を行っています。 現在、ランクセスプロジェクトは150,000エーカーと10,000リースをカバーしており、塩水を引き出し、臭素を抽出するために三つの加工工場にパイプ処理されています。 2019年、Standard Lithiumは地下への再注入前に塩水からのリチウムの抽出を検討し始めました。 州南西部では、Standard LithiumはTetra Technologiesと提携して、石油およびガス生産からの廃塩水からリチウムを抽出することを検討しています。 Salton Seaプロジェクトと同様に、これらのプロジェクトは、リチウム抽出プロセスの環境への影響と時間の両方を削減する閉ループシステムを使用します。25これらのプロジェクトはまた、米国でリチウムを取得するための低コストの方法を提供し、既存のインフラを活用することにより、潜在的に巨大なコ
いくつかは、さらに革新を探しています。 オースティンのテキサス大学の科学者は最近かなり塩水からリチウムを得るのにかかる時間を減らすことができる新しいろ過技術を開発した。 テストでは、リチウム回収率は90%までです;これはリチウム抽出のためのより有効な資源の回収そしてよりよい環境の足跡を意味します。26米国は、国内の重要な鉱物供給を確保するだけでなく、リチウム抽出プロセスを改善するだけでなく、そのような進歩は、これらのような主要なイノベー
他の重要な鉱物のいくつかについては、米国の海岸線近くの海底に別の解決策が見つかる可能性があります。 深海採掘の可能性は、従来の重要な鉱物採掘よりも高い鉱物収量とはるかに少ない有毒廃棄物を提供する可能性があります。 多国籍企業DeepGreenは、前述のように、ニッケル、マンガン、コバルトを含む「多金属結節」の深海採掘を検討しており、そのすべてが最も一般的な電気自動車のバ27マサチューセッツ工科大学（MIT）は、利害関係者がプロセスを開発するのを助けるために、このプロセスを検討しています。28の深海の鉱物は電気で満たされたすべてのための私達の空腹が育つと同時に電池の配置のスケールで助けることができます。
国内政策
サプライチェーンにおける既存の課題と電池に対する世界的な飢餓を考えると、U.S.政策立案者は、重要な鉱物サプライチェーンの国内開発を奨励する方法を模索してきた。 今日まで、国内の重要な鉱物生産を促進するための最大のイニシアチブは、エネルギー省のエネルギー貯蔵グランドチャレンジです。 概して、この課題は、2030年までに堅牢な貯蔵ポートフォリオを保有するために、エネルギー貯蔵ソリューションを完全に米国で革新、生産、展開することを目 この取り組みの重要な部分は、技術の進歩、革新のスケールアップ、材料の信頼性の高い調達を含む、重要な鉱物の国内製造サプライチェーンの確保に焦点を当てています。29この目標を達成するには、米国の能力を詳細に調査し、サプライチェーンの多くの開発を必要とする。
立法面では、超党派のアメリカ鉱物安全保障法（S.1317）が2019年に導入され、現在はAmerican Energy Innovation Actの一部です。 法案は、より良い米国の鉱床を評価するためのツールを開発するために連邦政府に指示します。 それはまた重大な鉱物の処理し、リサイクルのための研究開発を承認する。30米国の鉱物生産のための成功したプログラムは、正確な情報に依存しています;この法案は、将来の鉱物生産努力のために必要な基盤を提供するこ
テッド-クルーズ上院議員の鉱石法（S.3694）は、米国の希土類鉱物の生産を強化することにより、中国への依存を減らすことを目指しています。 この法案には、希土類鉱山の建設費用に対する税額控除と、国内生産鉱物を使用するための需要側のインセンティブが含まれています。31 2019年から、Marco Rubio上院議員のRE-Coop21St Century Manufacturing Act（S.2093）は、統合された希土類サプライチェーンの開発を監督する調整機関を承認します。 希土類元素の80％以上が中国から輸入されており、カリフォルニアの峠で採掘された鉱物でさえ、処理のために中国に出荷されているため、サプライチェー32,33
下院のMichael Waltz（R-FL）とPaul Gosar（R-AZ）は最近、重要な鉱物の安全保障を拡大するための枠組みを確立する2020年のAmerican Critical Mineral Exploration and Innovation Act（H.R.7061）を導入しました。 クロスカット法案は、拡張された資源評価、高度な重要な鉱物技術の研究開発、および労働力開発の取り組みを通じてこれを行います。 重要な鉱物の安全性を地面から産業まで見ることは、国内のサプライチェーンを奨励する米国の重要な鉱物政策の再編の基礎を築くのに役立ちます。
中国への依存を減らすもう一つの選択肢はリサイクルです。 今日では、リチウムイオン電池の5％未満がリサイクルされていますが、主にプロセスが魅力的ではないため、エネルギー集約的であり、有毒な副産物を生 米国唯一の企業、レトリーブ-テクノロジーズ-インク。34,35は、ブリティッシュコロンビア州とオハイオ州ランカスターの施設でリチウム金属およびリチウムイオンバッテ、2020年の電池および重要な鉱物リサイクル法（S.3356)とエネルギー省のリチウムイオン電池リサイクル賞2019は、リサイクルR&Dの改善と国内リサイクルセンターの創設を奨励することを目指しています。36,37
小型バッテリー、大きな影響
リチウムやその他の重要な鉱物、エネルギー貯蔵や電気自動車の物理的に小さな部分のサプライチェーンは、巨大で複雑です。 それは現在、米国の直接支配の外にある地政学的、環境的、経済的な問題に触れています。 アメリカのリチウムとエネルギー貯蔵のための成功したサプライチェーンを構築するためのコンポーネントが存在します: リチウム埋蔵量、有能な労働力、内需、および経済力。 しかし、これらのコンポーネントを正常にリンクするには、米国は戦略的にバッテリーが世界中で、あなたのポケットにその旅に直面している要因のウェブ