Posted on June 11, 2020 Av Cameron Tarry Og Faith Martinez-Smith
Innledning
er du klar over hvor mange minutter du bruker på telefonen hver uke? I gjennomsnitt bruker voksne mer enn 3 timer om dagen på en smarttelefon, men har du noen gang stoppet for å tenke på hva mobiltelefonen din er laget av? Sikker på at det er et glassdeksel, noe metall og plast, men hva med batteriet?
Mobiltelefoner veier ~7 gram, og batteriet er 1 / 5th av det.1 de fleste telefoner er avhengige av et litiumionbatteri, som bruker mindre enn ett gram (3/100ths av en unse) litium som «medium» for energilagring.2 som litium skaper ioner flyter de mellom anode og katode for å skape en ladning. Ganske kult, ikke sant!
Men for det lille spor av litium må vi kunne skrive Mamma, forsyningskjeden for å få det er veldig komplisert.
Litium-ion-batterier er ikke bare i våre telefoner — de er faktisk i sentrum av vår ren energi overgang. Andre materialer som grafitt som også brukes i batterier; og tellur, som brukes i neste generasjons solceller, er viktige, men litium driver definitivt batterilagringsmarkedet. Stort sett alt — fra telefonen, til elektriske biler, til verktøyskala lagringsløsninger-er å finne applikasjoner for litium.3
Kanskje du har lest om det nye litiumionbatteriet Som Tesla jobber med Med Kinesisk batterimaker Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL) som sies å vare i mer enn 1 million miles og ville ha en jordskakende innvirkning på batteriteknologi.4 men det er et stort spørsmål: hvor kommer litiumet og andre kritiske materialer fra? I dag er svaret – Ikke Usa
USAS nasjonale sikkerhet svekkes hvis evnen til å bygge I Usa avhenger av materialer og utvekslinger langt utenfor USAS kontroll.
Kritisk, Men ikke innenlands
I 2018 PUBLISERTE DET Amerikanske Innenriksdepartementet en liste over 35 kritiske mineraler: mineraler som er » kritiske for usas økonomiske og nasjonale sikkerhet.»5 disse mineralene er avgjørende for driften av nøkkelsektorer som luftfart, forsvar, energi, elektronikk og transport, Men har forsyningskjeder som er lette å forstyrre.6 for det første kan disse mineralene finnes i jordskorpen, men blir bare utvunnet eller behandlet på konsentrerte geografiske steder. Komponenter av noen litium-ion-batterier, som grafitt, litium, kobolt og mangan, er også på denne listen.
USA importerer de fleste av disse kritiske mineralene i varierende mengder. SELV OM USA er ledende innen produksjon av beryllium og helium, er det helt avhengig av import for 14 av mineralene, inkludert bauxitt, den primære kilden til aluminium, og tantal, som er kondensator i noen elektronikk. Kina er den desidert ledende produsenten av kritiske mineraler, og dominerer produksjonen av 16 av dem.7
Kina Er Den Ledende Produsenten Av Kritiske Mineraler Mens USA Importerer 14 Av Dem
Hva så? La oss se på batterier som et eksempel. Mange litium-ion-batterier bruker kobolt i katoden. Til tross for at det er så mye brukt, produseres over 90% av kobolt som et biprodukt av utvinning av andre ressurser, noe som gjør produksjonen avhengig av faktorer i tillegg til etterspørselen etter batterier. I Tillegg er over 65% av den globale produksjonen konsentrert i Den Demokratiske Republikken Kongo, et land Der Fn fortsatt opprettholder en fredsbevarende tilstedeværelse.8,9 dermed er verden ikke bare avhengig av ett land for sin forsyning, men den forsyningen kan muligens bli avskåret av en geografisk spesifikk eller ikke-relatert hendelse. Selv om Kina bare er en investor i mange koboltgruver, kontrollerer Kina 70% av kapasiteten til å konvertere koboltmalm til koboltkjemikalier for batteriindustrien, noe som gir Dem ekstra kontroll over forsyningskjeden.
som mange av disse kritiske mineralene står litium overfor de samme utfordringene. Selv om det er rikelig, er litium vanskelig å trekke ut og behandle. De fleste litiumgruvene er konsentrert i Latin-Amerika og Australia, Mens Kina kontrollerer det meste av prosesseringskapasiteten; Australia alene har fem av de ti største litiumforekomstene i verden, og over 60% av litiumbehandlingen skjer I Kina.10,11 Produksjon av litiumkjemikalier og sluttprodukter spenner over land som Kina, Japan og Sør-Korea. Selv når du handler med allierte, er litiumforsyningskjeden virkelig global. USA. evnen til å produsere batterier er avhengig av faktorer utenfor sin kontroll-globale handelspriser — utenlandsk gruvedrift og prosessering, eller til og med en pandemi som begrenser internasjonal handel. Som USA ser ut til å bringe mer kritisk mineralproduksjon hjem, la oss spore litium fra bakken til lommene våre som en casestudie.
Grave dypere
Litium er utvunnet fra ulike kilder: saltlake og hard rock, med andre som leire under leting. Omtrent halvparten av verdens litium kommer fra grunnvann saltlake, vann rik på litiumsalt. Grunnvann saltlake er oftest utvunnet I Sør-Amerika. Tilgang til dette litiumet innebærer å pumpe vannet til overflaten og la det sitte i store dammer i måneder eller år til litiumkonsentrasjonen er høy nok. Litium kan også utvinnes fra hard rock i bakken i en tradisjonell gruve. Disse mineralene er hvordan de fleste litium er oppnådd I Australia og var den viktigste kilden til litium før oppdagelsen av De Søramerikanske litiumreserver.12 Hver av disse typer gruvedrift står overfor miljøspørsmål: brine for vannbruk og fotavtrykk, og tradisjonelle gruver for deres fotavtrykk og utvasking av kjemikalier.13
etter at den er ute Av bakken, må litiumforbindelsen behandles til et brukbart produkt. Litium kjemikalier, ikke litium alene, brukes i batterier og andre produkter. Dette betyr at litium behandles fra en forbindelse til en annen som kan brukes.14 disse prosessanleggene er høyt spesialiserte, da forskjellige kunder krever forbindelser med spesifikke sammensetninger og renheter.15 prosessene er også ganske energiintensive, og legger til et innebygd karbonavtrykk når prosessanleggene ligger i høyemitterende land. De fleste litiumbehandlingsanlegg er I Kina, som produserte over 60% av verdens litium i April 2019.16 dette betyr at forsyningskjeden til et litiumbatteri virkelig er avhengig av global handel, selv om produksjonsanlegget for selve batteriet er I Usa.
et overraskende element i denne forsyningskjeden kommer med produksjon av batteriet, selv om litiumbehandling står overfor lignende bekymringer. Å lage et litiumionbatteri er også en energiintensiv produksjonsprosess. Ofte kommer denne energien fra karbonutslippskilder, og når den gjør det, står energien for halvparten av et litiumionbatteris karbonavtrykk. Transport også faktorer i; frakt litium fra Chile Til Kina Til Japan eller Sør-Korea legger til et ikke ubetydelig klimagassavtrykk; bare transport av ferdige battericeller fra Sør-Korea til Michigan legger til et 4.1 kg CO2e/kWh fotavtrykk.17
nå har vi brikkene på plass, la oss se på et litiumionbatteri som har vært i fokus: det i En Tesla-bil, hvor semi truck-iterasjonen nylig ble forsinket på grunn av batteriproduksjonsbegrensninger. En elektrisk bil trenger en massiv mengde litium; batteripakken i En Tesla Model S trenger 140 pounds litium, mengden i 10.000 mobiltelefoner.18 Tesla kilder litium Fra Australias Kidman Resources Mines, en hard rock gruve; selskapet nylig inngått samarbeid med SQM, Et Chilensk selskap, for å utvikle Mt. Holland Lithium Prosjekt I Vest-Australia for å legge til mer gruvekapasitet For Tesla. Steinen blir deretter sendt Til Kinas Ganfeng Litium for behandling i litiumhydroksid, Den kjemiske Tesla bruker i sine batterier. Dette kjemikaliet sendes Til Teslas produksjonsanlegg I New York, Nevada, California og Shanghai for å bli gjort om til et batteri. Så selv om Mange Model 3 elektriske biler er produsert I Fremont, CA, er produksjonen avhengig av en web av selskaper, prosesser og kjeder som sirkler rundt om i verden. Selv Teslas planlagte soldrevne Gigafactory, allerede den høyeste volum batterifabrikken i verden, bringer bare det endelige produksjonselementet i batteriforsyningskjeden til Usa.
Å gjøre denne prosessen mer komplisert er at hvert trinn-gruvedrift, prosessering og til slutt produksjon sluttbruk-er iboende knyttet til etterspørsel på slutten av forsyningskjeden. tonn. Holland-prosjektet avhenger Av At Tesla ønsker flere batterier. Batterikjemi er skjøre, noe som betyr at en litiumgruve og prosessanlegg må kunne produsere konsistente litiumkjemikalier på en pålitelig måte; et prosjekt for å produsere mer litium drives dermed av å ha en off-taker. Prisen på litium avhenger av det globale markedet, noe som betyr at risikoen for å starte et nytt prosjekt uten en kunde i tankene er uoverstigelig.19 Dette kan skape et kylling-og-egg problem: det er nesten umulig å bygge en gruve uten en off-take partner, og det er vanskelig å få en slik avtale uten først å etablere kommersiell skala evner.20
HVIS USA ønsker å muliggjøre en innenlandsk litiumforsyningskjede, har den dermed mange forskjellige stadier og prosesser å bygge opp, samt produksjon, miljø og økonomiske faktorer å kjempe med. Heldigvis gir høy etterspørsel fra den eksploderende veksten av elektriske kjøretøy, alvorlig geologisk potensial og en produksjons-erfaren arbeidsstyrke DEN amerikanske fruktbare bakken å bygge på. Nå forstår vi prosessen bak et litiumionbatteri, la oss vende tilbake til USA
Nåværende AMERIKANSKE Evner
FOR Tiden har USA lave evner, men høyt løfte: betydelige litiumavsetninger, men bare en håndfull operasjoner. Et amerikansk selskap, Albemarle, har anlegg I Nord-Carolina, Tennessee og Nevada. I Dag Er Albemarles Nevada-område DEN eneste aktive litiumgruven I USA, som utvinner litium fra saltlake ved hjelp av fordampningsdammer. Selskapet har også historisk utvunnet hardrock på Sitt North Carolina-område; Albemarle driver for tiden et kjemisk konverteringsanlegg i North Carolina og undersøker potensialet for å starte North Carolina-gruvedriften.21 I Tillegg Utvikler Det Kanadiske selskapet Lithium Americas prosjektet Thacker Pass, som vil være den nest største litiumgruven i verden ved oppstart. Prosjektet er satt til å starte produksjonen i 2022 og vil bruke en åpen pit metode for å gruve leire.22
Amerikansk Innovasjon På Jobb
USA er moden med potensial til å utvikle mer av litiumforsyningskjeden. I dag er det flere prosjekter i utvikling som ikke bare utvider AMERIKANSK litiumproduksjon, men finner mer miljøvennlige og økonomiske måter å gjøre det på. Deres geografiske og tekniske mangfold gir et bredt spekter av eksempler for en fremtidig amerikansk litiumforsyningskjede.
På Salton Sea geotermisk felt i California prøver Kontrollerte Termiske Ressurser å drepe to fugler med en stein: generere kraft fra geotermisk varme mens du trekker ut litium fra saltlake. Konvensjonelle geotermiske planter genererer varme fra reservoarer av varmt vann nær overflaten; når denne saltlake har betydelige konsentrasjoner av litium, kan litium hypotetisk bli ekstrahert som fra enhver annen litiumbrine. Denne teknikken kalles direkte litiumekstraksjon. En hovedfordel med denne metoden er dens miljøavtrykk — den bruker mindre plass og mindre vann enn tradisjonell saltutvinning, er lukket sløyfe ved å returnere saltlake til kilden, og drives av fornybar energi på stedet. Prosessen trekker også ut litium i timer, ikke måneder.23 Ved å designe systemet fra grunnen av for å inkorporere litiumekstraksjon, i et område med ekstremt høye litiumkonsentrasjoner, Håper Kontrollerte Termiske Ressurser å skape en innenlandsk kilde til litiumkarbonat innen 2023 for produksjon av elektriske kjøretøy.24
I sør sentrale Arkansas, Kanadiske selskapet Standard Lithium tar direkte litium utvinning til eksisterende infrastruktur i samarbeid med tyske kjemiske selskapet Lanxess. For Tiden Dekker Lanxess-Prosjektet 150.000 hektar og 10.000 leieavtaler for å trekke ut saltlake, som deretter sendes til tre prosessanlegg for å trekke ut brom. I 2019 begynte Standard Litium å utforske utvinning av litium fra saltlake før reinjeksjonen i bakken. I sørvest av staten samarbeider Standard Litium med Tetra Technologies for å utforske utvinning av litium fra avfallsbrønnen fra olje-og gassproduksjon. I Likhet Med Salton Sea-prosjektet vil disse prosjektene bruke et lukket system som reduserer både miljøpåvirkningen og tiden for litiumutvinningsprosessen.25 disse prosjektene tilbyr også potensielt store kostnadsbesparelser ved å tappe inn i eksisterende infrastruktur, noe som gir en billigere måte å få litium i Usa.
Noen ønsker å innovere enda lenger. Forskere ved University Of Texas I Austin nylig utviklet en ny filtreringsteknikk som kan redusere tiden det tar å trekke ut litium fra saltlake. I tester er litiumgjenvinningsgraden opptil 90%; dette betyr mer effektiv ressursgjenvinning og et bedre miljøavtrykk for litiumutvinning.26 ETTERSOM USA ikke bare ser ut til å sikre en innenlandsk kritisk mineralforsyning, men også forbedre litiumutvinningsprosessen, vil slike fremskritt stole på viktige innovatører som disse.
for noen av de andre kritiske mineralene kan en annen løsning bli funnet på havbunnen nær AMERIKANSKE kystlinjer. Potensialet for dyphavsutvinning kan gi høyere mineralutbytter og langt mindre giftig avfall enn tradisjonell kritisk mineralutvinning. Multinasjonalt selskap DeepGreen har utforsket dyphavsutvinning av «polymetalliske knuter» som inneholder nikkel, mangan og kobolt, som alle fungerer som en katode i det vanligste elektriske kjøretøybatterioppsettet, som nevnt.27 Massachusetts Institute Of Technology (MIT) har også sett på denne prosessen for å hjelpe interessenter med å utvikle prosessen.28 Deep sea minerals kan bistå i omfanget av batteridistribusjon som vår sult for elektrisk ladet alt vokser.
Innenrikspolitikk
Gitt de eksisterende utfordringene i forsyningskjeden og den globale sulten på batterier, Den.S. politikere har sett etter måter å stimulere innenlandsk utvikling av kritiske mineralforsyningskjeder. Hittil er Det største initiativet til å anspore innenlandsk kritisk mineralproduksjon Department Of Energy ‘ S Energy Storage Challenge. I stor Grad tar Utfordringen sikte på å innovere, produsere og distribuere energilagringsløsninger helt i Usa for å ha en robust lagringsportefølje innen 2030. En betydelig del av dette arbeidet fokuserer på å sikre en innenlandsk produksjon forsyningskjede for kritiske mineraler, som involverer teknologiske fremskritt, oppskalering av innovasjon, og pålitelig sourcing av materialer.29 Å Oppnå dette målet vil kreve detaljert utforskning av usas evner og utvikling i store deler av forsyningskjeden.
på lovgivningsfronten ble bipartisan American Mineral Security Act (S. 1317) introdusert I 2019 og er for tiden en del Av American Energy Innovation Act. Regningen leder den føderale regjeringen til å utvikle verktøy for bedre å vurdere mineralforekomster i Usa. Det tillater også forskning og utvikling for behandling og gjenvinning av kritiske mineraler.30 et vellykket program FOR AMERIKANSK mineralproduksjon er avhengig av nøyaktig informasjon; denne regningen kan gi det nødvendige grunnlaget for fremtidig mineralproduksjonsarbeid.
Mer målrettet i omfang, Har Senator Ted Cruz ‘ S ORE Act (S. 3694) som mål å redusere avhengigheten Av Kina ved å styrke USAS produksjon av sjeldne jordartsmineraler. Regningen inkluderer skattefradrag for kostnadene ved å bygge sjeldne jordminer og etterspørselssiden insentiver til å bruke innenlands produserte mineraler.31 Fra 2019 vil Senator Marco Rubios RE-Coop 21st Century Manufacturing Act (S. 2093) godkjenne et koordinerende organ for å overvåke utviklingen av en integrert forsyningskjede for sjeldne jordarter. Over 80% av sjeldne jordartselementer importeres fra Kina – selv mineraler utvunnet i Californias Fjellpass sendes Til Kina for behandling-slik at forsyningskjeden kan redusere avhengigheten Av Kina.32,33
I USA Representantenes hus, Reps Michael Waltz (R-FL) og Paul Gosar (R-AZ) introduserte nylig American Critical Mineral Exploration and Innovation Act of 2020 (Hr 7061), som etablerer et rammeverk for å utvide kritisk mineralsikkerhet. Den tverrgående regningen gjør dette gjennom utvidet ressursvurdering, forskning og utvikling i avanserte kritiske mineraler teknologier, og arbeidsstyrke utviklingsinitiativer. Å se kritiske mineraler sikkerhet fra bakken til industrien bidrar til å legge grunnlaget for en omstilling AV AMERIKANSK kritisk mineralpolitikk som oppmuntrer til en innenlandsk forsyningskjede.
et annet alternativ for å redusere avhengigheten Av Kina er resirkulering. I dag resirkuleres mindre enn 5% av litiumionbatterier, hovedsakelig fordi prosessen er uattraktiv: den er energiintensiv, produserer giftige biprodukter og sliter med å gjenopprette en betydelig mengde litiummateriale. Bare ETT amerikansk selskap, Retriev Technologies Inc.34,35 resirkulerer litium metall og litium-ion batterier på sine anlegg I British Columbia og Lancaster, Ohio. Battery And Critical Mineral Recycling Act av 2020 (Engelsk).3356) Og Energidepartementets Pris For Resirkulering av Litium-Ion-Batterier i 2019 har som mål å forbedre resirkuleringen R& D og stimulere til etablering av innenlandske resirkuleringssentre.36,37
Lite batteri, stor innvirkning
forsyningskjeden for litium og andre kritiske mineraler, en fysisk liten del av energilagring og elektriske kjøretøy, er enorm og kompleks. Det berører geopolitiske, miljømessige og økonomiske problemer som for tiden ligger utenfor usas direkte kontroll. Komponentene for å bygge en vellykket forsyningskjede for Amerikansk litium og energilagring eksisterer: litiumreserver, en dyktig arbeidsstyrke, innenlandsk etterspørsel og økonomisk makt. Men for å kunne koble disse komponentene, MÅ USA strategisk takle nettet av faktorer som et batteri står overfor på sin reise rundt om i verden og i lommen.