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電動車必備的鋰成「綠金」 中國礦山提鋰的生態環境影響

2023年06月29日
轉載自中外對話;文:王衍(自由撰稿人,關注氣候、能源和永續投融資,曾任綠色和平氣候與能源專案主任,擁有北京師範大學的環境影響評價碩士學位。)
玻利維亞的烏尤尼鹽灘,從鹽殼下的鹽水池中可以收集鋰。 由於鋰離子電池廣被泛用於製造電動汽車,中國開始加速開發國內鋰礦。 圖片來源: Alamy
玻利維亞的烏尤尼鹽沼,從鹽殼下的鹽水池中可以收集鋰。由於鋰離子電池廣被泛用於製造電動汽車,中國開始加速開發國內鋰礦。圖片來源:Alamy

在全球能源轉型的背景下,作為動力電池不可替代的重要材料,鋰化合物(以碳酸鋰和氫氧化鋰為代表)價格從2021年開始一路飆升。當年1月,電池級碳酸鋰還是大約4~6萬元/噸,到2022年底,上漲到了50多萬元/噸,增長了近10倍

誘人的經濟利益,催生了中國國內鋰原料開發熱潮,這其中最典型的就是江西宜春的鋰礦開發熱。2008年就提出打造「亞洲鋰都」的宜春迫切地想要抓住這波契機,然而缺乏規範的開採加工活動,造成了突發環境污染事件和週邊生態環境破壞。

今年2月,多個部委工作組到江西省宜春市調查整頓,停止失控的鋰礦開採加工活動。兩個月後,自然資源部批准了位於四川和青海的兩處鋰礦專案。一方面整治開採加工亂象,另一方面加快國內鋰原料開發力度,顯示中國的鋰原料開發利用的加速與進步階段。

得益於中國在動力電池出貨量上的絕對優勢,中國已成為全球最大鋰化合物供給國。但在上游——如鋰礦和鹽湖等鋰原料上,中國目前供應不足,依賴於進口。為補足供應缺口,中國勢必要確保鋰原料的穩步開發、加工和貿易。

日益嚴峻的競爭和地緣政治環境正在給中國鋰資源企業帶來新挑戰。歐盟和美國陸續立法,提升鋰等關鍵材料本土供應鏈的自主性和國際競爭力。為鞏固產業優勢和提升市場信任,中國企業更需要重視鋰原料開發加工的環境、資源和社會影響,確保產業鏈的綠色低碳。

白色黃金

低碳轉型技術需要多種稀有金屬和稀土元素,它們也被稱為「轉型金屬」或者「關鍵礦產」。這些礦產性質重要且獨特,由於地理分佈集中,安全供應存在風險,是當前國家間資源博弈的重點,具有戰略意義。鋰便是其中之一。

本來主要應用於傳統工業例如陶瓷和玻璃中的白色金屬鋰,近年來在動力電池、電子消費品和儲能系統中找到了新的應用場景。鋰被應用於動力電池的正負極材料、電解液等重要元件中。由於短期內沒有經濟可行的替代品,故伴隨著電動汽車產業近年的爆發式增長,鋰的產量和需求被推至新高,成為名副其實的「白色黃金」。

全球鋰礦儲量前13大國家。圖片來源:中外對話 製
全球鋰礦儲量前13大國家。圖片來源:中外對話 製

2021年,全球鋰產量首次超過10萬噸,其中74%用於電池。根據國際能源署在2022年的預測,鋰資源需求量將在未來20年持續攀升,到2040年總需求量預計為2020年的40多倍,增幅遠超其他金屬。

中國是全球最大的鋰原料進口和精煉市場,約65%的鋰原料依賴於進口,經加工後主要提供給電池製造商。這意味著,中國作為全球鋰資源供應樞紐,為全球清潔能源轉型提供支撐和動力。同時,中國自身也依賴於鋰的安全穩定供應。中國企業在動力電池生產上已佔超過一半的全球市場份額,對鋰原料需求旺盛。

中國已將鋰列為「國家戰略性礦產」,計劃在青海、西藏、四川和江西等地加強鋰原料開發利用。為了穩定產量,不少中國企業出海覓礦,在非洲鋰礦和南美鹽湖都有了投資布局

不過雄心背後,資源環境隱憂初現。

礦山提鋰的生態環境影響

鋰原料主要以鹽湖和礦石的形式存在,其中鹽湖資源集中分佈於南美洲「鋰三角」地區——玻利維亞、阿根廷和智利;礦石鋰主要集中於巴西和澳洲。

礦山提鋰技術發展早且成熟,產量規模大,主要環節包括開礦、選礦和精鍊,通過「礦山+加工廠」的方式最終製成碳酸鋰或氫氧化鋰用於電池製造。中國境內的礦石鋰主要分佈在四川和江西。近兩年鋰價高漲,宜春出現全民擅自採礦、挖鋰炒鋰的亂象。當地幾十家陶瓷企業陸續通過技術改革,將原本制陶生產線改造為鋰渣坯焙燒

「缺乏規範的鋰礦開採方式簡單粗暴,技術含量不高,不重視污染防治,極易導致環境污染事故的發生。」一位在礦產行業盡職調查多年的專家於受訪時表示。

智利SQM公司經營的一家鋰工廠,從阿塔卡馬沙漠開採的鋰在此加工成氫氧化鋰和碳酸鋰。 圖片來源:Lucas Aguayo Araos / DPA via Alamy。

智利SQM公司經營的一家鋰工廠,從阿塔卡馬沙漠開採的鋰在此加工成氫氧化鋰和碳酸鋰。圖片來源:Lucas Aguayo Araos / DPA via Alamy。

2022年11月,宜春當地錦江流域突發重金屬元素鉈超標事件。鉈是是金屬礦開採的伴生元素,有劇毒,是中國重金屬污染防治工作的重點物件之一。宜春政府調查發現此次鉈污染事件的起因來自當地一家再生鉛企業的污染排放,同時也排查出當地碳酸鋰生產企業的違規排放也與此事件存在關聯。媒體報導說,當年4、5月份,江西省生態環境廳曾對宜春7家提鋰企業進行環保督察,發現了含鉈廢料管控不嚴、流向不清的情況。

鋰礦開採和加工的環境問題早有先例。四川鋰礦10年前曾出現嚴重的礦山環境污染事件,江西宜春在2016~2017年間被調查指出當地多處礦山存在大氣污染和生態破壞問題

開採之外,大量廢渣處置、回收和再利用是另一個挑戰。根據業內人士初步估計,宜春若達到2025年碳酸鋰產量目標,每年預計產生千萬噸量級的廢渣,遠超當地負擔能力。

鹽湖提鋰的資源限制

獲取鋰原料的另一種方式——鹽湖提鋰則可能消耗大量水資源和電力資源。

鹽湖主要形成於高海拔的乾旱和半乾旱地區,所處的生態環境本就敏感。根據2016年的《中國鋰礦資源調查報告》,中國「絕大多數鋰礦資源(86.8%的鹵水鋰和60.6%的硬岩鋰)分佈在青藏高原生態脆弱地區,自然環境惡劣、基礎設施建設落後、利用技術難度大、開發條件差。」

對於含鋰濃度高的鹽湖,沉澱法是主流提鋰技術,日曬和沉澱需要大面積鹽田,且每生產1噸碳酸鋰平均會產生約115噸廢棄物。對於含鋰濃度低的鹽湖,目前主流的吸附法和膜分離法則需要礦區匹配充足的電力和淡水資源,而這些在高海拔乾旱地區本身就是稀缺資源。據公開資料,吸附法的耗水量大致為生產每噸碳酸鋰需350~470噸淡水,是沉澱法耗水強度的近10倍

鹽湖提鋰對當地水資源和生態系統還會產生累積性影響。鹽湖提鋰需從鹽湖核心區持續抽取鹵水,核心區鹵水的減少可能導致周邊地下水滲入補給鹽,長期以往可能造成周邊居民用水短缺。

去年年初,比亞迪在智利的鋰礦開採計劃因當地原住民和社區的反對曾被迫暫停,反對的理由之一就是對環境污染的擔心。在阿根廷,贛鋒鋰業有鋰鹽湖專案投資佈局的胡胡伊省(Jujuy)曾發生過社區爭議,質疑集中在提鋰佔用大量水資源會對生態和社區生計產生影響。

更清潔有效的技術

《自然》雜誌在今年4月刊發的一篇文章指出,「如果沒有任何改變,僅僅在現有產地中增加鋰產量,或許會抵消它們作為清潔技術能源所帶來的好處。」江西宜春和海外開發的教訓表明,鋰原料的開發加工需要處理好與環境、生態、資源、能源和社會的關係,才能成為真正的「綠色金屬」。這需要來自技術、政策和供應鏈上的一系列改變。

不少企業已通過革新提鋰技術,降低了現有提鋰計畫的生態和環境足跡。例如,電池材料生產商立文特公司(Livent)稱其通過永續用水方案顯著壓低了吸附法的淡水消耗至約72噸淡水/每噸碳酸鋰,目標是未來擴大產能的同時不額外增加淡水用量。

利用礦區自然資源比如高海拔地區的光照資源,發展光電/光熱和儲能,是目前行業認為可行且看好的發展方向。贛鋒鋰業在去年剛開工建設的阿根廷瑪瑞納(Mariana)鹽湖專案中,匹配建設了光電站,目標是專案全部採用再生能源。大型礦企紫金集團開始計劃在尾礦庫上發展光電,為礦區提供清潔電力。

鋰原料開發技術革新的趨勢是提高資源利用率和降低負面生態環境影響,包括縮短提鋰流程,回收利用鋰電池生產廢料,廢舊鋰電池回收再利用,培育非常規的提鋰專案,比如油田鹵水提鋰等。

在倫敦總計785輛的電動公車中,許多車輛由中國電動汽車製造商比亞迪生產。 圖片來源: Alan Moore / Alamy

在倫敦總計785輛的電動公車中,許多車輛由中國電動汽車製造商比亞迪生產。圖片來源: Alan Moore / Alamy

技術革新帶來的希望,尤其需要政策引導和供應鏈合作才能發揮出更大價值。

尖端提鋰技術大多處於試驗階段,尚未規模化,這將依賴於政府、研究機構和企業加強協調,比如政府出資或大型企業設立風險投資資金,孵化低碳、清潔的鋰開發利用技術。另一方面,為避免劣幣驅除良幣,還需加強對開發加工過程中違規行為的監管,重視對生態環境風險隱患的排查。

供應鏈合作

鋰原料開發加工企業作為行業上游,其綠色和低碳績效將沿著供應鏈最終疊加到下游品牌方的產成品中。供應鏈上下游的合作在目前嚴峻的地緣政治壓力下尤為重要。美國和歐盟等礦產進口大國都已立法加強了對特定關鍵礦產的採購篩查,要求下游採購礦產的企業加強資訊披露或盡職調查,排除供應鏈中可能存在的環境破壞或人權侵犯。

「目前強勢的下游買方市場習慣於向上游施壓,將供應鏈審核作為最終目的,而非協助供應鏈管理的工具,這是本末倒置的。」中國五礦化工進出口商會發展部主任孫立會認為,「真正良性的關係是上下游建立起夥伴關係,説明源頭礦山提升績效和分擔成本,建立公平的對話。」

雪梨科技大學澳中關係研究院副教授張越(Marina Yue Zhang)指出,「過去十多年中,中國在清潔能源轉型上投入鉅資,也付出了相當大的環境代價,透過試錯創新和技術演進,才在鋰供應鏈上積累了顯著的優勢。」她近期撰文強調加強鋰供應鏈的國際合作,「其他國家未必可以重複這一過程。圍繞鋰的國際合作才能應對氣候變遷。」

目前,中國尚沒有對鋰供應鏈上下游的環境和社會盡責管理提出強制性要求,但行業協會已經邁出積極一步。2022年5月,中國五礦化工進出口商會發佈了第二版的《中國礦產供應鏈盡責管理指南》。該指南建議礦產資源上游以及下游採購方,基於風險預防的理念建立盡責管理體系,加強對環境、生態、氣候和社會風險的管理。

「近兩年來,鋰資源的盡責管理得到越來越多的關注,已經有一些企業開始行動。」孫立會表示,「礦產企業建立盡責管理體系的目的不是為了應付下游品牌方的審核,而是提高供應鏈管理能力。 重點是要得到企業高層的重視,各部門的配合,供應鏈上下游企業支援,以及多利益相關方的參與。」

※ 本文轉載自中外對話〈“白色黃金”鋰的綠色化難題