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從鉆探廢水中提取的鋰,能滿(mǎn)足美國40%的需求
發(fā)布時(shí)間:2024-05-27 17:26:19      來(lái)源:環(huán)球零碳

全世界的脫碳進(jìn)程,迅速增加了各國對“鋰(Li)”這種金屬元素的需求。

鋰的化學(xué)性質(zhì)使其成為了新能源汽車(chē)動(dòng)力電池和儲能電池領(lǐng)域中至關(guān)重要的元素,鋰也因此被稱(chēng)為“電池金屬”。

由于能源、制造業(yè)甚至國防對鋰元素的顯著(zhù)需求,鋰供應鏈的安全舉足輕重。

在美國,《基礎設施投資和就業(yè)法案》要求到2030年,電動(dòng)汽車(chē)電池組件使用的原材料必須全部在國內采購。

然而,全球鋰資源的分布并不是均勻的。53%的鋰資源都分布在南美洲的鋰三角地區(玻利維亞、智利、阿根廷),其次是澳大利亞、中國和美國。

根據Statista數據庫的統計,美國的鋰供應僅排在世界第五。并且,據路透社估計,到2030年美國對鋰電池的需求還將增長(cháng)六倍以上。

不管是現在還是未來(lái),美國都很缺鋰。

不過(guò),一項由美國能源部國家實(shí)驗室(NETL)牽頭的最新研究發(fā)現,在賓夕法尼亞的阿巴拉契亞山脈的部分地區,使用水力壓裂方式開(kāi)采石油和天然氣所產(chǎn)出的廢水,竟然有潛力滿(mǎn)足美國將近一半的鋰需求。

該項目的首席研究員賈斯汀·麥基(Justin Mackey)表示:“阿巴拉契亞的鉆探熱潮產(chǎn)生了大量被視為廢物的采出水。我們發(fā)現,與其他頁(yè)巖地層產(chǎn)出的水相比,從馬塞勒斯頁(yè)巖井中排出的廢水,含有大量鋰元素?!?/span>

圖說(shuō):馬塞勒斯頁(yè)巖范圍、采出水采樣位置,不同顏色代表鋰濃度的變化

來(lái)源:Mackey, J. et al.

馬塞勒斯氣田,是一個(gè)位于阿巴拉契亞中部地區下方非常規地層——馬塞勒斯頁(yè)巖層的天然氣田。

馬塞勒斯頁(yè)巖是與中泥盆世火山活動(dòng)同時(shí)沉積的,并形成了火山灰?jiàn)A層床。這種非常規地層微小的孔隙空間內蘊藏著(zhù)石油和天然氣,目前的技術(shù)需要以大量的水來(lái)壓裂地層開(kāi)采這些礦藏。

而在這個(gè)過(guò)程中,火山灰中的鋰會(huì )從地層孔隙中匯入廢水,這也是為什么采出水中會(huì )蘊含大量的鋰。

“水力壓裂”這項技術(shù)曾于過(guò)去的10年中在美國被大范圍推廣,而經(jīng)過(guò)這項開(kāi)采技術(shù)產(chǎn)生的采出水,原本是一種“液體廢物”。

美國的環(huán)境保護者近年來(lái)也越發(fā)擔憂(yōu),這項技術(shù)對水源造成的污染會(huì )威脅當地生態(tài)環(huán)境和居民身體健康,并對地質(zhì)環(huán)境帶來(lái)極大的傷害。

圖說(shuō):賓夕法尼亞州迪莫克山區的水力壓裂井

來(lái)源:City Journal

麥基介紹到,“石油和天然氣開(kāi)采廢水是一個(gè)日益嚴重的問(wèn)題。目前,這些廢水只是進(jìn)行了最低限度的處理以過(guò)濾掉其中的固體,然后就會(huì )被重新注入其他井場(chǎng)?!?/span>

而天然氣開(kāi)采運營(yíng)商最近報告的從采出水中發(fā)現的鋰元素,為廢水的處理打開(kāi)了新思路。

研究小組使用了賓夕法尼亞州公共廢物合規數據和蒙特卡羅(Monte-Carlo)統計法來(lái)估算來(lái)自該州馬塞勒斯頁(yè)巖的采出水的鋰總產(chǎn)量。

合規性數據來(lái)自覆蓋了515口井的595份報告,而蒙特卡羅概率模型則量化了賓夕法尼亞州采出水的年鋰產(chǎn)量潛力,并提供了相關(guān)結果的置信區間,以減少估算結果的不確定性。

結果顯示,在全州范圍內,廢水鋰產(chǎn)量每年可達到約為1140–1180噸。而目前美國國內每年的鋰消費量估計為3000噸。

圖說(shuō):根據蒙特卡羅模擬,賓夕法尼亞州頁(yè)巖氣作業(yè)的預計鋰(Li)年產(chǎn)量分布

來(lái)源:Mackey, J. et al.

假設提取鋰的效率可以達到百分之百,來(lái)自賓夕法尼亞州兩個(gè)熱點(diǎn)地區的馬塞勒斯頁(yè)巖生產(chǎn)廢水可以滿(mǎn)足當前美國年度鋰消耗的38%-40%。

研究人員表示,即便實(shí)際數據與他們的估值偏離一個(gè)甚至兩個(gè)標準差,鋰的潛在產(chǎn)量也將滿(mǎn)足美國當前國內消費的30%以上。

并且,除了已經(jīng)被開(kāi)發(fā)的天然氣井,據美國地質(zhì)調查局估計,馬塞勒斯地區還有尚未發(fā)現的天然氣儲量約96萬(wàn)億立方英尺。NETL報告表明,馬塞勒斯氣田的生產(chǎn)壽命可能超過(guò)幾十年。而賓夕法尼亞州尚未被開(kāi)發(fā)的中北部,更是分析中鋰濃度最高的地區之一。

“最終,我們的結果表明,馬塞勒斯采出水的鋰產(chǎn)量非??捎^(guān),鋰的額外增值可以抵消相關(guān)基礎設施建設和水處理成本,包括碳足跡成本,同時(shí)提供重要的國內鋰資源?!?麥基表示。這一發(fā)現也被認為能夠支持美國的化石能源轉型。

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