地热能能否解决锂短缺问题？

锂似乎不太可能成为人们关注的焦点，但那些涉足矿产品市场的人并不感到惊讶。近年来，对锂的需求呈指数增长。它在我们的高科技世界中发挥着至关重要的作用，尤其是在可充电锂电池方面，它推动了便携式电子设备、电动工具、车辆和电网存储解决方案的市场不断增长。由于这些技术的广泛采用，预计到 2050 年，全球对锂的需求将增加 500%。锂是清洁能源供应链中的关键元素；可靠、多样化的锂供应是美国能源部 (DOE) 的首要任务。

在南美洲富含锂的阿塔卡马沙漠，锂出口来自盐漠或盐沼。含盐的地下水被泵送到地表并从大型地表盆地蒸发，留下包括锂在内的残留盐分。尽管便宜且有效，但在世界上水资源宝贵的地区，这一过程会严重消耗水资源。它还可能使有毒化学物质泄漏到饮用水供应系统中。在澳大利亚等地，锂矿石最常通过露天开采：矿工通过挖掘大型矿坑或采石场来提取矿物。这些操作通常会产生废石和空气污染物，如果处理不当，可能会影响区域含水层的地下水化学。

然而，地热能提供了一种解决方案——从字面上看。热咸水或地热盐水被泵送到地表并转化为气体，使涡轮机转动以利用地球内部的热量发电。除了发电之外，这些地热卤水还可以生产锂，从地下数千英尺的盐水溶液中提取。地热发电已经是环保的：它的物理足迹很小，是可再生的，不受天气影响，几乎无碳。通过将已经用于电力生产的提取液重新用作锂源，我们可以将国产锂推向市场，同时发电，所有这些都将对环境造成最小的影响。

蒸发池散布在智利北部的阿塔卡马沙漠景观中——尽管锂矿藏丰富，但提取过程需要在广阔的平方英尺上建造无数的地表盆地。

相反，地热发电厂，例如加利福尼亚州索尔顿海附近的地热发电厂，占用的物理足迹很小；从地热流体中捕获锂对周围环境的影响较小。

John L. Featherstone 地热发电厂图片由 Energy Source 提供。

尽管国内资源潜力超过 600,000 吨，目前超过了美国的年度需求，并且可以将美国从净进口国转变为净出口国，但目前美国只有一家从卤水中提取锂的工厂。6 劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员 Pat Dobson 博士和 Will Stringfellow 博士于 2020 年共同撰写了一份回顾性报告，内容涉及美国能源部数十年资助的从地热卤水中提取锂和稀土元素的研究。

“技术经济研究表明，地热运营商可以从包括锂捕获在内的混合方法中获益，”多布森说。“主要在[加利福尼亚州]索尔顿海地区发现了大量锂资源，目前的研究可能会产生更多资源。现在的关键挑战是以具有成本竞争力和环境友好的方式开发从地热卤水中提取锂的科学。”

正如国家可再生能源实验室的 Ian Warren 撰写的一份配套报告所指出的那样，一套锂提取技术已接近商业规模示范。在接下来的几年里，索尔顿海地区的地热运营商有望展示这些技术，以实现经济可行性。

美国能源部办公室扩大对关键材料的推动

美国能源部的地热技术办公室 (GTO) 在今年早些时候推出了美国制造地热锂开采奖，以建立矿产开采劳动力并让创业社区参与进来。这场 400 万美元的奖金竞赛包括概念、设计和测试三个阶段，以快速提高锂回收盈利能力。第一阶段的比赛正在进行中，第二阶段将于今年晚些时候开始；获胜团队预计将在 2023 年初公布。

GTO 总监 Susan Hamm 博士指出：“我们的创业社区可以围绕将更多美国锂安全推向市场提出新想法，这有助于我们在关键材料7领域取得成功。” “这个奖项挖掘了新的视角、新的经济学和新的想法，所有这些都以绿色为使命。”

目前和潜在的地热发电厂集中在加利福尼亚州南部索尔顿海的东南海岸线。这些位置与高浓度的锂和其他关键材料相吻合。随着索尔顿海继续消退，扩大地热作业和捕获更多矿物的潜力增加。

图片由可再生能源提供。

美国能源部的先进制造办公室 (AMO) 作为今年早些时候宣布更广泛的 5000 万美元研究、开发和演示 (RD&D) 选择的一部分，扩大了创新生态系统，选择了索尔顿海的现场验证和演示。此外，AMO 正在探索关键材料的下一代提取、分离和加工技术；美国能源部能源创新中心关键材料研究所的 AMO 资助的工作也表明，从地热卤水中提取和转化锂的新方法在环境和经济上都是有利的。

为了进一步推动供应链的 RD&D，DOE 的车辆技术办公室支持锂离子电池回收奖（与 AMO）收集废锂电池。VTO还成立了ReCell锂电池回收研发中心，专注于开发创新、高效的回收技术，以具有成本效益的方式回收关键电池材料，并将其重新引入材料供应链。这些努力旨在通过开发可用于锂离子和未来电池化学的经济且环保的回收工艺来发展可持续的先进电池回收行业。

建立国内锂电池供应链需要国家致力于解决新材料的突破性科学挑战，并开发满足不断增长的电动汽车和固定电网存储市场需求的制造基地。美国能源部最近宣布了加强国内先进电池供应链的行动，包括发布由联邦先进电池联盟制定的国家锂电池蓝图. 该蓝图列出了五个关键目标和关键行动，以指导联邦机构合作以确保国家的长期经济竞争力并为美国工人创造高薪工作，同时支持拜登政府的脱碳目标。

美国能源部能源效率和可再生能源办公室的这些努力与其三管齐下的关键材料战略相一致，即供应链多样化、开发替代品以及改善再利用和回收利用——所有这些都以安全、可持续和环保的方式进行。DOE 在可能的情况下与其他联邦机构和部门协调，为关键矿物和材料建立弹性、多样化和安全的供应链。

有许多历史和当前的投资都集中在锂提取解决方案上。在短期内，能源部的投资将与其他联邦机构和办公室的投资保持一致，将国内锂推向市场，将更多的可再生能源投入电网，并引导美国走向一个可以支持我们蓬勃发展的可再生经济的未来成功所需的资源。

编译 陈讲运