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電池是人類未來的關(guān)鍵，但它們帶來了環(huán)境和人力成本，必須減輕這些成本。

近日，Nature以題為“Lithium-ion batteries need to be greener and more ethical”發(fā)文，在此討論了鋰離子電池快速發(fā)展所帶來的社會和環(huán)境問題，并提出了如何解決這些問題的方案——再利用。

低碳未來取決于一項必不可少但也存在問題的技術(shù)-鋰離子電池。鋰離子電池已經(jīng)廣泛用于筆記本電腦和智能手機，并將成為電動汽車和其他許多領(lǐng)域的跳動心臟。此外，它們還需要幫助世界電網(wǎng)供電，因為太陽能和風(fēng)能等可再生能源仍然無法24小時提供能源。鋰離子電池市場預(yù)計將從2017年的300億美元增長到2025年的1000億美元。

但正如Nature Reviews Materials在最近的一系列文章中所探討的那樣，這種增長本身并不是沒有代價的。鋰離子電池技術(shù)對人類和地球都有不利的一面。提取原材料，主要是鋰和鈷，需要大量的能源和水。此外，這些工作發(fā)生在礦場，那里的工人，包括年僅7歲的兒童，經(jīng)常面臨不安全的條件。

政策制定者、行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和研究人員需要緩解這些問題。一項需要進一步研究的關(guān)鍵干預(yù)措施是加速電池再利用，而不是回收電池或?qū)⑵鋪G棄在垃圾填埋場中。

世界上約有三分之一的鋰（電池的主要成分）來自阿根廷和智利的鹽灘，在那里，這種材料是在一個原本干旱的地區(qū)用大量的水來開采的。電池級鋰也可以通過將材料暴露在非常高的溫度下來生產(chǎn)，這是中國和澳大利亞使用的一種工藝，但它會消耗大量能源。還有一些方法可以更可持續(xù)地提取鋰：例如，在德國和英國，試點項目正在從花崗巖下面的熱鹵水中過濾鋰。

圖1. 鋰的新興與崛起

Co是電池電極的重要組成部分，但大約70%的這種元素僅存在于一個國家：剛果民主共和國。剛果民主共和國約90%的Co來自其工業(yè)礦山（每年90000噸）。但在一個人們平均年收入不到1200美元的國家，世界對Co的需求吸引了成千上萬的個人和小企業(yè)，他們被稱為手工礦工，在這里童工和不安全的工作方式盛行。

圖2. 大約 70% 的鈷是在剛果民主共和國開采的

化學(xué)家正在研究用Fe或Mn等更豐富的金屬代替Co的方法。但國際特赦組織等人權(quán)組織表示，這不應(yīng)減損通過提供安全條件下的就業(yè)機會來清理剛果民主共和國現(xiàn)有的工業(yè)。

許多國家都意識到需要以負(fù)責(zé)任和更可持續(xù)的方式進行采礦。然而，有些人正在提倡可能對環(huán)境產(chǎn)生不利影響的政策，尤其是在電池回收方面。

例如，歐盟（European Union）要求企業(yè)在電池壽命結(jié)束時收集電池，要么重新利用電池，要么將電池拆解回收。歐盟目前的要求是收集45%的廢舊電池，但其中很少有鋰離子電池。這在一定程度上是因為這些電池通常內(nèi)置在它們供電的設(shè)備中，很難拆卸，或者這些設(shè)備本身很值錢，這意味著它們很可能被出口轉(zhuǎn)售，并在未報告的情況下從歐盟消失。與此同時，歐盟正在考慮到2030年電池回收率達到70%的目標(biāo)。此外，它還希望到2030年，歐盟生產(chǎn)的新電池中4%的鋰來自回收材料，到2035年將增加到10%。

圖3. 一個沒有電子垃圾的世界

這種要求可能會產(chǎn)生意想不到的后果。隨著電池性能的提高，電池的壽命也會延長。但是，如果歐盟要求提高回收率，企業(yè)可能會被迫提前停止服務(wù)，以實現(xiàn)數(shù)字回收目標(biāo)，即使它們還有可用的使用壽命。

同樣，強制在鋰離子電池中加入更多可回收材料也可能產(chǎn)生不利后果。再生材料已經(jīng)短缺。因此，為了滿足新的回收規(guī)則，歐洲的制造商可能會有悖常理地需要進口回收材料，特別是從中國進口，中國和韓國已經(jīng)成為全球重要的電池回收中心。這將產(chǎn)生相當(dāng)大的碳足跡。還存在電池生產(chǎn)停滯的風(fēng)險，因為沒有足夠的可回收材料。

電池再利用是更多國家應(yīng)該考慮的一種潛在解決方案——再利用的目標(biāo)還不是歐盟提案的一部分。盡管電池最終會完全耗盡，但許多電池僅在特定用途（例如為汽車提供動力）變得低效時就不再使用，但對于較低強度的應(yīng)用（例如可再生能源）仍有充足的壽命存儲。

如果沒有對電池再利用和再利用的激勵措施，焚燒電池或?qū)⑺鼈兯偷胶Ｍ膺M行回收將更加經(jīng)濟。思維的轉(zhuǎn)變是必要的：科學(xué)家們應(yīng)該在設(shè)計材料時考慮如何回收和再利用。

電池對于地球的低碳未來至關(guān)重要，確保它們清潔、安全和可持續(xù)發(fā)展符合每個人的利益。

Nature 595, 7 (2021). https://doi.org/10.1038/d41586-021-01735-z

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Nature點名鋰離子電池，快速發(fā)展都是有代價的！

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