可再生能源革命所需的材料将来自何处

有些东西不是凭空产生的。当涉及到像“能量”这样看似抽象的概念时，这个事实很容易被遗忘。随着气候变化危机的恶化，越来越多的政治家开始强调向清洁能源过渡的重要性。更多的清洁能源意味着更多的太阳能电池板、风力涡轮机、电动汽车和大型电池。但这也意味着对使这些技术成为可能的材料的更多需求。

在某些情况下(比如太阳能电池板用的硅)，需求增加应该没什么问题。牛津布鲁克斯大学(Oxford Brookes University)研究新技术可持续性的专家马可•劳盖(Marco Raugei)表示，硅储量丰富，我们已经具备了制造这种材料的基础设施。但我们对其他材料的供应链——比如风力涡轮机用的钕，电池用的锂和钴，以及几乎所有材料用的铜——可能需要改变。

尽管对原材料的矿石需求通常意味着更多的开采(以及随之而来的环境影响的增加)，但专家们一致认为，可再生能源的好处远远大于成本。“天下没有免费的午餐，”西华盛顿大学(Western Washington University)能源研究教授查尔斯•巴恩哈特(Charles Barnhart)表示。“但我想明确的是，当我们谈论环境影响时，我们并不是在‘较小的危害’之间做出选择。”对巴恩哈特来说，决定是开采更多的可再生能源，还是继续依赖化石燃料，就像是在“完全不同的两个阵营”之间做出选择，因为化石燃料的商业未来的成本会造成很大的伤害。

尽管这种权衡是有益的，但值得思考的是，可再生能源革命所需的材料将来自何处，以及当需求上升时，世界将如何变化。

钕

英国埃克塞特大学坎本矿业学院应用矿业学教授弗朗西斯•沃尔表示:“在磁铁方面，真的没有什么能与钕竞争。”“到目前为止，它们是应用程序的最佳选择。”钕是一种所谓的稀土元素，是一种银色金属，在可再生能源中扮演着非常重要的角色。当它与铁和硼结合时，就能制造出对风力涡轮机发电机和电动汽车发动机都很重要的强力磁铁。

沃尔解释说，尽管名称如此，像钕这样的稀土元素并不是特别稀有。元素相对丰富。在地壳中发现的一些元素与听起来更像行人的元素铜的浓度相同。挑战在于，钕在很大程度上是由一个国家控制的。世界上大约85%的钕来自中国的几个矿山。中国北方的包头煤矿造成了一个有毒湖泊和其他环境灾难。其他地方也有一些小矿——比如布隆迪的彩虹稀土矿和马拉维的Mkango矿——但通常情况下，即使是中国以外的矿也倾向于把它们的矿藏送到中国进行加工。这就是加州帕斯山稀土矿的情况。

钕开采和加工的一个巨大瓶颈是资金。沃尔解释说:“当时有大量的稀土勘探项目，如果不进行下一阶段的投资，这些项目就会逐渐放缓。”沃尔预计，随着需求的增加，其他供应商也将进入这个市场，更多的矿山将有开发的空间。

铜

就像钕一样，铜并不稀缺，但我们需要大量的铜。基本上任何有开关的东西都包括铜，这要归功于它不可思议的导电能力，我们还没有找到更好的替代品。

亚利桑那大学洛厄尔矿产资源研究所(Lowell Institute for Mineral Resources at The University of Arizona)联席所长玛丽•波尔顿(Mary Poulton)表示，铜开采的棘手之处在于，要找到足够多的铜集中在接近地表的地方。首先很难找到大量的矿藏，然后可能需要很长时间才能获得许可证并实际开始生产。波尔顿说:“在很大程度上，我们开采的是19世纪末发现的矿藏，在很多情况下，我们一直在开采这些矿藏。”

发现新矿藏的第一步是看已经发现铜的地方。Poulton说:“我们在探险中有这样的说法，如果你在猎象，那就在象的国度里猎象。”然后，地质学家将查看政府和大学现有的报告，并与地球物理学和地球化学家合作，预测矿床的可能性。

一旦找到一个铜矿，下一步就是把它从地下开采出来，新技术开始在这个古老的行业中站稳脚跟。亚利桑那州的两个地区正在测试一种不用挖洞就能开采铜的方法，这种方法叫做原地浸出法。矿工们不是先挖矿然后加工，而是先挖井，然后把弱酸溶液泵到地下，然后溶液就会把铜从矿石中溶解出来。接下来，这些溶液被泵出，经过处理得到铜，矿工们用干净的水冲洗井田，以尽可能多地排出酸性物质。Poulton说:“我们正在密切关注它的工作原理”，因为它可能比传统的地下采矿对环境更好。(也就是说，酸性溶液仍然会干扰土地。)

机器人也参与其中。澳大利亚西部和南美阿塔卡马沙漠等偏远地区的矿山已经开始使用采矿机器人。新的铜资源可能会在更深的地方被发现——比如地表以下7000英尺——这意味着它们会变得更热，岩石将处于极端的压力之下。这意味着我们需要更多的工程来建造一个更强大的能够应对极端情况的铜矿开采机器人。

锂和钴

如果你建立了一个大规模的可再生能源基础设施，你将需要一些存储容量来配合它。毕竟，人们不只是在刮风或阳光灿烂的时候才需要电力。一个雄心勃勃的解决方案是使用巨型锂离子电池，就像目前正在南澳大利亚测试的一种电池。

Benchmark minerals Intelligence的锂分析师米勒(Andrew Miller)说，锂基本上是所有可充电电池的关键，目前有两种方法可以获得锂。一种在南美洲很流行的方法是将其从湖下的盐水中蒸发出来。例如，世界上最大的锂资源是智利的Salar de Atacama湖。锂也可以从spodumene中提取，spodumene是一种主要产于澳大利亚的硬岩石资源。

随着电池市场的增长，越来越多的spodumene矿正在涌现。米勒预测，尽管南美和澳大利亚仍将是关键，但矿山将开始在加拿大、北卡罗来纳州和美国内华达州等地开矿;英国;还有捷克共和国。他表示:“你将看到来自消费者的压力，他们不想过于依赖世界上的一两个地区，尤其是当他们在美国、欧洲或锂产量不高的地区进行数十亿美元投资时。”

与此同时，基准矿产情报(Benchmark minerals Intelligence)钴业分析师卡斯帕•罗尔斯(Caspar Rawles)表示，在可充电电池的另一个关键组成部分钴业，“除了刚果民主共和国，其它任何地方都很难占据主导地位。”钴是电池中最昂贵的材料之一，它的开采条件常常违反人权。去年，世界上70%的钴来自刚果民主共和国。刚果民主共和国的劳工制度一直受到广泛的批评，例如让六岁的儿童在钴矿工作。科学家和初创公司都在争先恐后地制造一种无钴电池，埃隆马斯克(Elon Musk)甚至在twitter上发帖称，他希望从电池中提取钴，但目前看来不太可能。