林間曲徑金秋時
當旅行成為一種信仰，生命永遠年輕！
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美麗的哈瓦那（上）
美麗的哈瓦那（中）
美麗的哈瓦那（下）
電動汽車隻是空中樓閣（ZT）
2006年12月，能源分析師威廉·塔希爾在網上發表了一篇標題為《鋰的困境》的文章。在這篇文章中，他對那些將未來寄托在快速發展的鋰離子驅動電 動汽車上，並幻想著一個更清潔、經濟和繁榮時代的人們提出了警告。他認為，世界上根本沒有足夠的可持續鋰資源來支持這種經濟轉換。更重要的是，目前已經探 明的可被開采的鋰隻集中在少數幾個國家。“如果世界從石油驅動向鋰離子電池驅動轉換，”他在文章中寫道，“南美將成為新的中東，玻利維亞將比今天的沙特阿 拉伯更吸引世界的目光。美國將不得不嚴重依賴其他國家才能滿足對鋰的需求，而中國由於有相當的鋰礦藏，能源將實現自給自足。”
塔希爾的文章並不能稱為可靠的資料來源。在2006年早期，他曾經發表過另外一篇文章：《從零開始：世貿中心的核損壞》。在這篇文章中，他提出埋在美國世 貿中心地下約79米深處的兩座核反應堆，在2011年發生的“9·11”事件之後正在緩慢地熔解—這顯然是在危言聳聽。盡管如此，他提出的“鋰產量峰值” 的觀點卻不失為一個值得關注的話題。特斯拉汽車公司和通用汽車近期都發布了各自的電動汽車，這兩種汽車都依賴鋰電池提供動力。2008年7月，英國《衛 報》發表的一篇文章中稱，“隨著對石油供應的憂慮日益加深，世界的注意力更多地轉移到了鋰供電電動汽車上。但是對於究竟有多少鋰資源可用仍然存在很大爭 議。”
去年1月，我參加了在拉斯維加斯舉辦的第二屆鋰供應與市場會議。在小組討論階段，我攔住了地質學家R·基思·埃文斯，他研究全球的鋰儲量已經有40多年 了。在看了塔希爾的文章之後，已經退休的他決定重出江湖。“他完全是胡說八道。”站在從會議中心前往宴會中心的自動扶梯上，他向我講述了塔希爾的文章是如 何刺激他寫了一篇最新的關於世界鋰供應的文章—《充足的鋰》。“這並不是第一次鋰恐慌了。”埃文斯說。他告訴我，1975年美國地質調查局就曾召開過一次 緊急會議，討論解決供核聚變反應堆使用的鋰供應不足的問題。這場恐慌是由西方世界首次對鋰供應不足的嚴重擔心所引發，當時估計全世界的鋰儲量約為1065 萬噸。但是在這之後，新的鋰礦不斷被地質學家所發現。到了2010年，埃文斯預計全世界已探明的金屬鋰儲量約為2840萬噸，或者說是1.5億噸碳酸鋰礦 石—鋰存在並被銷售的最普遍的一種形式。與之相對應的是，2010年全球的鋰需求總量約為10萬噸。“即使電動汽車的興起使世界對鋰的需求在10年內翻一 番，”埃文斯說，“世界的鋰供應也是非常充足的。”
在我遇到埃文斯的時候，另一種潛在的資源短缺正躍然於新聞標題上。作為全世界95%的稀土元素—混合動力汽車、風力發電機和其他清潔能源技術都嚴重依賴的 一組元素—的產地，中國發出了減少出口數量的信號，稱為了保護稀土礦產而要減少產量。在這之後，在全球範圍內對於這些稀有元素供應的擔心日益加重。稀土元 素的固有特性使其成為薄膜太陽能電池、高效風力發電機、先進發動機、高容量電池和其他清潔能源創新技術必不可少的重要成分。一旦供應被切斷，無疑將對這些 領域產生深遠的影響。
並非所有這些元素都很稀少，但是沒有一種會像20世紀的主要工業原材料—鐵、鋁、矽和其他9種元素—那樣充足，地殼中99%的成分都由它們構成。曆史上， 隻有科學家會在實驗室規模的項目上大量使用這些稀有元素，因此地質學家們一直缺乏動力去尋找這些元素的礦藏，結果就是我們對於這些能源關鍵元素的分布、儲 量和成本效益等知識嚴重缺乏，而這種知識的缺乏又進一步引發了焦慮。例如，2010年8月，《Reason》雜誌發表的一篇文章標題為“忘記石油的產量峰 值，想想鋰、銣和磷的產量峰值吧”。對於鋰來說，在我們對它的儲量有了更多了解之後，恐慌開始平息。但是對於其他28種元素，是否情況也會這樣？鋰的供應 情況對於其他元素能提供哪些借鑒之處呢？
要理解為什麽一組並不出名的元素會吸引如此多的注意力，首先需要了解一下汽油驅動的汽車和電動汽車之間的競爭優劣勢。本質上，內燃機是一種效率非常低的機 器，汽油的能量隻有12.6%被用於驅動汽車的工作，但是汽油的高能量密度在很大程度上彌補了內燃機的這種不足。每升汽油蘊含著約8.72千瓦時的能量， 即使隻有12.6%的能量被利用，也足以驅動一輛幾噸重的汽車在高速公路上飛奔。尤其是在石油價格很便宜、似乎擁有無限儲量的時代—對於20世紀的大多數 時間都是如此—內燃機的這種低效率是完全可以被接受的。
然而，今天石油的價格不再便宜，顯然也不可能是儲量無限的，我們開始進入英國漢普郡學院的教授邁克·克雷爾所說的“困難石油時代”。在這個時代，那些容易 開采的石油都已經被開采殆盡，我們不得不在幾千米深的海洋下麵鑽探石油。與此同時，隨著發展中國家中產階級的興起，預計到2050年世界上的汽車數量將會 翻一番，達到20億輛的規模。
要取代如此眾多數量由汽油驅動的汽車，電動汽車需要非常好的電池，而今天這些電池都是以鋰為基礎的。鋰在元素周期表中排第三位，是製造輕質能量儲存裝置的 理想選擇。由於它具有極強的反應能力，因此比其他元素更適合作為高能量密度電池的基礎。可充電鋰離子電池已經成功將磚頭一樣的大哥大，演變成了今天隻有 137克重的iPhone 4。今天，汽車製造商們相信，鋰電池能給交通運輸業帶來同樣的變化。
但是，鋰和以鋰為基礎的電池僅僅是一個更大係統的一部分。要榨取出電池內存儲的以毫瓦時為單位的微弱電流需要高效的電動機，而製造這些電動機內的磁體需要 像銣和鐳這樣的稀土元素。風力發電機和太陽能電池這些利用可再生資源的發電形式同樣需要超高效的設備。高效風力發電機需要使用以稀土元素為基礎的磁體，而 先進的薄膜太陽能電池則需要使用碲或者銦。
盡管獲取這些稀土元素有很多麻煩，並耗費很多金錢，但是由於它們能高效率地帶來寶貴的能源，人們依然認為這些付出都是值得的。“如果你是在自己家裏，考慮 的是你的家用電器的用電，那麽你也許會想：‘電這麽便宜，而且隨處可得，有什麽必要在意發電效率的輕微降低呢？’”麻省理工學院的材料科學教授格布蘭德· 賽達爾說，他也是前麵提到的美國物理協會和材料研究協會的科學家委員會的一員。“但實際上我們考慮的並不是家庭應用，而是一些能源至關重要並且非常昂貴的 應用環境。”到目前為止，這些對新能源至關重要的元素還沒有涉及家庭應用。但是，假如完全不考慮家庭應用的話，像風力發電機和電動汽車根本就沒有製造的必 要。
實際上，這些能提高能源效率的元素的成本和供應狀況也是個問題。為了能大規模應用，清潔能源時代的機器必須在成本上與今天以化石燃料為基礎的耗能體係具有 競爭性。除非能大規模製造，否則清潔能源技術在成本上不可能具有競爭性，但是假如原材料的供應不穩定、價格過於昂貴的話，那麽大規模製造隻能是空想。
如果有無限的資金，如美國物理協會和材料研究協會的科學家委員會所說的那樣，“任何化學元素的供應都沒有絕對的限製，至少在可預見的未來是這樣的。”理論 上，科學家能從一桶泥土裏麵提取出微小數量的多種元素—隻要有足夠的資金讓他們這麽做。所以，無論是銣、碲、鋰還是其他26種對清潔能源至關重要的元素， 問題隻有兩個：它們的儲量究竟有多少？更重要的是，將它們從地下開采出來的成本如何？
世界上最大的鋰製造商智利化工礦業公司（SQM）在智利的阿塔卡瑪沙漠上進行生產。這片沙漠是世界上最幹燥的地方，美國航空航天局曾經在這裏對前往火星執 行微生物探測項目的機器人進行測試。去年5月，我前往智利北部的這片沙漠，去觀訪這家公司的生產過程。在聖佩德羅—位於SQM的工廠北部約80千米處的一 片綠洲—我遇到了SQM的市場經理安德列斯·亞克斯基。在一個明媚但寒冷的清晨，天空蔚藍如洗，我們動身向南前往工廠所在地。阿塔卡瑪鹽湖是世界上鋰儲量 最豐富的地方之一，SQM稱，這裏蘊含著4000萬噸易於開采的碳酸鋰礦石。
在高速公路上行駛了大約一個小時之後，我們從出口駛出，轉向了一條通往鹽湖的碎石路。一望無際的戈壁上星星點點地點綴著鹽壩和一片一片白色的建築。我們在 一棟小房子的前麵停了下來，每個人都穿上了靴子，套上了亮黃色的安全背心，戴上了安全帽。之後我們走了出去，與等在外麵的阿爾瓦羅·斯特納斯握手寒暄。身 材粗壯、皮膚黝黑的斯特納斯是一名工程經理，他將帶我們前往蒸發池。
在SQM廠區的衛星照片上，能看到巨大的白色和藍色方塊鑲嵌在棕黑色的土地之間，好似世界上最大的遊泳池一樣。來自地下的鹵水被抽入到這些藍色的池塘中， 在與火星環境類似的烈日下暴曬幾個月。隨著水分蒸發，鹽鹵的濃度不斷增加，礦產也開始沉澱出來。最後，用於生產鋰產品的鹽鹵被泵入一係列專門的池塘中—隨 著鹽鹵從一個池塘轉移到另一個池塘，其顏色也變得越來越深。之後，罐車將最終的產品—6%濃度的鋰溶液—運送到約3個小時車程的太平洋岸邊的工廠。這裏最 終的產品就是碳酸鋰，一種白色粉末（由於其外觀與可卡因過於相似，我都沒敢帶一點樣品去機場）。
我們在池塘間走了一圈之後，斯特納斯帶我們驅車前往附近一座鹽山的山頂，俯瞰下麵的景色。蒸發池、拖拉機、卡車、附屬建築物和珍貴的鹽山綿延幾千米，盡管 這裏的空氣幹燥而潔淨，但是想要縱覽這座工廠的全貌，了解它的全部範圍仍然是非常困難的。這處工廠每年能生產4萬噸碳酸鋰，能滿足全世界每年鋰需求總量的 31%，而這僅僅是這裏已知的4000萬噸碳酸鋰儲量的千分之一。早些時候，亞克斯基曾告訴我，在需要的情況下，這裏隻要一個月就能生產出世界需求總量 3~4倍的碳酸鋰。現在，為了強調這家工廠傲視世界的生產能力，斯特納斯和亞克斯基指著遠處成片的池塘對我說，實際上每年SQM都會將成百上千噸的碳酸鋰 重新填埋到這些池塘裏—一旦世界需要這些鋰，換句話說一旦這些鋰能變成錢，那麽毫無疑問這裏便可以迅速生產出大量的鋰。其實，盡管是世界上最大的鋰供應 商，但SQM的主要收入並非來自鋰，而是來自“專業化肥”，那些為我們的水稻和玉米提供養料的鉀肥。
就其對清潔能源技術的重要性來說，鋰的提取容易得讓人感覺有些難以相信—至少對於阿卡塔馬從鹽鹵中提取鋰的方式來說是如此。但實際上，對於其他那些重要的 元素來說，提取的困難程度也不像報道的那樣難。“所有的那些困難，在我看來都有些言過其實。”麻省理工學院的格布蘭德·賽達爾說，“其實在供應體係中存在 著很大的緩衝區。”
首先，最簡單的一條是，一旦一種元素的價格上漲，就會刺激人們花更多的錢用於從礦石中開采這種元素。“采礦的廢棄物中仍然含有很多的金屬。”賽達爾解釋 說。在很多情況下，已經被廢棄的金屬甚至比被我們利用的更多。對那些能源關鍵元素來說，它們通常是以其他用途更廣泛的金屬的副產品的形式被開采出來。換句 話說，那些礦山的礦渣堆實際上就是這些元素的“礦山”。
其次，一個經常被忽視的緩衝是個簡單的需求等級：一旦某種元素的供應受限，那些對其需求最強烈的行業就會從需求並不那麽迫切的行業手中奪取更多的元素。例 如，鉑是汽車工業用於尾氣淨化必不可少的催化劑。一旦對鉑的需求總體增加進而導致價格上漲，汽車行業並不會減少用於製造催化器的鉑的數量，隻會導致購買白 金戒指的新婚夫婦減少。
碲是另外一個很好的例子。除了製造鎘-碲薄膜太陽能電池外，碲還被用於製造熱電裝置（將廢熱轉換為電流）和鋼合金。如果對碲的需求上升，人們迅速就能看清 究竟是哪個行業最依賴這種元素。“你會發現太陽能行業位於需求鏈的最頂端。”賽達爾說，“他們從這種元素獲取的價值是如此之高，以致鋼鐵行業那些家夥隻能 放棄，排在最末端的則是製造熱電裝置的那些家夥。”
並非所有的專家都如此確信。工業金屬研究顧問組織的創始人之一傑克·利夫頓就認為，經濟規律在碲的生產方麵並不起作用，而且在若幹年之後，碲的產量將會下 降。全世界碲的生產幾乎完全取決於銅—在銅的精煉過程中碲作為一種副產品被生產。隨著銅生產公司向更新、更經濟的銅精煉方法轉移，也許他們將不再生產碲， 供應也許會迅速萎縮。
另外一個挑戰在於，某些能源關鍵元素的確非常稀有。碲是這樣，錸也是這樣。錸屬於鉑族元素，用它製造的超級合金能讓噴氣式發動機在超高溫下更有效地工作。 就稀有程度來說，錸比金還要稀有5倍。這也是為什麽5年前，通用電氣公司啟動了一個強化錸循環項目，同時尋找超級合金的替代品的原因（這項工作在幾年後取 得了進展）。今年2月，日本政府和100多家日本企業共同啟動了一個類似的總投資13億美元的項目，目的是將稀土的進口減少1/3。
一個減少對能源關鍵元素需求的明顯方法是尋找替代品。例如，豐田和日產公司正在為他們的混合動力汽車和電動汽車開發無需稀土元素的發動機。但是，尋找替代 元素的過程將是一個漫長、昂貴的過程。“問題的關鍵在於，一種元素能直接替代另一種元素的情況是非常罕見的。”賽達爾說，“通常隻有對多種元素進行工程轉 化之後才能獲得理想的結果。”
賽達爾正在努力讓替代品的製造環節更少，過程更短。他利用超級計算機計算決定化合物性質的量子力學相互作用，目標是找到有效的元素混合方式，製造出比今天 的化合物更有效的材料。“在10年之內我們就能通過純粹的計算方法設計出有用的材料。”他說，“影響這個過程的隻有時間。我能在周五執行1000個運算， 這些運算會在周一完成。今天當我們進入實驗室去計算某些材料的組成成分時，成功率則高達50%。”
循環利用也許是減少對這些能源關鍵元素依賴的最顯而易見的方法。就像耶魯大學的工業生態教授托馬斯·格雷德爾所說的，我們應該開始將城市看作“有人類活動 的礦山”—各種元素的礦石以廢棄的汽車、電腦、電池等形式存在。目前，人類循環利用能源關鍵元素的比例非常小。以美國為例，2010年碲被回收利用的比例 是零，鋰僅有非常少的一部分，隻有17噸鉑族元素被回收利用。而在這一年，美國僅進口的鉑族元素就多達195噸。一些科學家建議，各國政府部門應該介入對 能源關鍵元素的分配，並拿出專項資金用於鼓勵消費者回收這些金屬。
但是即使我們對已有的能源關鍵元素進行很好地管理，尋找並開發新的能源關鍵元素仍然是必需的。在過去幾年中，礦業公司陸續宣布了在澳大利亞、巴西、加拿 大、印度、哈薩克斯坦和越南進行稀土元素開采的計劃，新興和老牌的鋰生產商也已經開發出了從澳大利亞和其他地區堅硬岩石中提取鋰的新技術。與此同時，投資 者和政治家們也開始對一些長期被禁止開采的地區施加壓力，例如美國已經準備放鬆在一些區域的能源關鍵元素開采禁令。
美國至少有1300萬噸稀土元素，400萬噸鋰，還有相當數量的其他能源關鍵元素。然而，由於嚴格的審批程序和環境管理條款，這些礦藏隻有極少數得到了開 采。在一處礦藏被探明之後，由於這些審批程序的限製，通常要在7年甚至更多年之後才能得以開采。但是即便如此，也必須在能源關鍵元素的開采和所導致的環境 破壞之間取得平衡。這種平衡在獲取稀土元素的過程中極難實現，因為開采活動幾乎毫無例外地會將位於淺層的鈾、釷等放射性元素挖掘出來。正是由於輕微放射性 汙水的泄漏導致了2002年加利福尼亞州派斯山礦被關閉—這裏曾經是世界最大的稀土元素礦。這座礦山的擁有者美國莫利礦業公司在重新設計並建造了礦山的附 屬精煉設施後，決定在今年重新開始開采工作，並計劃每年開采2萬噸稀土礦石。
鋰的開采不會帶來有毒的廢水和放射性礦渣，但是開采活動對環境引發的爭論也從未平息。參加完在拉斯維加斯舉辦的會議之後，我跟一群投資者和采礦業的政府管 理人員飛往內華達州，去參觀西部鋰礦，這裏是美國最大、最先進的能源關鍵元素項目。一處租來的牧場房屋被當成了這家公司的野外司令部，屋子裏的膠合板桌子 上擺滿了從附近開采來的礦石樣本。我跟西部鋰業公司的CEO傑·赫梅勞斯卡斯聊了一會兒，他說到清潔能源革命時的語氣和神情就像是一個人剛剛發現了上帝。 他的上一份工作是監管一處露天金礦的建設，他顯然認為那遠沒有他目前從事的工作高尚。“現在我每天都起得很早，感覺自己正在拯救這個世界一樣。”他說。
我們穿上了橡膠靴子和防水夾克，坐上了全驅越野車，向西方20千米之外的一座矮山駛去。這裏是叉角羚的家園，也沙漠盤羊的領地。大約20分鍾後，我們從高 速公路拐上了一條肮髒的土路，前往被灌木所覆蓋的山頂。山頂有一處人工挖掘的、深約4.5米的坑道，我們在坑道前麵停下，並走了下去。走在潮濕、紅褐色的 黏土上，我的靴子很快就沾滿了泥巴，沉重得像是灌了鉛。西部礦業公司最新的報告稱，在這些類似海綿的黏土中含有的鋰相當於150萬噸碳酸鋰礦石，按照目前 的消費水平，足以滿足全世界12年的需求。
在2~5年內，我們腳下的泥土就會變成一處露天礦。如果僅有這一處仍然不足夠的話，在它北部還有4處礦可以迅速開采。之前我曾經問赫梅勞斯卡斯，像這樣的 開采活動會給環境帶來怎樣的影響。從黏土中開采鋰要比很多開采行業對環境的影響小，但是想要完全沒有影響也是不太可能的。能源關鍵元素，就像金、銀、煤 炭、石油等其他我們從地下開采出來的資源一樣，開采行為不可避免地會對環境有一定影響。“我的意思是說，我們準備在山坡上挖一個大坑，”赫梅勞斯卡斯說， “但是必須首先評估一下各種成本，包括環境。”
轉自：http://www.popscichina.com/web/b2.php
