索尔顿湖4号是一座由卡尔能源公司运营的地热干蒸汽发电站，位于加州卡利帕特里亚索尔顿湖。由于电动汽车和用于电动汽车的锂电池方面的需求，人们越来越关注从索尔顿湖周围的地热废水中提取锂。摄影：BING GUAN, BLOOMBERG/GETTY IMAGES
采矿总是会影响环境，世界各地正在开采更多金属用于可再生能源，而新技术或将有助于减少对环境的影响。
撰文：MADELEINE STONE
3月，美国总统拜登要求将更多的联邦资源投入开采电动汽车所需的金属和矿物，包括镍、钴、石墨和锂。这项总统指示突显了绿色能源转型中最具争议的事实：为了从污染严重的化石燃料能源转向无碳可再生能源和电动汽车，我们需要加大采矿力度，而从历史角度看，这个行业污染非常严重。
采矿涉及到把矿石从地下挖出，运到处理厂，进行粉碎、分离，提炼出金属，然后处理废物。为了矿产和周围的基础设施，土地被彻底榨干；这一过程往往会消耗大量能源和水，产生空气污染和有害废物。
但随着人工智能、碳捕捉等一系列新兴技术的发展，未来对所谓能源转型所需的关键矿物和金属的开采，将比今天更具可持续性。全世界正在从化石燃料转向太阳能、风能和电动汽车，因此对这些材料的需求将骤增；无论是美国政府，还是私人企业，都越来越希望快速把新技术投入市场。在最近美国为清洁能源转型加强供应链的报告中，能源部强调，对于关键矿物，联邦政府支持“环境可持续和有利于下一代”的开采方法。
能源部关键矿物和材料方面的特别顾问Douglas Hollett说，这反映了该机构的观点：开采关键矿物，不仅仅是找到我们所需的资源，并挖掘出来这么简单。
“而是：找到它，进行更有效地开采，最终目标是尽量减小对整个价值链的影响；从勘探阶段开始，到开采、处理，直至最后”，即无法再利用开采出来的材料，Hollett说。
挖掘数据
建立矿场之前，地质学家会先被派到现场，在地面上钻孔，寻找有价值的矿床。勘探通常是采矿过程中对环境破坏最小的阶段，但仍有改进的空间。数量较少但在不断增长的矿产勘查初创公司认为，可以通过挖掘数据实现这一目标。
包括科博德金属公司（KoBold Metals）在内，这些初创公司利用复杂的数据科学工具和人工智能，从数据中寻找电池金属沉积物的证据；这些数据包括大量公共和历史数据，以及公司在人工智能引导的实地项目中收集的数据。在比尔·盖茨的突破能源风险投资基金的支持下，科博德公司计划将发现率提高到传统实地探勘工作的20倍，减少寻找新矿体所破坏的土地面积。
澳大利亚地球科学创新公司Unearthed的勘探地质学家Holly Bridgwater认为，鉴于采矿业的成功率非常低，科博德公司的目标“是可以实现的”：地质学家估计，目前100个勘察地点里，真正成为矿山的只有不到1个。
今年夏天，科博德公司在加拿大和赞比亚的几个地点进行实地勘察，发现了镍和钴矿床的证据。但首席技术官Josh Goldman说，该公司需要“两年甚至更久”才能决定是否值得开采；如果能利用人工智能发现位置隐蔽但质量特别高的矿石，那么将减少采矿作业对下游的影响。
“如果发现的是低质量资源，那么我们需要开采更多物质”来提炼金属，Goldman说：“这意味着大量额外的浪费。找到真正高质量的资源至关重要。”
推动可再生能源
发现高质量矿石可以减少采矿作业的影响，但传统采矿过程仍会对环境造成重大影响，尤其是气候。运输、粉碎、处理岩石非常耗能；采矿业占全球能源需求的6%，工业排放的22%。虽然很多矿业公司已经开始购买可再生电力，有一些在实验氢动力卡车等替代运输方式，但在很大程度上，整个行业仍依赖于化石燃料为重型机械和高耗能设施供能。
不过，至少锂这种关键矿物，可能迎来更清洁的未来。从智能手机，到电动汽车，锂是所有电池中的能量载体；如果全世界快速从燃油车转向电动汽车，那么到2040年，全球对锂的需求量将增加40倍以上。
几十年来，研究人员一直在探索从地热卤水中提取锂的可能性；一些地热发电厂把这种富含矿物质的热水从地下深处抽取到地表，以生产能源。能源部劳伦斯伯克利国家实验室锂资源研究与创新中心的研究科学家Michael Whittaker说，这一想法是利用无碳地热能来完成锂提取的整个过程。在阿根廷和智利，人们利用大型露天蒸发池，从盐滩下富含矿物质的浅水中提取锂，相比之下，用地热卤水提取锂的用水量远远少于前者。
在用地热卤水大规模提取锂之前，我们必须克服巨大的障碍。Whittaker说，与南美洲相比，美国地热卤水的锂含量“相对较低”。而且其中的其他元素，比如纳和钾的浓度往往比锂高很多，会干扰提取。他表示，目前，地热发电厂运营商把热卤水抽取到地面的速度，远远超过提取锂之后的卤水输回地下的速度，这意味着在这一过程中，他们无法获得尽可能多的价值。
虽然存在技术难题和商业挑战，美国能源部和私营合作伙伴还是认为地热提取前景可观。根据卤水的化学成分和体积，他们粗略估计，大量锂藏在加州南部的一个超级咸水湖下方——索尔顿湖。
“无论怎么分割，（索尔顿湖下面）大量的锂可以满足未来十年美国对电动汽车电池的需求，”Whittaker说：“甚至可能是几十年。”
矿渣回收
一些研究人员和企业认为，可以从老化和废弃的矿山中，找到能源转型所需的资源。
比如第N次循环公司（Nth Cycle），这家初创公司开发了从矿渣、低级矿石和废弃的电动汽车电池等寿命终结的物品中，提取钴、镍和锰等电池金属的技术。它的核心技术被称为“电解提取”（electro-extraction），不用刺激性化学物质，也不用开采和回收中常用的高温炉，只用电力，这些电力可以由再生能源提供。矿渣通过一系列电气化的碳过滤器，从粉碎的液化岩石中，有选择性地去除金属，公司创始人、首席执行官Megan O’Connor将这个过滤器比作巨大的碧然德滤水器。
2017年，第N次循环公司成立；在此之前，O’Connor在完成博士学位的同时，对金属提取过程进行了优化。她说，公司28平方米的过滤系统可以运输到采矿现场。公司数据显示，它们能从被认为是废料的材料中，榨取出多达95%的剩余金属。2022年2月，这家公司在融资中筹得1250万美元，计划将在今年晚些时候宣布首批矿业客户。
近十年来，美国能源部一直在研究能否从煤灰等煤矿废弃物中提取稀土元素；这是一种具有化学活性的金属元素，被用于海上风力涡轮机、电动汽车发动机和半导体器件。2月，能源部宣布，计划建立1.4亿美元的提取和分离设施，看看几百座急需清理的矿渣处理场能否也提供一些有价值的东西。
“无论是留下来的灰池，还是顽固的酸性矿井排水，总能从现有的遗留下来的材料中提取资源，我们在向着这个方向发展，”Hollett说：“同时也存在补救问题。”
深脱碳
矿工从岩石中提取有价值的东西后，通常会把有毒的废物，即尾矿埋在现场。但如果采矿作业在某些特定的岩石上进行，也就是镁含量高、碱性强的超基性岩石，那么这些尾矿会吸收空气中的碳。
在不列颠哥伦比亚省阿特林，塔库河特林吉特第一民族传统领地，人们正在对潜在的采矿地点进行试验监测和核查。供图：ANDREW MATTOCK
人们在不列颠哥伦比亚省以前的采矿场，测量二氧化碳的吸收情况。供图：BETHANY LADD“在超基性岩石尾矿，我们发现它们吸收了大气中的二氧化碳，并将之以固体矿物的形式存储，”不列颠哥伦比亚大学地质学教授Greg Dipple说：“这是最持久的碳存储形式。”
Dipple的研究还显示，超基性岩石尾矿本身每年可以吸收几万吨二氧化碳。但他说，通过一些相对简单、低成本的措施，可以让吸收率提高到三四倍，比如搅拌尾矿，让新鲜的岩石暴露在空气中，给这些粉末状废弃物添加或去除水分。再加上可再生能源、氢或电动汽车的使用，Dipple认为，这种形式的碳捕获有可能让某些矿山的达到碳负性，这意味着它们从空气中吸收的碳比产生的碳更多。
2021年，Dipple和几位同事成立了卡宾矿业公司（Carbin Minerals），旨在把他们的技术商业化。该公司主要与处理超基性岩石的镍矿开采方合作，目前正在与多家矿商谈判合作协议。4月，在埃隆·马斯克的XPRIZE碳去除竞赛中，这家初创公司成为15位具有里程碑意义的获奖者之一。所有获奖团队都必须展示如何利用自己的技术，吸收空气中几十亿吨二氧化碳。Dipple说，卡宾矿业公司收到的100万美元奖金将有助于加速早期研究，从而把这项技术应用于更多的岩石。
“再加上关键金属和电池金属所需供应链的预期增长，每年这项技术的规模可以达到数十亿吨，”Dipple说。
“尽可能做到可持续”
新技术带来了希望，未来我们可以更环保、可持续地采矿，但很多技术仍需要多年时间才能实现大规模商业应用，如果有可能实现的话。更清洁的采矿方法只是其中一道难题：我们还需要更好地回收废弃太阳能板、电动汽车电池，以及其他技术，从而减少未来的采矿需求。最后，还需要更严格的法律法规，以确保为满足金属日益增长的需求而扩大采矿时，得到当地社区的同意，并直接为这些社区带来收益。
虽然采矿作业永远不可能毫无影响，但Bridgwater表示，这个行业可以做得更好，而且也有义务去尝试。
“从根本上说，采矿就是提取材料，”Bridgwater说：“为此总是需要能量，总会产生某种形式的印记。我们的目标是‘尽可能做到可持续’。”
（译者：sky4）
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