地热能能成为制造“绿色”电动车电池的关键吗？

蒸汽从冰岛Myvatn地热区的地热池塘中升起。拍摄这张照片的人是Job Savelsberg在Unsplash上。

地热能领域的技术创新和工程进步终于可以加快这一长期以来最具潜力但资金不足的可再生能源形式的发展。

而且我们或许要感谢电动汽车，因为它们有可能极大地促进这一过程。电动汽车的电池需要关键的金属和矿物。其中最为突出的是锂和镍（这两种金属最为突出），但也包括锰、钴和石墨（还包括石墨）。但是，加工这些材料会带来环境代价高昂。

专家现在估计，仅在美国西海岸的地热卤水中就可能含有足够的锂，可以满足美国的所有锂需求，以及全球需求的40%到50%。地热能源能否一石二鸟：既成为重要的新的可再生能源来源之一，又能为电动汽车电池提供“清洁”的锂源？

地热这种能源已经存在了很长时间。这个概念其实很简单。简单来说，这就是地热能源。这些热量可以被提取出来，用来产生清洁的可再生能源。清洁、绿色且可再生。

地热目前在可再生能源领域仍是一个小玩家。如今，太阳能的成本已经低于2000美元。风能的成本下降幅度没有这么大。但地热能源的成本仍介于4500至6000美元每千瓦之间。

来源：美国能源信息管理局（EIA）

钻那么深到地下要花一大笔钱；在投入数千万美元之前，可能根本不带来任何回报，所以知道你要钻什么是很重要的。

获取足够强大的地热能来驱动发电厂或冶炼厂是地热面临的一个重大技术挑战。从地下提取的热量至少需要达到450°C，才能产生类似启动传统燃煤、燃油或燃气发电厂的能量输出。

冰岛已经取得了最大的进展之一。这个国家到处都是火山和火山活动。一个计划在2026年启动的火山地热项目，计划钻入岩浆来提取热量。好处在于，产生的蒸汽温度极高。地质学家称之为“高熵”，意思是热量含量非常高。然而，到目前为止，还没有广泛开发的技术能够承受这种高温。

但冰岛人也在尝试。他们和石油工程师及钻井工人一样，看到了这种和地球一样古老的能源潜力。

这张照片由 Ása Steinarsdóttir 拍摄，来自 Unsplash。

当然了，你如何提取这种能量取决于你需要钻探的深度以及热源是什么（例如，蒸汽、岩浆、地热卤水等）。找到合适的钻探地点是面对地热开发中的一个棘手挑战。

直到现在，利用地热资源的成本效益并不高。钻探需要大量资金和承担较高风险，希望发现足够的地热能源以证明投资是值得的。在可再生能源领域，风能和太阳能独占鳌头，相比之下，地热能只能算是一个小配角。这一切并非没有原因。

地热能仅占可再生能源总量的一小部分。资料来源：Rahman等人（2022）

2022年，全球对太阳能的投资达到了3080亿美金，根据彭博新能源财经的报道。地热投资仅占其中的一小部分，仅为数百万。但这种情况可能很快会改变。

清理电池供应链的需求出现。这可能成为地热能源真正发展起来的催化剂。

先说清楚一点。电动汽车已经比汽油车干净得多。即使在使用化石燃料发电的地方也不例外（不过在这种情况下，电动车减少碳排放的效果会慢一些）。

美国环境保护署在其揭秘页面上这样说。

实际上：这类电动汽车（EVs）通常比汽油车的碳排放更少，即使考虑到用于充电的电量，而且在能源利用效率上也高得多。

但是锂的来源却是一个环境问题，尽管它远不如由化石燃料引起的气候变化严重。

在露天矿（如澳大利亚的矿场），人们通过燃烧化石燃料产生的能量来爆破含有贵金属的岩石。在智利的阿塔卡马沙漠，地表盐水池中的锂被蒸发，但这也对当地生态系统产生了影响。

智利阿塔卡马沙漠的干燥盐滩是锂的重要来源。锂通过巨大的蒸发池提取出来。水蒸发后，锂留在后面。但专家表示，这一过程只提取约40%的锂，并对当地动植物造成不利影响。 NASA 地球观测站。

现在，地热能有望成为减少电池供应链碳排放的关键因素，特别是随着技术的进步，能够更好地利用更多高温、高能量的地热资源。

萨尔顿海，曾经是金矿开采的中心，很快可能成为锂矿开采的热点——而不需要进行任何爆破或采矿作业。这个位于南加州的内陆湖——萨尔顿海，拥有世界上一些最丰富的锂矿资源。

萨尔顿海是加州最大的湖泊。当风力加强时，有害化学物质可能会扩散到附近社区。然而，该地区也富含地热和锂矿液，这可能为这个正在萎缩且即将消亡的湖泊带来新的生命力。图片由 Greg Bulla 提供。

但即使在锂还未显示出其作为有价值商品的潜力之前，能源公司就已经开始开发这里的地热能，而这里的地热资源尤其丰富，整个美国山地西部地区也一样。

美国的地热资源位于10公里深处。资料来源：密歇根大学地热能源数据表

现在，一些能源公司正看到“一举两得”的机会，一方面生产清洁能源，另一方面利用这种无污染的可再生能源从卤水中提取锂。

据估算，加州萨尔顿海周围的地热田发电潜力大约为3000兆瓦（目前其已安装的容量仅为大约400兆瓦，这只是潜在容量的一小部分）。

萨尔顿海估计拥有约2950兆瓦的地热能潜力。但其锂矿资源潜力远高于地热能潜力。资料来源：Kaspereit等（2016）.

但这里的“金鹅”可能不在地热卤水中能产生多少电力（萨尔顿海的地热能源是以热水卤的形式存在，而不是蒸汽的形式）。卤水中富含锂，与露天矿山不同的是，锂无需从岩石中爆破和粉碎出来。相反，利用这种能源可以从卤水中提取锂。

专家估计地热卤水中的锂含量足以满足美国的锂需求，并且可以满足全球锂需求的40%到50%。锂离子电池的重要性远不止限于电动汽车，包括家用电池和为可再生能源提供间歇性储存的系统。

“附近加州大学河滨分校的地热专家迈克尔·麦基宾如是说：‘从长期来看，锂矿收入可能超过地热发电收入。’”

他说，这个过程形成了一种反馈机制，降低了地热能源生产的成本，因为这种能源现在实际上从锂提取的附加值中得到了补贴。

从盐湖中提取锂并利用地热能进行这项工作仍然处于起步阶段。EnergySource Minerals 是在萨尔顿海运营的地热公司之一，他们正在等待最终的许可程序。但他们希望在接下来的几年内开始利用地热能进行锂提取。类似的，还有其他公司在做类似的事情。

并将勘探石油和天然气的技能应用于地热能以及所谓的‘地下流体’（如锂）提取。

在加拿大石油重镇艾伯塔省，省长丹尼尔·史密斯赞扬了该省众多石油工程师的专长，并认为这些专长可以为开发地热能打下基础。

美国石油地质学家协会（AAPG）今年春季在Houston, Texas赞助了一场会议。会议的重点在于：如何利用石油行业的工程技术来开发地热能源。

但是，就像所有事情一样，这里也有取舍。加州最大的湖位于沙漠的中心地带，湖面一直在缩小（大部分用水需求来自农业）。

萎缩的湖泊暴露出了含有毒物质的湖底沉积物，湖底沉积物扬起的尘土导致周边地区的空气质量恶化。人们担心无论是通过地热还是其他方法提取锂可能会加剧这些问题。

但是，位于萨尔顿海的帝国县也非常需要工作。

使用地热能源的好处不仅限于那些幸运地在热液中发现锂的地方。这种清洁、可再生能源可以以一种更为“常规”的方式减少电池供应链中的碳排放。

印尼真是个拥有丰富地热资源的宝地，但大部分还处于未开发状态。印尼位于所谓的“火环”上，这个长达4万公里的构造带环绕着太平洋，这里不仅火山活跃，地震也频繁。

马蹄形区域被称为“火环”。该区域火山和地震活动频繁。图片来源：美国地质调查局（USGS）

这意味着表面之下有很多动静。该国镍的储量非常丰富——实际上拥有已探明的最大的储量。这种金属在电动车生产中也很重要。

但是提取镍是一个耗能很大的过程，需要炸碎或粉碎巨大的岩石，然后把这些岩石熔炼以提取镍。在印度尼西亚，这个过程通常由煤和其他化石燃料提供能源。这会导致冶炼厂附近社区的空气和水体污染，正如Vox在2022年报道的那样。

镍矿开采会大规模改变自然环境，以获取珍贵的镍金属。印尼大部分镍矿位于苏拉威西岛（如上图所示）和哈马黑拉岛。图片来源：安塔拉新闻社（2021）。

印尼大多数地热发电厂位于人口稠密的爪哇岛上，同时也位于苏门答腊岛上。然而，位于较为偏远的苏拉威西岛上，那里有大量的镍和煤炭开采活动，也开始自行设立地热发电厂。

印尼新总统普拉博沃·苏希托誓言在15年内关闭印尼所有燃煤和化石燃料发电厂。这无疑是一项非常艰难的任务。他的政府表示，需要至少235亿美元的投资来加速能源转型。不过至少他正在尝试。

“印尼拥有丰富的地热资源，”苏比亚诺在11月在巴西举行的G20峰会上说，“我们计划在未来15年内逐步淘汰燃煤和其他化石燃料发电。我们的计划还包括在此期间，我们将建设超过75吉瓦的可再生能源发电能力。”

企业家们已经开始看到将锂加工与地热能发电站开发相结合的经济机遇。在一个像印度尼西亚这样的国家，只要有足够的政治和财政支持，这确实是有道理的。美国等其他拥有地热资源的国家也应该采取类似的做法。