拉丁美洲的锂资源：一项动态的物质流分析研究，以及到2050年的二氧化碳、水和土地足迹评估

《Review of Materials Research》：Lithium in Latin America: A dynamic material flow analysis and mapping CO 2, water, and land footprints to 2050

锂三角及拉丁美洲其他27个拉美国家锂资源流动、需求及环境影响分析，显示2022年锂出口量是进口量的100倍以上，到2050年仍保持10倍差距。技术驱动方案可减少29 Mt二氧化碳排放，节约1384立方兆米水，恢复1973平方公里土地。研究强调需从资源出口转向制造回收全产业链，建议推广直接锂提取技术，加强区域合作与循环经济，提升本地价值链参与度。

　　全球范围内，电动化趋势正推动锂需求的快速增长，这对锂资源的可持续供应和生态影响带来了前所未有的挑战。本研究探讨了拉丁美洲和加勒比地区（LAC）的锂资源流动，包括“锂三角”国家（智利、阿根廷和玻利维亚）以及另外27个国家，分析了在不同技术情景下，至2050年的锂资源可持续性。研究结果揭示了一个显著的不平衡现象：2022年，锂出口（以碳酸锂当量LCE计算）比进口（含锂产品，转化为LCE）高出100倍以上，预计到2050年，这一差距仍将维持在10倍左右。通过技术驱动的方法，可以缓解这些影响，预计可减少多达2900万吨的二氧化碳排放，节约1384亿立方米的水资源，并恢复1973平方公里的土地。尽管拉丁美洲拥有丰富的锂资源，但其在全球价值链中的地位仍然边缘化。从资源供应者转变为综合参与者，需要可持续的采矿实践、本地制造业的投资以及回收系统的扩展，以确保经济收益与环境韧性并存。

锂在现代能源系统中扮演着关键角色，特别是在锂离子电池（LIBs）中，它因其高能量密度、长使用寿命和优越的电化学性能而成为主要的电荷载体。尽管正在探索替代电池技术，但这些技术往往在性能上难以与锂离子电池相媲美，因此短期内不太可能取代锂。过去十年，全球锂产量已增长超过三倍，预计到2050年将超过220万吨碳酸锂当量（LCE）。这种消费的增加引发了对锂供应链长期可持续性和韧性的担忧。以往的研究主要关注主要资源进口地区如美国、欧盟和中国，强调资源可用性、关键性以及电动汽车（EVs）在推动需求和未来废弃物生成中的作用。然而，对于生产地区所面临的环境负担、贸易不对称性和回收挑战的关注相对较少。此外，许多研究仅限于短期评估，忽略了长期回收整合的重要性。

拉丁美洲在全球锂供应中发挥着关键作用，其中“锂三角”地区拥有全球超过一半的锂资源。该地区的主要锂提取方式是基于盐湖的锂提取，其二氧化碳排放量远低于硬岩采矿，这使其成为未来供应情景中的一个可能首选。盐湖提取包括钻探地下水和缓慢的太阳能蒸发过程，这一过程带来了水使用、土地占用和废弃物生成等挑战，威胁到生态系统和当地社区。此外，该地区容易受到地震和干旱等自然灾害的影响，结合政治和经济不稳定，加剧了资源供应的风险。全球范围内的新冠疫情和持续的地缘政治紧张局势进一步突显了建立可靠和可持续锂供应的紧迫性。

尽管拉丁美洲拥有丰富的锂资源，但其在全球电池价值链中仍然处于边缘地位，主要出口原材料，而进口高价值技术。此外，该地区从报废电池中回收锂的潜力尚未得到充分探索，尽管国内市场需求正在增长，废弃物数量也在上升。本研究通过量化30个LAC国家的锂库存和流动，包括巴西、墨西哥、阿根廷、玻利维亚、智利、哥伦比亚和厄瓜多尔，来弥补这一空白。结合材料流分析（MFA）、情景建模和基于生命周期分析（LCA）的前瞻性环境足迹评估，我们评估了该地区在应对供应端挑战、减轻开采风险和管理环境影响方面的潜力。研究特别关注了通过从报废LIBs中回收锂，提高回收率，从而减少对初级开采的依赖。

本研究采用了两种情景分析：技术冻结情景（TFS）和技术创新情景（TES）。TFS假设没有技术进步，采矿和加工实践保持现状，导致环境影响因素在2050年不变。而TES则假设采用可持续采矿实践，包括技术创新、负责任的做法和循环经济原则。通过这两种情景，我们评估了不同技术路径对环境影响的潜在变化。TFS下的二氧化碳排放量预计在2050年达到580万吨，而TES则预计减少至330万吨，表明技术创新情景下具有显著的减排潜力。此外，TES下的水使用量和土地占用量也预计将显著减少，分别为198亿立方米和810平方公里，与TFS相比分别减少23%和76%。

研究还分析了不同国家在两种情景下的具体表现。例如，在TFS下，巴西的硬岩开采对排放的贡献较大，而智利和阿根廷的盐湖提取则相对环保。然而，TFS下的水使用量和土地占用量仍然较高，尤其是智利，其水使用量预计在2050年达到338亿立方米，土地占用量为2784平方公里。TES情景下，巴西的硬岩开采效率提高，对排放的贡献相对减少，而智利的盐湖提取则通过采用直接锂提取（DLE）技术，显著降低了水使用量和土地占用量。DLE技术通过化学吸附剂、离子交换膜或溶剂回收锂，减少了蒸发池的使用，但增加了淡水需求，这部分淡水则被处理并循环使用。

研究还分析了不同情景下锂的流动和库存变化。例如，在TFS下，2050年锂的总排放量为580万吨，其中智利、阿根廷和巴西分别贡献了37%、28%和26%。而TES情景下的排放量预计减少至330万吨，巴西贡献了35%，智利和阿根廷分别贡献了32%和25%。在水使用方面，TFS情景下预计达到338亿立方米，而TES情景下减少至198亿立方米。巴西的硬岩开采对水使用和土地占用的影响较大，而智利和阿根廷的盐湖提取则相对更高效。此外，研究还分析了不同情景下锂库存的变化，指出在TFS情景下，巴西、墨西哥和哥伦比亚将主导报废电池的库存，而在GD和TCEV情景下，库存将更加均衡。

本研究的敏感性分析表明，模型的主要不确定性来源于回收率和环境足迹因素。在回收方面，巴西的锂矿尾矿可能含有可回收的锂资源，而2022年的报废LIBs库存为0.8万吨，采矿废弃物为3.9万吨，预计到2050年，这些废弃物将达到21万吨。提高初级开采的回收率（从70%到85%）将有助于减少对新鲜材料的需求，同时降低潜在的填埋废物。此外，巴西的硬岩开采对排放的贡献远高于盐湖提取，因此提高淡水效率是减少排放的关键。

本研究还强调了拉丁美洲在锂供应链中的独特挑战和机遇。尽管该地区拥有丰富的锂资源，但其在全球价值链中的地位仍然边缘化。通过技术进步和政策支持，拉丁美洲有望从资源供应者转变为全球锂产业的重要参与者。例如，巴西和墨西哥的汽车制造业可能为本地电池生产提供基础，而智利和阿根廷的盐湖提取则可以通过DLE技术减少环境影响。此外，日本和中国的先进回收技术可能为拉丁美洲提供借鉴，帮助其建立更高效的回收体系。

综上所述，本研究揭示了拉丁美洲在全球锂供应链中的关键角色及其面临的挑战。通过技术创新、可持续开采和循环经济实践，拉丁美洲有望实现从资源供应者到综合参与者的转变，推动区域经济和环境的双重可持续发展。然而，这一转变需要政策支持、技术进步和区域合作，以确保锂资源的合理利用和环境的长期保护。