全世界的脫碳進(jìn)程，迅速增加了各國對“鋰（Li）”這種金屬元素的需求。
鋰的化學(xué)性質(zhì)使其成為了新能源汽車動力電池和儲能電池領(lǐng)域中至關(guān)重要的元素，鋰也因此被稱為“電池金屬”。
由于能源、制造業(yè)甚至國防對鋰元素的顯著需求，鋰供應(yīng)鏈的安全舉足輕重。
在美國，《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》要求到2030年，電動汽車電池組件使用的原材料必須全部在國內(nèi)采購。
然而，全球鋰資源的分布并不是均勻的。53%的鋰資源都分布在南美洲的鋰三角地區(qū)（玻利維亞、智利、阿根廷），其次是澳大利亞、中國和美國。
根據(jù)Statista數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)，美國的鋰供應(yīng)僅排在世界第五。并且，據(jù)路透社估計(jì)，到2030年美國對鋰電池的需求還將增長六倍以上。
不管是現(xiàn)在還是未來，美國都很缺鋰。
不過，一項(xiàng)由美國能源部國家實(shí)驗(yàn)室（NETL）牽頭的最新研究發(fā)現(xiàn)，在賓夕法尼亞的阿巴拉契亞山脈的部分地區(qū)，使用水力壓裂方式開采石油和天然氣所產(chǎn)出的廢水，竟然有潛力滿足美國將近一半的鋰需求。
該項(xiàng)目的首席研究員賈斯汀·麥基（Justin Mackey）表示：“阿巴拉契亞的鉆探熱潮產(chǎn)生了大量被視為廢物的采出水。我們發(fā)現(xiàn)，與其他頁巖地層產(chǎn)出的水相比，從馬塞勒斯頁巖井中排出的廢水，含有大量鋰元素。”
圖說：馬塞勒斯頁巖范圍、采出水采樣位置，不同顏色代表鋰濃度的變化
來源：Mackey, J. et al.
馬塞勒斯氣田，是一個(gè)位于阿巴拉契亞中部地區(qū)下方非常規(guī)地層——馬塞勒斯頁巖層的天然氣田。
馬塞勒斯頁巖是與中泥盆世火山活動同時(shí)沉積的，并形成了火山灰夾層床。這種非常規(guī)地層微小的孔隙空間內(nèi)蘊(yùn)藏著石油和天然氣，目前的技術(shù)需要以大量的水來壓裂地層開采這些礦藏。
而在這個(gè)過程中，火山灰中的鋰會從地層孔隙中匯入廢水，這也是為什么采出水中會蘊(yùn)含大量的鋰。
“水力壓裂”這項(xiàng)技術(shù)曾于過去的10年中在美國被大范圍推廣，而經(jīng)過這項(xiàng)開采技術(shù)產(chǎn)生的采出水，原本是一種“液體廢物”。
美國的環(huán)境保護(hù)者近年來也越發(fā)擔(dān)憂，這項(xiàng)技術(shù)對水源造成的污染會威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和居民身體健康，并對地質(zhì)環(huán)境帶來極大的傷害。
圖說：賓夕法尼亞州迪莫克山區(qū)的水力壓裂井
來源：City Journal
麥基介紹到，“石油和天然氣開采廢水是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。目前，這些廢水只是進(jìn)行了最低限度的處理以過濾掉其中的固體，然后就會被重新注入其他井場?！?/span>
而天然氣開采運(yùn)營商最近報(bào)告的從采出水中發(fā)現(xiàn)的鋰元素，為廢水的處理打開了新思路。
研究小組使用了賓夕法尼亞州公共廢物合規(guī)數(shù)據(jù)和蒙特卡羅（Monte-Carlo）統(tǒng)計(jì)法來估算來自該州馬塞勒斯頁巖的采出水的鋰總產(chǎn)量。
合規(guī)性數(shù)據(jù)來自覆蓋了515口井的595份報(bào)告，而蒙特卡羅概率模型則量化了賓夕法尼亞州采出水的年鋰產(chǎn)量潛力，并提供了相關(guān)結(jié)果的置信區(qū)間，以減少估算結(jié)果的不確定性。
結(jié)果顯示，在全州范圍內(nèi)，廢水鋰產(chǎn)量每年可達(dá)到約為1140–1180噸。而目前美國國內(nèi)每年的鋰消費(fèi)量估計(jì)為3000噸。
圖說：根據(jù)蒙特卡羅模擬，賓夕法尼亞州頁巖氣作業(yè)的預(yù)計(jì)鋰（Li）年產(chǎn)量分布
來源：Mackey, J. et al.
假設(shè)提取鋰的效率可以達(dá)到百分之百，來自賓夕法尼亞州兩個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)的馬塞勒斯頁巖生產(chǎn)廢水可以滿足當(dāng)前美國年度鋰消耗的38%-40%。
研究人員表示，即便實(shí)際數(shù)據(jù)與他們的估值偏離一個(gè)甚至兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，鋰的潛在產(chǎn)量也將滿足美國當(dāng)前國內(nèi)消費(fèi)的30%以上。
并且，除了已經(jīng)被開發(fā)的天然氣井，據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局估計(jì)，馬塞勒斯地區(qū)還有尚未發(fā)現(xiàn)的天然氣儲量約96萬億立方英尺。NETL報(bào)告表明，馬塞勒斯氣田的生產(chǎn)壽命可能超過幾十年。而賓夕法尼亞州尚未被開發(fā)的中北部，更是分析中鋰濃度最高的地區(qū)之一。
“最終，我們的結(jié)果表明，馬塞勒斯采出水的鋰產(chǎn)量非?？捎^，鋰的額外增值可以抵消相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和水處理成本，包括碳足跡成本，同時(shí)提供重要的國內(nèi)鋰資源?！?麥基表示。這一發(fā)現(xiàn)也被認(rèn)為能夠支持美國的化石能源轉(zhuǎn)型。
