Yannick Peysson
法国石油研究院研发项目经理
Ghislain Trullenque
法国拉萨尔大学地热研究员、欧洲MEET项目
（跨学科、多情境增强型地热系统勘探示范项目）协调员
Arnaud Baudot
法国石油研究院可持续交通战略性金属材料
研发主任
随着能源转型的推进和对锂需求的增加，地热锂作为一种战略性资源备受关注。地热水中含有丰富的可溶性锂离子，是一种未经工业化开采的潜在锂储备。通过新技术的研发，如直接锂提取（DLE）技术和离子交换技术，已经取得了一定的进展，为地热提锂提供了可行性。地热锂对能源转型有何重要意义？当前地热提锂技术面临哪些挑战？如何解决这些挑战以实现可持续的地热提锂？
锂作为一种珍惜资源，对能源转型至关重要，但迄今为止，欧洲尚无大规模锂矿开采。
其实，欧洲的锂资源储量约为500万吨，占世界总量的6.9%。
法国还有另外一个锂来源：天然地热水中丰富的可溶性锂离子——这是一种从未进行过工业化开采的锂储备。
地热锂资源具有战略意义：无须送至海外提炼、可再生、对环境影响较小。
法国等欧洲国家正在开发和测试几种地热提锂的新技术。
技术虽然在不断发展，但暂时还不足以达到工业化应用的规模。
锂作为一种珍惜资源，对能源转型至关重要，被称为“白色黄金”。2022年，锂主要由三个国家开采：澳大利亚（占全球总量的47%）、智利（26%）和中国（17%）[1]。全球开采的锂有三分之二在中国加工。欧盟已将锂认定为关键原材料金属。绿色能源行业尤其需要锂，用于生产新能源汽车电池，但欧洲的锂目前主要依靠进口。
迄今为止，欧洲尚无大规模锂矿开采。欧洲的锂资源储量约为500万吨，占世界总量的6.9% [2]。然而，法国还有另外一个锂来源：天然地热水中丰富的可溶性锂离子——这是一种从未进行过工业化开采的锂储备。
01
电池中的锂从何而来？
世界各地有两种锂开采模式。一是矿石开采：澳大利亚有富含锂的岩石——锂辉石伟晶岩，其他地区有含锂的花岗岩、粘土。二是卤水提锂：智利有富含锂的盐湖，卤水在盐田里蒸发浓缩，然后再通过物理化学手段从中提取碳酸锂。
地热发电厂通过抽取天然地下热水获取热量、发电，用完的冷水注回地下。法国部分地区的地热水中发现了大量的锂：东部的Soultz-sous-Forêts发电厂使用的地下盐水中，每升含有200毫克的锂[3]。法国拉萨尔大学地热研究员Ghislain Trullenque说：“地热锂处于动态循环的地热水系统中。水回到地下后，又会溶解更多的锂。传统采矿开采的都是远古形成的资源，不具有可再生性。”
地热提锂目前有几种新技术。近十年来，法国矿业集团Eramet和法国石油研究院（IFP）通过EuGeli联合研究项目开发了直接锂提取（DLE）技术，可大幅提升从卤水中提取锂的效率，并针对地下热水的特点进行了工艺优化。据法国石油研究院可持续交通战略性金属材料研发主任Arnaud Baudot介绍：“该技术使用氢氧化铝制成的层状材料吸附氯化锂。”DLE样机实现了欧洲地热提锂从0到1的突破[4]。2023年底，法国瑞特朔芬（Rittershoffen）地热发电厂安装了一套试点设备，以验证DLE在实际中的地热提锂效率。Baudot指出：“DLE技术提取的锂，符合制造锂电池的质量标准。”德国企业Vulcan Energy也在测试一项类似的DLE技术。
还有另一种工艺是离子交换：让富含锂的水在过滤器中循环。法国企业Geolith正在英国康沃尔郡进行半工业规模测试。Baudot补充道：“欧美还有其他项目。法国有不少从事锂开采和提炼技术开发的企业，生态系统创新氛围浓厚，所以遥遥领先。”
然而，即使技术在进步，现在尚无法实现大规模的地热提锂。法国石油研究院研发项目经理Yannick Peysson说：“地热提锂有诸多优势：地热水中的锂可直接使用，不需要像卤水或含锂岩石那样，要将原材料运往中国进行提炼。”另一个好处是对环境影响较小。Trullenque指出：“只需现有的地热发电厂里增加一套设备就足够了。即使要建造一个新的地热发电厂，建设面积也比传统的锂矿或卤水提锂项目要小得多——锂矿开采须挖掘数百万立方米的岩石，卤水提锂则要建造大型蒸发池。地热提锂须抽取地下水，这种水本来就不能喝，但是提取后可以注回地下，待溶解更多锂离子后再抽取上来。”锂提取到地表后，加工处理使用的能源可以直接使用地热发电厂的能源。Baudot补充道：“在蒸发池中提取一吨锂，消耗250-450立方米的水[5]。锂岩矿开采，消耗150立方米的水。地热提锂，仅需几十立方米。”
02
地热锂：优势诸多的战略性资源
随着锂需求大幅增长，地热锂已成为一种战略资源。从2017年到2022年，由于新能源汽车销量激增，能源领域的锂消耗量增长了两倍。根据国际能源署估计，如果世界各国宣布的气候承诺都落实，锂的需求量到2030年将增加到3.5倍，到2050年将增加到9.5倍。欧洲的地热锂储备够吗？Eramet的目标是年锂产量足以供应25万个新能源汽车电池。Peysson说：“目前对全球地热锂资源储备尚未探明。地热提锂项目若想运营盈利，地热盐水的最低锂浓度应达到100mg/L左右。”对全球48个地区的不完全评估表明，地热锂储备与盐滩锂、岩石锂处于同一数量级[6]。
Peysson指出：“目前最大的问题是尾液回注后，重新溶解锂的时间要多久？有多家研究机构正在攻克这一问题。”随着开采不断推进，地下含水层中的锂逐渐耗尽，地热水循环经过的岩石会相应地发生变化，然后才可能再次使得水富含锂。Trullenque总结说：“地热水循环系统，可谓是天然的含锂卤水再生库，具有巨大的开发潜力。未来应充分了解地热水补锂的具体机制，方可实现可持续的地热提锂。”
作者
Ana?s Marechal
编辑
Meister Xia
1. IEA (2023), Critical Minerals Market Review 2023, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/critical-minerals-market-review-2023, Licence: CC BY 4.0
2. D’après le BRGM cité dans : Ministère de la transition écologique, La mobilité bas-carbone, Choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles, édité par Commissariat général au développement durable, février 2022.
