提高国内石墨产量有助于绿色能源转型

鉴于石墨在储能技术中的重要性日益增加，西北大学的一个研究小组进行了一项研究，探索如何减少对这种高需求矿物进口的依赖，这种矿物为从电动汽车 (EV) 到手机的一切事物提供动力。

该论文于上周(2 月 15 日)发表在《环境科学与技术》杂志上，是美国第一份天然和合成石墨材料流分析，并考虑了石墨的 11 种最终用途应用、两个废物管理阶段和三个回收途径。

“如果我们想在国内生产更多的电池，我们将需要增加石墨的产量，”西北大学化学工程师詹妮弗邓恩说。“但问题是，我们如何才能以有助于实现脱碳目标的方式做到这一点?”

邓恩是西北大学麦考密克工程学院化学和生物工程副教授，也是工程可持续性和恢复力中心的主任。该论文由 Jinrui Zhang 合着，他在研究开始时是化学与生物工程博士后学者;和 Chao Liang，之前是西北大学可持续发展与能源研究所 (ISEN) 的成员。两位合著者都是邓恩研究小组的校友。

美国主要使用合成石墨，它是从化石燃料工业的副产品中生产出来的，这在石墨和电动汽车(EV) 等技术之间形成了一种矛盾的关系，这些技术旨在从运输中去除化石燃料供应链并减少温室气体排放。

另一方面，天然石墨来自矿山，主要从中国进口到美国。美国使用的几乎所有石墨都用于钢铁制造的电极。随着美国电池供应链的发展，《降低通货膨胀法》等措施旨在鼓励在美国制造的电池中使用国内采购的材料(包括石墨)。

鉴于石墨在锂离子电池等储能技术中的重要性日益增加，该团队进行了这项分析，以描述该矿物的主要生产路线、其主要用途以及通过回收减少消耗的机会。该研究使用了 2018 年的数据——具有足够数据进行此类分析的最近时期。

2018 年美国消耗的大部分石墨是合成石墨，其中 63% 的石墨在国内生产。合成石墨的生产比开采天然石墨排放更多的温室气体(天然石墨的温室气体排放量低 62% 至 89%)。合成石墨也更昂贵。然而，美国并不开采天然石墨，而是主要从中国进口。

作为除金属外唯一导电的材料，石墨的主要用途是炼钢中的电极。随着对低碳钢的需求增加，电极生产可能会消耗更多的石墨。在炼钢过程中，石墨会燃烧并消散——就像您用石墨铅笔写字时石墨铅笔开始消失一样。虽然回收散逸的石墨并非不可能，但这种情况很少发生，这减少了通过回收利用来回收矿物的机会。从锂离子电池中回收石墨的技术日趋成熟，但尚未普及。

Dunn 表示，对锂离子电池等含石墨产品的国内来源和回收利用的部分关注是基于当前供应链的潜在不稳定性和预计不断增长的需求。

“你可以从回收锂离子电池中回收一些石墨，但电池可以使用一段时间，所以可能需要十年时间才能从寿命即将结束的电动汽车中回收石墨，”邓恩说。“然而，我们也在美国建设生物经济，这可能包括从生物质中制造石墨。这开辟了另一种供应选择，而不是从化石燃料工业副产品或采矿中制造石墨。”

随着 2022 年通货膨胀减少法案的通过，更多资金将转向使用国内采购和回收的石墨，Dunn 表示美国需要做好转变的准备。