リチウム電池依存による環境コストの急上昇

まさに現代的な謎です。スマートフォンのバッテリーと、チベットの川に漂う死んだヤクを結びつけるものは何でしょうか？答えはリチウムです。スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、電気自動車に電力を供給する、反応性の高いアルカリ金属です。

2016年5月、チベット高原東端の町タゴンの路上に、数百人の抗議者が死んだ魚を投げ捨てた。彼らは、甘孜州栄達リチウム鉱山からの有毒化学物質の流出によって地元の生態系が壊滅的な被害を受けたリキ川の水域から、それらの魚を拾い集めたのだ。

川面に大量の魚の死骸が浮かんでいる写真が複数あります。目撃者によると、汚染された水を飲んで死んだ牛やヤクの死骸が下流に漂っているのを見たという証言もあります。この地域では、スマートフォンや電気自動車向けのリチウムイオン電池の世界最大のサプライヤーであるBYDの操業を含む、鉱業活動が急増しており、7年間で3件目の事故となりました。2013年の2回目の事故の後、当局は鉱山を閉鎖しましたが、2016年4月に再開すると、魚は再び死に始めました。

リチウムイオン電池は、地球環境の浄化に向けた取り組みにおいて不可欠な要素です。テスラ モデルSのバッテリーには約12キログラムのリチウムが搭載されていますが、再生可能エネルギーのバランスをとるためのグリッドストレージソリューションには、はるかに多くのリチウムが必要になります。

リチウムの需要は飛躍的に増加しており、2016年から2018年の間に価格は2倍になった。コンサルタント会社ケアン・エナジー・リサーチ・アドバイザーズによると、リチウムイオン産業は2017年の年間生産量100ギガワット時（GWh）から2027年には800GWh近くにまで成長すると予想されている。

メタル・ブレティンの調査責任者、ウィリアム・アダムズ氏によると、現在の需要の急増は、中国政府が第13次五カ年計画で電気自動車への大規模な推進を発表した2015年にまで遡るという。これによりリチウム採掘プロジェクトの数は飛躍的に増加し、「さらに数百件のプロジェクトが進行中」だとアダムズ氏は述べている。

しかし、問題があります。世界が化石燃料をクリーンエネルギーに置き換えようと躍起になっている中、その転換に必要なリチウムの確保が環境に与える影響は、それ自体が深刻な問題となる可能性があります。「最新かつ最もスマートなデバイスへの飽くなき欲求によって引き起こされる最大の環境問題の一つは、深刻化する鉱物資源危機、特にバッテリー製造に必要な鉱物資源の不足です」と、エルゼビアのアナリスト、クリスティーナ・ヴァリマキ氏は述べています。

南米における最大の問題は水だ。アルゼンチン、ボリビア、チリの一部にまたがるこの大陸のリチウム・トライアングルは、その幻想的な塩湖の下に、世界のリチウム供給量の半分以上を埋蔵している。また、ここは地球上で最も乾燥した地域の一つでもある。これは深刻な問題だ。なぜなら、リチウムを採掘するには、まず塩湖に穴を掘り、塩分を多く含みミネラル豊富な海水を地表に汲み上げる必要があるからだ。

その後、数ヶ月間蒸発させ、まずマンガン、カリウム、ホウ砂、リチウム塩の混合物を作り、これを濾過して別の蒸発槽に移す、という作業を繰り返す。12～18ヶ月後、混合物は十分に濾過され、白い金とも言える炭酸リチウムを抽出できるようになる。

これは比較的安価で効果的なプロセスですが、大量の水を使用します。リチウム1トンあたり約50万ガロン（約2万4千リットル）です。チリのアタカマ塩湖では、採掘活動に地域の水の65%が消費されています。これは、キヌア栽培やラマ飼育を行う地元農家に大きな影響を及ぼしています。この地域では、既に一部のコミュニティが他所から水を汲み上げている状況です。

チベットで発生したように、蒸発プールから有毒化学物質が水源に漏れ出す可能性もあります。これには、リチウムを販売可能な形に加工するために使用される塩酸などの化学物質や、各段階で塩水からろ過される廃棄物が含まれます。オーストラリアと北米では、リチウムはより伝統的な方法で岩石から採掘されていますが、有用な形で抽出するためには依然として化学物質の使用が必要です。ネバダ州での研究では、リチウム加工施設から下流150マイル（約240キロメートル）まで魚類への影響が確認されました。

地球の友の報告書によると、リチウム採掘は土壌を損傷し、大気汚染を引き起こすことが避けられない。アルゼンチンのオンブレ・ムエルト塩湖では、リチウム採掘によって人間や家畜、そして農作物の灌漑に利用される小川が汚染されていると地元住民が主張している。チリでは、鉱山会社と地元住民の間で衝突が発生しており、地元住民はリチウム採掘によって廃棄された塩の山や、不自然な青色に染まった汚染水で満たされた水路が景観を損なっていると主張している。

「他の採掘プロセスと同様に、これは環境を侵略し、景観に傷をつけ、地下水を破壊し、土壌と地元の井戸を汚染します」と、チリ大学のリチウム電池専門家、ギジェルモ・ゴンザレス氏は2009年のインタビューで述べた。「これは環境に優しい解決策ではありません。そもそも解決策ではないのです。」

しかし、現代の充電式バッテリーにおいて、リチウムは最も問題となる成分ではないかもしれない。リチウムは比較的豊富に存在し、理論的には将来、非常にエネルギーを消費するプロセスを経てではあるが、海水から生成できる可能性がある。

もう一つの主要原料であるコバルトとニッケルは、電気自動車への移行を阻害し、莫大な環境コストをもたらす危険性がより高い。コバルトはコンゴ民主共和国と中央アフリカ全域に大量に産出され、他の地域ではほとんど見られない。価格は過去2年間で4倍に上昇している。

金属鉱石として地中から採掘された時点では無毒なほとんどの金属とは異なり、コバルトは「特に恐ろしい」と、電池材料会社シラ・ナノテクノロジーズの最高技術責任者兼創業者のグレブ・ユシン氏は言う。

「コバルト採掘の最大の課題の一つは、それが一つの国に集中していることです」と彼は付け加える。文字通り土地を掘り返せばコバルトが見つかる。そのため、採掘して売ろうという強い動機があり、その結果、安全で倫理に反する行動に走る動機が高まっているのだ。」コンゴには「職人鉱山」があり、そこではコバルトは手作業で地中から採掘されており、多くの場合、児童労働が用いられ、防護具も使用されていない。

政治的な側面も考慮する必要がある。ボリビアが2010年頃からリチウム資源の開発を開始した際、その膨大な鉱物資源は、貧困国であるボリビアに中東の石油資源国に匹敵する経済的・政治的影響力を与える可能性があると主張された。「彼らは新たなOPECに金を払いたくないのです」と、昨年電気自動車用バッテリー生産の環境フットプリントに関する報告書を共同執筆したスウェーデン環境研究所IVLのリスベス・ダーロフ氏は述べている。

ネイチャー誌に最近掲載された論文で、ユシン氏と共著者らは、より一般的で環境に優しい材料を用いた新しい電池技術の開発が必要だと主張した。研究者たちは、コバルトとリチウムをより一般的で毒性の低い材料に置き換える新しい電池化学反応の開発に取り組んでいる。

しかし、新しいバッテリーがリチウムよりもエネルギー密度が低かったり、高価だったりすると、環境全体に悪影響を及ぼす可能性があります。「環境コストの評価と削減は、一見したよりも複雑な問題です」とヴァリマキ氏は言います。「例えば、耐久性は劣るものの、より持続可能なデバイスであっても、輸送や追加の梱包を考慮すると、より大きな二酸化炭素排出量につながる可能性があります。」

バーミンガム大学では、政府の2億4,600万ポンドのバッテリー研究のためのファラデー・チャレンジの資金提供を受け、リチウムイオンのリサイクルの新たな方法を模索しています。オーストラリアの調査によると、国内の3,300トンのリチウムイオン廃棄物のうち、リサイクルされているのはわずか2%でした。不要になったMP3プレーヤーやノートパソコンは最終的に埋め立て処分され、電極の金属や電解質のイオン流体が環境に漏出する可能性があります。

バーミンガム・エネルギー研究所が率いる研究コンソーシアムは、原子力発電所向けに開発されたロボット技術を活用し、爆発の危険性があるリチウムイオン電池を電気自動車から安全に除去・解体する方法を研究している。リチウムイオン電池が不適切に保管されていたり、鉛蓄電池に偽装されて破砕機にかけられたりしたリサイクル工場で、火災が相次いでいる。

リチウムカソードは経年劣化するため、新しいバッテリーにそのまま使用することはできません（ただし、エネルギー密度がそれほど重要でないエネルギー貯蔵用途に古い車載バッテリーを使用する取り組みはいくつか行われています）。「電気化学特性を持つあらゆるバッテリーのリサイクルにおいて、これが問題です。バッテリーの寿命がどの段階にあるのか分からないのです」と、ZapGoのCEO兼創設者であるスティーブン・ヴォラー氏は述べています。「だからこそ、ほとんどの携帯電話のリサイクルは費用対効果が低く、このような混乱状態になってしまうのです。」

ファラデー研究所のリチウムリサイクルプロジェクトのギャビン・ハーパー博士によると、もう一つの障壁は、メーカーが当然ながら自社のバッテリーに実際に何が含まれているかを秘密にしていることであり、これが適切なリサイクルを困難にしているという。現在、回収されたセルは通常、細断されて金属混合物となり、その後、乾式冶金法（燃焼）で分離される。しかし、この方法では大量のリチウムが無駄になってしまう。

英国の研究者らは、バクテリアを使って材料を処理する生物学的リサイクルや、塩水からリチウムを抽出するのと同じような方法で化学物質の溶液を使用する湿式冶金技術など、代替技術を研究している。

ハーパー氏にとって、それはリチウムイオン電池をそのライフサイクル全体を通して安全に管理するためのプロセスを構築し、不必要に地中から採掘したり、古い電池に含まれる化学物質が環境や社会に悪影響を与えたりしないようにすることです。「これらの電池に使用されているすべての材料は、採掘時点で既に環境と社会に影響を与えていることを考えると、適切な管理を確実に行う必要があります」と彼は言います。

追加レポートと画像キャプション：アビゲイル・ビール

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この記事はWIRED UKで最初に公開されました。