2023年2月23日Alex Smith评论
考虑到石墨在储能技术中日益重要的意义，一组西北大学研究人员进行了一项研究，寻找减少对这种高需求矿物进口依赖的方法，从电动汽车到手机，稀土控制着一切。
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这篇论文发表于2月15日th2023年，在杂志上环境科学与技术．这是美国第一次合成和天然石墨材料流分析，它考虑了石墨的11种最终用途，3种回收途径和2个废物管理阶段。
如果我们想在国内生产更多的电池，我们就需要增加石墨的产量。但问题是，我们如何才能以一种有助于实现脱碳目标的方式做到这一点?
Jennifer Dunn，西北大学化学工程师
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弹性中心主任。这篇论文的共同作者是张金瑞，他在研究开始时是化学和生物工程的博士后学者，以及梁超，他之前是西北大学可持续发展与能源研究所(ISEN)的成员。在邓恩的研究小组中，两位合著者都是校友。
美国主要使用合成石墨，这种石墨是由化石燃料工业的副产品形成的，并在石墨和电动汽车(ev)等技术之间建立了矛盾的关系，这些技术旨在减少温室气体排放，消除运输中的化石燃料供应链。
另外，天然石墨来自矿场，然后进口到美国，主要来自中国。在美国，几乎所有的石墨都用于制造钢铁生产的电极。由于美国电池供应链的增长，《通货膨胀减少法案》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)。
考虑到石墨在锂离子电池等储能技术中日益重要的意义，该团队进行了这项分析，以确定这种矿物的主要生产路线，其主要用途和通过回收减少消耗的机会。本研究使用了2018年的数据，这是最近一个有足够信息进行此类检查的时期。
2018年，美国使用的大部分石墨是合成石墨，其中63%的石墨是在国内生产的。与开采天然石墨相比，生产合成石墨排放的温室气体更多(天然石墨的温室气体排放量低62%至89%)。合成石墨也更加昂贵。美国不仅开采天然石墨，还进口石墨，主要是从中国进口。
作为除金属之外唯一导电的材料，石墨的主要应用是在炼钢中作为电极。随着低碳钢需求的增加，电极制造中可能会使用更多的石墨。
石墨在炼钢时燃烧和消散，就像石墨铅笔在写字时消失一样。虽然有可能回收耗散的石墨，但这几乎是不可能的，从而削弱了通过循环利用回收矿物的机会。从锂离子电池中回收石墨的技术正在不断发展，但仍不普遍。
Dunn表示，部分集中在国内资源和含石墨产品(如锂离子电池)的回收上，取决于当前供应链可能的波动性和可能不断增长的需求。
你可以从回收锂离子电池中回收一些石墨，但电池的寿命很长，所以你可能需要10年才能从寿命到期的电动汽车中回收石墨。然而，我们也在美国建立生物经济，这包括用生物质生产石墨。除了从化石燃料工业副产品或采矿中生产石墨之外，这开辟了另一种供应选择。
Jennifer Dunn，西北大学化学工程师
随着《2022年通货膨胀减少法案》的通过，更多的资金将流向国内回收和采购石墨的应用，邓恩表示，美国需要做好转变的准备。
该研究由美国国家科学基金会未来制造计划(NSF CMMI-2037026)资助。
期刊引用:
张。J。,等．(2023)美国的石墨流动:对能源转型关键因素的洞察。环境科学与技术．doi.org/10.1021/acs.est.2c08655．
来源:https://www.northwestern.edu/