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「生産プロセスの各段階で最適化」環境に優しいリチウムバッテリーの生産

リチウムの生産プロセスの各段階で最適化することは、環境に優しいバッテリーを製造することに繋がりそうです。

“This information will help us achieve our goal of being carbon neutral by 2030.”

参照元：https://www.anl.gov/article/new-argonne-study-puts-charge-into-drive-for-sustainable-lithium-production
– 米国エネルギー省 アルゴンヌ国立研究所 DOE Argonne National Laboratory. JULY 13, 2021 –

（DOE）アルゴンヌ国立研究所の研究者らによる重要な研究により、リチウムの生産プロセスと、それが長期的な環境維持にどのように関連するかについて、特にバッテリーや電気自動車を搭載した輸送の分野において、重要な新知見が得られました。

Resources, Conservation & Recycling誌に掲載された論文「Energy, Greenhouse Gas, and Water Life Cycle Analysis of Lithium Carbonate and Lithium Hydroxide Monohydrate from Brine and Ore Resources and Their Use in Lithium Ion Battery Cathodes and Lithium Ion Batteries」は、世界最大級のリチウム生産会社であるチリのSQM社とのユニークな共同研究の成果です。

アルゴンヌのライフサイクル・アナリストであり、筆頭著者であるジャロッド・ケリー氏によると、研究者たちはSQMから提供された操業データを用いて、プロセスと場所の両方の観点から、リチウムの調達が関連する環境への影響に大きく影響することを発見しました。

ケリー氏は話します。

「その結果、濃縮されたリチウムブラインとそれに関連する最終製品のエネルギー消費量、温室効果ガスの排出量、二酸化硫黄の排出量、水の消費量は、使用する資源の配分方法によって大きく異なることが分かりました。」

研究者たちは、チリ北部のアンデス山脈近くにある大規模な塩田、アタカマ塩田から抽出した塩水ベースのリチウムをモデル化しました。

このリチウムは、大きな池で自然乾燥させ、水分を蒸発させてリチウムを濃縮し、不純物を取り除きます。

その後、原料とエネルギーを加えて、炭酸リチウムと水酸化リチウムを製造します。

この2つの最終製品は、世界中の電池正極メーカーに出荷され、さまざまな電池材料に加工されます。

今回の研究成果は、リチウムの生産を各段階で最適化する方法に大きな影響を与える可能性があり、その結果、より環境に優しい製品、特にバッテリー電気自動車の開発につながると考えられます。

国際エネルギー機関（IEA）は、主に電気自動車の世界的な普及により、リチウムの需要が2020年から2040年の間に40倍にも増加する可能性があると予測しています。

アルゴンヌ研究所のシステムアセスメントセンター長で本研究の共同執筆者であるMichael Wang氏は話します。

「電気自動車の普及を維持するためには、現在のリチウム生産量の調査と、米国内を含む将来の生産量の追求が不可欠です。」

ケリー氏は続けます。

「この研究は、現在の実務のベースラインを確立し、改善の可能性がある分野を示しています。さらに研究を進めれば、この情報をもとに、最も持続可能な方法でリチウムを生産するためのベストプラクティスを開発することが可能になるでしょう。」

SQM社は、昨年、同社が最近発表した意欲的なサステナビリティ目標を支援するために、アルゴンヌに共同研究を打診しました。

SQM社のイノベーション責任者であるVeronica Gautier氏は話します。

「当社の持続可能性計画では、リチウム製品の炭素排出量、水の消費量、エネルギー消費量をより詳細に調べ、それがバリューチェーンの他の部分にどのような影響を与えるかを確認したいと考えています。この情報は、2030年までにカーボンニュートラルになるという目標を達成するために役立ちます。」

また、今回の分析は、電気自動車による輸送の電動化を目指す世界的な流れの中で、包括的な疑問を解決するのにも役立つとワン氏は言います。

ワン氏は続けます。

「多くの場合、電化は環境維持を追求する目的で行われます。しかし、本当に持続可能な道を歩んでいると言えるようになるためには、リチウム電池の生産についてもっと知る必要があります」と述べています。この研究は、電動モビリティのバリューチェーンに関する重要な洞察を提供します。」

正式な分析には、アルゴンヌが開発したオープンソースのモデリングツール「GREET」（Greenhouse gases Regulated Emissions and Energy in Technologies）を使用し、詳細なデータと技術的な知見はSQMが提供しました。

また、チリで抽出された塩水系のリチウムに加え、西オーストラリアのスポジュメン鉱石から抽出された鉱石系のリチウムもモデル化し、データを補強しました。

ケリー氏は、産業界のパートナーが提供する包括的なデータに基づいたこの種の分析は初めてだと述べています。

「ゴティエは、SQMがこの研究結果を一般に公開し、責任ある持続可能なリチウム生産の確保に向けた世界的な取り組みに貢献できることを嬉しく思います。」

「我々のプロセスがどのように機能しているのか、完全な透明性を確保することは重要であり、アルゴンヌの経験と専門知識を活用できることを嬉しく思います。この情報を共有することで、大きな教育的価値が得られるでしょう。」

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