全世界的脱碳进程，迅速增加了各国对“锂（Li）”这种金属元素的需求。

锂的化学性质使其成为了新能源汽车动力电池和储能电池领域中至关重要的元素，锂也因此被称为“电池金属”。

由于能源、制造业甚至国防对锂元素的显著需求，锂供应链的安全举足轻重。

在美国，《基础设施投资和就业法案》要求到2030年，电动汽车电池组件使用的原材料必须全部在国内采购。

然而，全球锂资源的分布并不是均匀的。53%的锂资源都分布在南美洲的锂三角地区（玻利维亚、智利、阿根廷），其次是澳大利亚、中国和美国。

根据Statista数据库的统计，美国的锂供应仅排在世界第五。并且，据路透社估计，到2030年美国对锂电池的需求还将增长六倍以上。

不管是现在还是未来，美国都很缺锂。

不过，一项由美国能源部国家实验室（NETL）牵头的最新研究发现，在宾夕法尼亚的阿巴拉契亚山脉的部分地区，使用水力压裂方式开采石油和天然气所产出的废水，竟然有潜力满足美国将近一半的锂需求。

该项目的首席研究员贾斯汀·麦基（Justin Mackey）表示：“阿巴拉契亚的钻探热潮产生了大量被视为废物的采出水。我们发现，与其他页岩地层产出的水相比，从马塞勒斯页岩井中排出的废水，含有大量锂元素。”

图说：马塞勒斯页岩范围、采出水采样位置，不同颜色代表锂浓度的变化

来源：Mackey, J. et al.

马塞勒斯气田，是一个位于阿巴拉契亚中部地区下方非常规地层——马塞勒斯页岩层的天然气田。

马塞勒斯页岩是与中泥盆世火山活动同时沉积的，并形成了火山灰夹层床。这种非常规地层微小的孔隙空间内蕴藏着石油和天然气，目前的技术需要以大量的水来压裂地层开采这些矿藏。

而在这个过程中，火山灰中的锂会从地层孔隙中汇入废水，这也是为什么采出水中会蕴含大量的锂。

“水力压裂”这项技术曾于过去的10年中在美国被大范围推广，而经过这项开采技术产生的采出水，原本是一种“液体废物”。

美国的环境保护者近年来也越发担忧，这项技术对水源造成的污染会威胁当地生态环境和居民身体健康，并对地质环境带来极大的伤害。

图说：宾夕法尼亚州迪莫克山区的水力压裂井

来源：City Journal

麦基介绍到，“石油和天然气开采废水是一个日益严重的问题。目前，这些废水只是进行了最低限度的处理以过滤掉其中的固体，然后就会被重新注入其他井场。”

而天然气开采运营商最近报告的从采出水中发现的锂元素，为废水的处理打开了新思路。

研究小组使用了宾夕法尼亚州公共废物合规数据和蒙特卡罗（Monte-Carlo）统计法来估算来自该州马塞勒斯页岩的采出水的锂总产量。

合规性数据来自覆盖了515口井的595份报告，而蒙特卡罗概率模型则量化了宾夕法尼亚州采出水的年锂产量潜力，并提供了相关结果的置信区间，以减少估算结果的不确定性。

结果显示，在全州范围内，废水锂产量每年可达到约为1140–1180吨。而目前美国国内每年的锂消费量估计为3000吨。

图说：根据蒙特卡罗模拟，宾夕法尼亚州页岩气作业的预计锂（Li）年产量分布

来源：Mackey, J. et al.

假设提取锂的效率可以达到百分之百，来自宾夕法尼亚州两个热点地区的马塞勒斯页岩生产废水可以满足当前美国年度锂消耗的38%-40%。

研究人员表示，即便实际数据与他们的估值偏离一个甚至两个标准差，锂的潜在产量也将满足美国当前国内消费的30%以上。

并且，除了已经被开发的天然气井，据美国地质调查局估计，马塞勒斯地区还有尚未发现的天然气储量约96万亿立方英尺。NETL报告表明，马塞勒斯气田的生产寿命可能超过几十年。而宾夕法尼亚州尚未被开发的中北部，更是分析中锂浓度最高的地区之一。

“最终，我们的结果表明，马塞勒斯采出水的锂产量非常可观，锂的额外增值可以抵消相关基础设施建设和水处理成本，包括碳足迹成本，同时提供重要的国内锂资源。” 麦基表示。这一发现也被认为能够支持美国的化石能源转型。