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锂离子电池存在一个永远存在的化学问题

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导读 新研究表明,日常电器、电动汽车和储存可再生能源中使用的可充电锂离子电池可能成为污染土壤和水道的永久化学物质的来源。永久化学品包括数...

新研究表明,日常电器、电动汽车和储存可再生能源中使用的可充电锂离子电池可能成为污染土壤和水道的“永久化学物质”的来源。

“永久化学品”包括数千种不同的全氟和多氟烷基物质(PFAS)。几十年来,它们一直被用来提高产品的防水、防污和耐热性能。最近,一种名为双全氟烷基磺酰亚胺(bis-FASIs)的特定PFAS子类已被用作锂离子电池中的电解质和粘合剂。

根据昨天发表在《自然通讯》杂志上的一项研究,这些双FASI现在出现在制造设施周围的土壤、沉积物、水和雪中。该研究的作者还在从垃圾填埋场渗出的液体中发现了双FASI。

随着我们生活中越来越多的部分(从汽车到房屋和建筑)变得完全电动化,这个问题可能会变得更加严重

综合起来,锂离子电池是潜在的从摇篮到坟墓的永久化学污染载体。如果不采取行动,随着我们生活中越来越多的部分(从汽车到住宅和建筑)完全电气化,这个问题可能会越来越严重。

“这绝对不是反对清洁能源或可持续能源......它真正的目的是强调,‘嘿,让我们对我们在这些基础设施中使用的东西进行环境风险评估,’”德克萨斯理工大学环境工程助理教授、主要作者詹妮弗·盖尔福(JenniferGuelfo)说。

“这基本上是一个起点。我希望它能引起人们对这些化合物以及清洁能源和消费电子产品领域新兴应用的更多关注,”另一位研究作者、杜克大学土木与环境工程副教授P.LeeFerguson补充道。

2022年1月至10月期间,研究人员从明尼苏达州、肯塔基州、比利时和法国的87个不同地点采集了水、沉积物和土壤样本,目标是3M和Arkema等永久性化学品制造商附近的地区。他们发现,在制造设施附近,双FASI的浓度通常为十亿分之一(ppb)。“你不会像背景浓度那样在那里发现它,”Guelfo说。“十亿分之一通常与某种形式的影响有关。”

相比之下,据Guelfo称,这比灭火泡沫释放到环境中的PFAS污染要少。在这种情况下,PFAS水平可能在百万分之几,比Guelfo和她的同事通常在制造商附近发现的双FASI浓度高出约一千倍。但他们记录的污染仍然比美国环境保护署今年为饮用水中其他类型PFAS设定的限值高出几个数量级。该机构对两种最常见的永久性化学物质的限值为万亿分之四。

目前还没有针对双FASI的任何联邦法规,这种物质的使用时间并不像其他类型的PFAS那么长。由于PFAS已被广泛用于从不粘锅到食品包装、织物保护剂和牙线等各种产品中,因此某些类型的PFAS可能已经进入了大多数美国人的血液。

科学家们仍在试图了解接触PFAS会对人体产生怎样的影响,而对双FASI的具体了解则更少。但针对更常见类型的PFAS的研究表明,高暴露水平与某些癌症、肝损伤、高胆固醇和生殖健康问题(包括婴儿出生体重较低)的风险增加有关。新研究表明,双FASI可能会在环境中存留很长时间,但可以使用处理饮用水中其他永久性化学物质的类似方法进行清除。

由于PFAS种类繁多,而且人们越来越担心它们作为一类化学物质所带来的风险,研究人员表示,如果我们现在就能采取措施保护健康和环境,我们可能不想等到以后才发现问题。3M多年来因生产PFAS而面临一系列诉讼,该公司已承诺在明年年底前逐步淘汰这些化学物质,并在之后继续清理其工厂附近的污染。该公司在一封电子邮件中告诉TheVerge,这包括不再生产双FASI。阿科玛没有立即回应TheVerge的置评请求。

“我认为,我们应该采取积极主动的措施来减轻PFAS对环境的排放,而不是等到我们进行了几十年的毒理学研究之后才说,‘嘿,也许我们应该减轻饮用水中的这种影响,’”Guelfo说。

此外,电动汽车、太阳能和风能对锂离子电池的需求也越来越大。该研究的作者测试了笔记本电脑、智能手机、平板电脑、电动汽车等中使用的17种不同电池,并在其中11种电池中检测到了双FASI。由于估计只有约5%的锂离子电池被回收,他们决定也在垃圾填埋场附近寻找双FASI。他们分析了从北卡罗来纳州垃圾填埋场收集的渗滤液的现有实验室样本,发现浓度接近十亿分之一的范围。

“这是一项非常有趣的研究,由一群非常有资质的研究人员完成,”密歇根州立大学PFAS研究中心副主任A.DanielJones(未参与这项研究)在给TheVerge的电子邮件中表示。“这项研究引起了人们对一种经常被忽视的PFAS化学物质的关注,并表明它很容易在环境中传播。同样重要的是,这项研究引起了人们对锂电池整个生命周期影响的更多认识。”

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