利用生物矿化技术回收废弃锂废料，该原理与制造贝壳的原理相同。
小球藻可回收 90% 的锂废水，从而降低三分之一的成本。
– 概念验证测试正在光阳进行……目标是在2027年实现量产，2030年上市。
碳酸锂是电动汽车、家用电器和IT设备锂离子电池的关键正极材料，也用于制药、特种玻璃和光学玻璃的制造。碳酸锂产自矿山或盐湖（浓缩盐湖）。开采出的矿石经加热破碎后，与硫酸混合并去除杂质。离子交换和浓缩后，加入碳使锂沉淀。随后进行过滤、洗涤和干燥以提取碳酸锂。从盐湖中提取的卤水经浓缩提纯锂，加入石灰去除杂质，最后加入碳酸盐回收碳酸锂。
即使提取碳酸锂后，仍会残留低浓度的锂。这被称为低浓度锂或锂废料。要再次提取碳酸锂，必须重复浓缩和去除杂质的过程。问题在于，这非常昂贵。由于从低浓度锂中提取碳酸锂比从矿石中提取更不经济，因此通常直接丢弃。从盐湖中提取碳酸锂后也会残留低浓度锂，但这种方法同样不经济，也通常被丢弃。
在电动汽车电池、家用电器和IT设备中使用的锂离子电池中，锂约占10%，而镍和钴则占10%至40%。废旧电池产生的锂废液中含有多种杂质。镍和钴经济可回收且可以分离，但由于锂含量少且后续处理成本高，通常被丢弃。此外，还存在环境问题。从锂废液中提取锂需要使用硫酸、氢氧化钠和磷酸等化学品，这些化学品会对环境造成显著影响。
韩国每年锂产量为4.3万吨。其中，4300吨（约占10%）以低浓度废弃物的形式存在。这相当于每年约1000亿韩元（约合8500万美元）的锂浪费。如果将废旧电池和盐湖产生的低浓度废弃物也计算在内，锂的浪费量将更大。在全球范围内，仅废旧电池中残留的锂就高达15万吨，相当于约12万亿韩元（约合100亿美元）的未回收废弃物。
根据欧盟于2020年颁布、2023年生效的《电池法规》，自2031年起，新型工业电池、电动汽车电池和SLI电池必须使用至少含有16%钴、6%锂、85%铅和6%镍的再生材料。到2036年，这一比例将提高到12%。为达到这一回收率，必须回收50%至80%的废旧电池。由于这项资源回收的强制性规定，预计到2050年，全球废旧电池回收市场规模将达到200万亿韩元。其中，锂原材料约占该市场20万亿韩元的份额。
过去，低浓度锂废液由于经济效益低而被丢弃。然而，现在回收利用是唯一的选择。有一家公司——绿矿公司——以环保且经济的方式从这种废液中提取锂。
Green Mineral 的首席执行官郑光焕是西江大学生命科学系的教授。大约十年前，他开始研究利用微藻进行金属回收。这项研究促使他在 2021 年创立了 Green Mineral 公司。目前，Green Mineral 的研究团队由四名博士和四名硕士组成，其中包括执行董事李浩锡（西江大学生命科学系教授）。
Green Mineral 的技术有望成为解决全球电池回收行业面临的最大挑战的关键。该公司目前正在光阳开展示范项目，并计划于 2027 年开始全面量产。Green Mineral 正在拓展业务，目标是在 2030 年上市。今年，Green Mineral 入选 SK Telecom 的“ESG Korea”项目，并获得加速支持。
我们在位于加山数字园区的 Green Mineral 办公室与首席执行官郑光焕会面，了解该公司利用微藻从低浓度锂废水中提取锂的技术、在光阳正在进行的示范项目以及 Green Mineral 针对下一代电池市场的未来战略。
在小球藻中寻找答案
那么，绿矿公司是如何以环保的方式从通常因经济效益低而被丢弃的锂废水中提取锂的呢？秘诀在于小球藻（一种主要生活在淡水中的单细胞绿藻，富含叶绿素，能够进行光合作用）。当向锂废水中添加小球藻而不是化学混合物时，会自然析出白色碳酸锂晶体。这种现象被称为生物矿化。生物矿化是指生物体吸收外部物质并将其转化为坚硬的晶体形式（如矿物）的过程。蛤蜊形成贝壳和人类形成骨骼都是生物矿化现象的例子。
“小球藻中的一种特定酶会触发这一生化过程。这种酶使锂离子与二氧化碳接触。”
当小球藻被添加到锂废水中，并以气泡形式加入二氧化碳时，小球藻在光合作用过程中吸收二氧化碳。在此过程中，细胞内的酶被激活，将二氧化碳转化为碳酸根离子（CO₃²⁻）。同时，锂离子（Li⁺）与碳酸根离子发生化学反应，生成碳酸锂晶体并沉淀。白色晶体如同雪花般沉入溶液底部。天然小球藻的生物矿化酶活性不足。因此，绿矿公司对小球藻进行基因改造，以增强其生物矿化酶活性。
“我们已将一个基因插入小球藻中，该基因可以产生一种参与生物矿化的酶。原本，小球藻只具备生物矿化的能力以求自身生存。然而，Green Mineral公司添加了这种酶的基因，使其能够在同一个细胞内产生更多相同的酶。”
Green Mineral 拥有 20 多项已注册或正在申请的专利，其中包括 12 项与小球藻基因技术相关的国内专利和 4 项国际专利，以及 8 项与利用生物矿化技术提取锂、镍和钴相关的国内专利和 4 项国际专利。
“小球藻基因导入技术极其困难。这是因为这种植物的细胞壁非常坚硬。关键在于如何穿透这层坚硬的细胞壁并将基因插入其中。绿矿公司已获得这项技术的专利。”
由于回收技术成本过高，低浓度锂废水通常被丢弃。Green Mineral公司利用基因工程改造的小球藻，从这种废水中回收超过90%的碳酸锂。
绿色矿物法兼具经济效益和环境效益。传统方法反复使用强酸强碱，例如硫酸、氢氧化钠和磷酸，且工艺流程复杂，需要八到十个步骤。相比之下，绿色矿物法仅需少量硫酸即可从小球藻中提取，并将工艺简化至五个步骤，成本仅为传统化学方法的三分之一。此外，减少化学品的使用也显著降低了传统方法带来的严重环境污染问题。小球藻还可以回收制成生物柴油或肥料。
验证阶段和规模化
绿矿已完成实验室研究，并已进入全面验证阶段。今年9月，绿矿被选中参与P公司的验证项目，并将研究设施迁至光阳。此前只能进行小规模测试，如今已可进行5吨级规模的测试。
实验室和工业生产环境截然不同。在30升的反应器中，温度几乎均匀。然而，在500升的反应器中，中心和边缘的温度却存在差异。由于二氧化碳是从上方注入的，反应器顶部的酸度低于底部。小球藻也会消耗二氧化碳，导致pH值升高。这种不均匀性直接影响酶促反应的效率。
Green Mineral公司已成功解决这些问题。温度控制系统可确保反应器内温度恒定，pH缓冲系统可将酸度维持在目标范围内，而压力控制的二氧化碳鼓泡系统则可均匀分布二氧化碳。反应器内部设有温度、pH值、溶解氧和浊度传感器，用于实时监测，而蓝光和红光LED照明则可优化小球藻的光合作用。
Green Mineral公司也在测试回收镍、钴以及锂的技术。用于锂回收的生物矿化原理也可用于沉淀镍、钴和锰。这将使从废旧电池中提取几乎所有资源成为可能。考虑到电池回收的市场潜力，镍和钴的价值更高。锂在锂离子电池中约占10%，而镍占30-40%，钴占10-20%，比例要高得多。正因如此，Green Mineral公司已为镍和钴的浸出组合物申请了专利。
一旦镍和钴的回收技术实现商业化，Green Minerals有望成为电池回收行业的变革者。
电池不仅含有锂，还含有镍、钴、锰等多种金属。生物矿化原理适用于大多数金属。虽然每种金属的转化都需要对小球藻进行最佳的基因改造，但基本原理是相同的。
绿矿计划明年完成B轮融资，以顺利完成其在光阳的示范项目，并筹集必要资金建设大规模生产工厂。该公司目标是在2027年完成大规模生产工厂的建设，在2028年实现镍钴回收技术的商业化，并在2030年进行IPO。
如今，曾经被弃置的资源正被重新评估为宝贵的资源。价值12万亿韩元的市场，曾被认为不经济，如今正被Green Minerals公司重振。Green Minerals的征程将持续到2027年全面投产。
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