《Journal of Cleaner Production》：Integrated environmental and economic efficiency assessment of lithium extraction processes in China: An LCA-TCM-DEA framework
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锂提取工艺的环境经济综合评估及发展路径研究。基于生命周期评估（LCA）、技术经济模型（TCM）和数据包络分析（DEA），系统比较了硫酸焙烧、硫酸浸取等五类工艺的环境影响、经济可行性和综合效率。发现硫酸焙烧经济收益最高但环境压力较大，吸附化学沉淀法环境最优但成本较高，两者处于效率前沿。建议优先发展硫酸焙烧保障短期供应，加速吸附化学沉淀法经济性突破，严控硫酸浸取新产能扩张。
作者：田曦 | 黄姣姣 | 彭飞 | 李静 | 龙咪咪 | 刘耀斌
中国中部经济社会发展研究中心，南昌大学，南昌，330031，中华人民共和国
摘要
随着锂需求的快速增长以及多种资源和提取技术的应用，开发环境可持续且经济可行的提取路径对于确保长期供应安全至关重要。以往的研究往往侧重于单一过程或资源类型，评估方法不一致，限制了跨领域的比较。本研究结合生命周期评估（LCA）、技术经济成本模型（TCM）和数据包络分析（DEA），利用中国的工业库存和关键成本参数构建了一个综合框架。通过定义统一的功能单位和系统边界，实现了环境、经济和综合效率维度上的跨过程比较。研究结果表明：（1）环境绩效方面，吸附-化学沉淀工艺的影响最小；在锂云母提取路线中，影响主要来自酸碱试剂的使用；而在盐湖提取路线中，电力消耗是主要影响因素。（2）经济绩效方面，硫酸盐焙烧工艺在当前市场条件下盈利能力最强，且高度依赖于副产品的价值化；盐湖提取路线通常盈利能力较低。（3）综合效率方面，吸附-化学沉淀和硫酸盐焙烧工艺处于效率前沿，而其他工艺的效率较低。因此，建议采取差异化策略：优先发展硫酸盐焙烧工艺以确保短期供应，加快吸附-化学沉淀工艺的产业化进程，并严格限制硫酸浸出工艺的新产能扩张。
引言
锂常被称为21世纪的“白色石油”（Greim等人，2020年），是推动向更清洁、低碳能源系统转型的关键金属（Khakmardan等人，2023年；Petrakis等人，2025年）。锂在牵引电池、固定式储能系统和便携式电子产品中不可或缺（Zhang等人，2024年）。由于电动汽车和储能市场的快速发展，全球锂需求激增（Chordia等人，2022年；Zhu等人，2023年）。国际能源署预测，到2030年，锂需求将超过2023年的四倍（IEA，2021年）。锂资源以多种形式存在，包括盐湖、硬岩矿石和沉积粘土。相应的提取工艺差异显著，导致生命周期中的能源消耗、温室气体排放、土地利用和生物多样性影响、当地环境风险以及经济可行性等方面存在连锁反应。这种多样性增加了路径选择和资源分配的不确定性。迫切需要评估和优先考虑既环保又具有成本竞争力的锂提取路径，以确保供应并实现可持续发展。
稳定的锂供应对能源转型至关重要。中国拥有全球约16-17%的锂储量，是全球最大的锂消费国和加工国（Hao等人，2017年）。然而，中国的锂资源以盐湖为主，硬岩矿石储量有限，且品位较低、提取难度大。青藏高原的盐湖储量丰富，但受高镁锂比、水资源短缺和土地利用限制的影响（Hu等人，2024年）。锂云母矿床（如江西省）储量可观，但品位低、酸耗量大、能源需求高、环境负担重（Guinée，2002年；Shao等人，2025年）。因此，虽然储量充足，但有效供应受到限制，加之下游加工集中，这一问题更加突出。在这种背景下，技术部署不匹配和产能过度扩张可能导致合规问题、资本错配以及供应安全威胁。因此，在现实约束条件下同时提升环境绩效和经济可行性，对于保障供应链和推进能源转型及碳中和目标至关重要。
大量研究探讨了锂资源提取路径的环境和经济绩效。一些研究系统地回顾了各种提取工艺的原理和应用前景，包括盐湖、硬岩矿物和新兴的直接锂提取技术（Krishnan和Gopan，2024年；Kumar等人，2025年；Liu等人，2019年）。然而，大多数研究仍以定性分析为主，缺乏统一标准下的定量分析。另有研究评估了盐湖蒸发工艺的低成本（Alera等人，2024年；Nikfar等人，2025年）以及硬岩焙烧工艺的高能源消耗和温室气体排放（Tian-ming等人，2023年；Vera等人，2023年）。这些研究仅关注单一路径，无法实现跨资源比较。虽然也有跨资源的环境影响比较（Chordia等人，2022年），但通常忽略了经济可行性，从而无法全面评估工艺的可持续性。总体而言，尽管取得了一些进展，现有研究仍存在技术数据和绩效指标不完整的问题。这一差距阻碍了跨资源和过程的系统比较，也掩盖了环境效益与经济效益之间的权衡。
为填补这一研究空白，本研究调查了五种代表性的锂提取工艺：盐湖提取路线中的吸附-化学沉淀、吸附膜法和化学沉淀工艺，以及锂云母提取路线中的硫酸浸出和硫酸盐焙烧工艺。本研究旨在建立统一的评估基础，系统评估这些跨资源锂提取工艺的环境影响和经济绩效，识别其相对优势和主要差异，并提供定量证据以指导可持续路径的选择。为此，采用生命周期评估（LCA）和技术经济成本模型（TCM），并在统一的功能单位和系统边界下进行评估。进一步运用数据包络分析（DEA）进行综合评估，得出环境经济效率得分和各工艺的相对位置。
本研究的主要贡献有三个方面：（1）建立了一个跨资源的标准化综合环境经济评估框架，实现了五种锂提取路径的系统性比较；（2）确定了影响环境和经济结果的关键因素，并明确了提升效率的可操作措施；（3）基于效率前沿的发现提出了差异化的发展路径。
功能单位
功能单位定义为1公斤电池级碳酸锂（Li?CO?）。研究考察了五种工艺：硫酸盐焙烧、硫酸浸出、吸附-化学沉淀、吸附膜法和化学沉淀。这些工艺既适用于锂云母也适用于盐湖，最终产物均为Li?CO?。所有生命周期清单数据（材料、能源消耗、排放）和经济核算均转换为这一功能单位，以确保不同路径之间的可比性。
系统边界
结果与讨论
本研究为五种锂提取工艺建立了生命周期清单，功能单位为1公斤Li?CO?。完整的材料和能源输入输出（包括原材料、化学试剂、能源、产品、副产品和排放）列于表S1–S2中。这些数据集作为统一输入，用于LCA、TCM和DEA模型，以综合评估每种工艺的环境和经济绩效及综合效率。
结论
本研究对五种锂提取工艺的环境和经济绩效进行了综合评估，揭示了可持续性与盈利能力之间的权衡。研究结果强调了制定个性化策略的必要性，以优化锂生产，特别是在全球锂需求不断增长的情况下。虽然研究结果基于中国的具体条件，但所建立的框架可适用于其他地区，前提是提供关键参数。
CRediT作者贡献声明
田曦：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法论制定、资金筹措、概念构思。
黄姣姣：撰写 – 初稿撰写、可视化处理、验证、方法论制定、数据分析。
彭飞：验证、数据整理。
李静：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、数据分析、概念构思。
龙咪咪：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、数据分析、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52270181、52060017）、江西省重点研发计划项目（项目编号：20232BBG70005）以及江西省自然科学基金杰出青年学者项目（项目编号：20242BAB23050）的财政支持。
