Литиевая промышленность: необходимость сокращения углеродного следа и сокращения потребления воды
Сырье для автомобильного аккумулятора на примере 200 кг. Источник ISE AG
Независимо от того, какой химический состав аккумуляторов будет преобладать в электромобилях в ближайшие годы: литий останется незаменимым компонентом приводных аккумуляторов в будущем. Спрос на легкий металл резко возрастет в ближайшие годы, а вместе с ним и экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых.
Несмотря на пандемию Covid и войну в Украине, спрос на электромобили набирает обороты. Не в последнюю очередь потому, что политики во многих странах установили срок годности для производства автомобилей внутреннего сгорания — ЕС установил крайний срок в 2035 году.
В 2022 году на дорогах мира будет более 17 миллионов электромобилей (включая подключаемые гибриды), половина из них — в Китае. В 2021 году количество новых регистраций по всему миру составило семь миллионов. В Германии федеральное правительство хочет удвоить количество электромобилей до 2030 миллионов к 15 году. По данным Международного энергетического агентства, для достижения глобальной климатической нейтральности к 2050 году на дорогах мира должно быть два миллиарда электромобилей.
Узкие места в литии неизбежны
Таким образом, электромобильность является ключевым фактором спроса на литий. По оценкам литиевой промышленности, три четверти спроса на литий приходится на аккумуляторы для электромобилей. В 2021 году мировое производство лития составило почти 100.000 21 тонн чистого металлического лития. Рост на 2021 процент по сравнению с предыдущим годом. Потребление выросло еще больше в 93.000 году на треть до 2030 2028 тонн. Аналитическая компания Fastmarkets ожидает, что спрос будет немного выше предложения уже в следующем году. Ожидается, что эта тенденция будет неуклонно усиливаться до XNUMX года. Примерно с XNUMX года многие аналитики ожидают серьезной нехватки литиевых продуктов, способных работать от аккумуляторов.
Электрификация мобильности ради защиты климата ведет к все более агрессивной гонке за доступ к «белому золоту» ввиду прогнозируемого дефицита. Однако в то же время на первый план выходит важность добычи аккумуляторных металлов экологически безопасным и социально ответственным способом. В частности, немецкие производители автомобилей очень заинтересованы в устойчивом литии, не в последнюю очередь из-за закона о цепочке поставок. Потому что «чистые» автомобили настолько чисты, насколько чиста их цепочка поставок. Так откуда же берется литий в электромобилях немецкого производства и какой след оставляет добыча и дальнейшая переработка? По данным компании, литий в электромобилях Mercedes Benz AG и Volkswagen Group поступает из Австралии и Чили, а BMW — из Австралии и Аргентины.
Сподумен, литийсодержащая руда
Более половины добываемого в мире «белого золота» в настоящее время поступает из Австралии, где в прошлом году было добыто 55.000 49 тонн лития. Литий извлекается из сподумена, руды, содержащей литий, при классической открытой добыче полезных ископаемых. При зарплате в шесть процентов австралийские депозиты очень привлекательны. В Западной Австралии также находится крупнейший в мире литиевый рудник Greenbushes, принадлежащий США, китайцам и австралийцам. Американскому химическому гиганту Albermarle принадлежит 26,01 процентов, китайскому производителю лития Tianqi — 24,99 процента, а австралийской горнодобывающей компании IGO — 5,7 процента. Геологическая служба США оценивает запасы Австралии в XNUMX млн тонн.
Дизельным судном в Китай
Однако литиевая руда еще не перерабатывалась в Австралии. Его доставляют в Китай дизельными судами. Чтобы сделать литий пригодным для батарей, руду нагревают до 1000 градусов по Цельсию на энергоемких конверсионных заводах, обычно работающих на угле, и обрабатывают химическими веществами для получения карбоната лития или гидроксида лития.
Согласно расчетам Roskill, на тонну очищенного эквивалента карбоната лития (LCE) выбрасывается девять тонн CO2. В связи с увеличением спроса на литий в этом десятилетии, Roskill прогнозирует, что к 2 году выбросы углерода от производства лития увеличатся в шесть раз. Хотя производство электромобилей требует больше выбросов CO2030, чем производство автомобилей внутреннего сгорания, многие исследования приходят к выводу, что они уменьшают выбросы CO2 в течение срока службы автомобиля и, как правило, более экологичны, чем двигатели внутреннего сгорания. Тем не менее, остаются без ответа такие вопросы, как, например, насколько эффективным станет производство аккумуляторов и какие источники энергии будут использоваться для зарядки растущего числа электромобилей. Кроме того, по рекомендации производителя батарейки необходимо заменять каждые восемь-десять лет.
В конце концов, баланс CO2 австралийского лития вскоре может улучшиться во время транспортировки. С мая китайско-австралийское совместное предприятие Tianqi Lithium Energy Australia стало первым литиевым заводом в Австралии, производящим гидроксид лития. Американский конкурент Albermarle также построил завод по переработке лития в 100 км к северу от рудника Гринбушес. Но пройдет несколько лет, прежде чем оба завода смогут переработать достаточную мощность, и многие тонны литиевой руды отправятся из австралийских портов в Китай.
Углеродный след лития растет
Аргоннская национальная лаборатория, научно-исследовательский институт Министерства энергетики США, оценивает долю выбросов CO2 от карбоната лития в литий-ионном аккумуляторе примерно в четыре процента. Консультационная компания по вопросам управления Minviro, которая специализируется на анализе жизненного цикла горнодобывающей промышленности, ссылается на рыночные прогнозы, которые предполагают, что в будущем карбонат лития будет все чаще заменяться гидроксидом лития, поскольку он обеспечивает более длительный срок службы из-за более высокой плотности энергии. Для получения гидроксида лития необходимы дополнительные процессы, которые связаны с более высоким потреблением энергии и, следовательно, более высокими выбросами.
Однако выбросы при производстве гидроксида лития сильно различаются в зависимости от источника лития. При анализе жизненного цикла компания Minviro рассчитала выбросы для различных источников. Гидроксид лития для аккумуляторных батарей, получаемый из саларов в Аргентине, выходит на первое место с восемью тоннами CO2 на тонну. Гидроксид лития из австралийского сподумена массой 15 тонн имеет выбросы почти в два раза выше. Если литиевой промышленности не удастся значительно сократить выбросы углерода в процессе производства, доля лития в аккумуляторе увеличится с четырех до 20–30 процентов.
Водный стресс в литиевом треугольнике
Производство лития в Южной Америке считается более безопасным для климата. 70 процентов мировых запасов лития расположены в так называемом литиевом треугольнике, который простирается через сухие плато Чили, Аргентины и Боливии. Легкий металл здесь добывают из соленой воды, которая выкачивается с глубины в несколько сотен метров на поверхность в испарительных бассейнах. Содержание лития в рассоле значительно ниже одного процента. Требуется до двенадцати месяцев, чтобы достаточное количество воды испарилось, прежде чем содержание лития увеличится до шести процентов. Хотя процесс испарения занимает много времени, он использует только естественную солнечную энергию, что положительно влияет на баланс СО100. Предварительный этап производства карбоната лития для аккумуляторов производится на месте, большая часть которого затем также отправляется в Китай для переработки. В то время как углеродный след составляет лишь одну треть от лития из австралийского сподумена, добыча солнечной энергии создает нагрузку на водные системы в чрезвычайно засушливых районах. На одну тонну лития расходуется до двух миллионов литров воды.
Литиевый треугольник в засушливой зоне Южной Америки
70 процентов лития, полученного из рассола, поступает из районов, отнесенных к категории высокого риска для воды Атласом водных рисков Института мировых ресурсов. Жители, в основном коренные жители, которые веками жили на краю пустыни, занимаясь земледелием и животноводством, жаловались на нехватку воды, поскольку литий добывался в больших масштабах. В период с 2000 по 2015 год из региона Атакама было взято на 21 процент больше воды, чем было доставлено дождевой или талой водой.
Системы подземных вод «черный ящик»
Жители также наблюдают снижение численности фламинго, обитающих на соленых озерах на высоте до 4000 метров. Животные, приспособленные к очень соленой воде, размножаются там и питаются артемией. Исследование британских ученых, опубликованное в этом году, теперь подтверждает наблюдения жителей. По данным авторов, количество животных в Салар-де-Атакама, где сосредоточена добыча лития, уменьшилось на десять-двенадцать процентов. Они связывают потери с добычей лития, потому что, по мнению исследователей, количество фламинго остается постоянным в сопоставимых районах, где литий не добывается. Добыча полезных ископаемых изменяет концентрацию соли в саларах, что влияет на экосистему.
Ученые также подозревают, что удаление большого количества соленой воды оказывает негативное влияние на соседние водоемы с пресной водой, поскольку они тонут и становятся засоленными. Компании Albermarle и SQM, добывающие литий в Чили, отрицают, что снижение уровня воды как-то связано с производством лития. Хотя Чили пережила беспрецедентную засуху в течение двенадцати лет, почти нет исследований, посвященных изучению систем подземных вод и последствий добычи лития.
Немецкие производители автомобилей Mercedes-Benz, Volkswagen и BMW пытаются пролить свет на части своих цепочек поставок, заказывая исследования и вступая в диалог с местными заинтересованными сторонами. В этом году Массачусетский университет в Амхерсте и Университет Аляски в Анкоридже публикуют исследование, проведенное по заказу BMW и BASF. Она приходит к выводу, что добыча соленой воды при добыче лития не коррелирует с изменениями в поверхностных или подземных водах. Авторы установили, что вода в экосистемах старше 65 лет. Это означает, что водные системы реагируют на изменения в водопользовании и климате гораздо медленнее, чем считалось ранее. Могут пройти десятилетия, прежде чем последствия добычи лития можно будет увидеть в водных системах, что требует тщательного мониторинга.
В отличие от Чили, где литий добывают с 1980-х годов, крупномасштабная добыча лития в соседней Аргентине началась относительно недавно. С 2015 года совместное предприятие австралийской горнодобывающей компании Allkem, японского металлотрейдера Toyota Tsusho и правительства региона производит литий на месторождении Салар Олароз-Каучари. Также в разработке находится ряд проектов по добыче полезных ископаемых. Соседи Салар Олароз-Каучари теперь также жалуются на проблемы с водоснабжением. Вместе с учеными и неправительственными организациями они призывают ввести мораторий на добычу лития в Аргентине до тех пор, пока не будут лучше изучены системы подземных вод и последствия добычи лития. Но правительство страны с большими долгами очень заинтересовано в том, чтобы зарабатывать на жизнь добычей лития. Только в этом году государственная нефтегазовая компания YPF решила сама добывать литий в Фиамбале, на западе провинции Катамарка.
BMW делает ставку на DLE
DLE, прямая экстракция лития, считается более экологически чистой альтернативой испарительным резервуарам. Американская компания Livent уже много лет успешно применяет этот метод в Салар-де-лос-Муэртос в Аргентине. Метод обеспечивает устойчивое использование воды и минимизирует воздействие на местные экосистемы, подчеркивает BMW Group, подписавшая многолетний контракт на поставку с Livent в 2021 году на сумму 285 млн евро. Кроме того, Livent, среди клиентов которой Tesla, предоставляет важные данные об инициированном BMW исследовании по ответственной добыче лития, согласно группе.
DLE включает ряд различных методов, при которых литий извлекается из рассола. К ним относятся химическое осаждение, адсорбция, экстракция растворителем или мембранные технологии. Проблема заключается в том, что DLE должен быть адаптирован к соответствующему источнику лития, поскольку минеральный состав рассолов сильно различается. Таким образом, процедура livent не может быть перенесена один на один на другие оклады. Livent — одна из немногих компаний, производящих литий на коммерческой основе с использованием DLE. Такие компании, как австралийская Vulcan Energy, которая хочет добывать литий в немецком Рейнграбене, все еще ищут подходящую технологию DLE, которую также можно использовать в больших масштабах.
Институт редких земель и металлов, ноябрь 2022 г.
