Lithiový průmysl: potřeba zlepšit uhlíkovou stopu a spotřebu vody
Suroviny v autobaterii na příkladu 200 kg. Zdroj ISE AG
Bez ohledu na to, jaká chemie baterií bude v příštích letech v elektromobilech převládat: Lithium zůstane v budoucnu nenahraditelnou součástí pohonných baterií. Poptávka po lehkém kovu v příštích letech dramaticky vzroste – a s tím i ekologické problémy spojené s těžbou.
Navzdory pandemii Covid a válce na Ukrajině poptávka po elektromobilech nabírá na síle. V neposlední řadě proto, že politici v mnoha zemích stanovili datum ukončení výroby spalovacích aut – EU stanovila termín do roku 2035.
V roce 2022 bude celosvětově jezdit na silnicích více než 17 milionů elektromobilů (včetně plug-in hybridů), z toho polovina v Číně. V roce 2021 bylo celosvětově sedm milionů nových registrací. V Německu chce spolková vláda do roku 2030 zdvojnásobit počet elektricky poháněných vozidel na 15 milionů. Podle Mezinárodní energetické agentury by pro dosažení globální klimatické neutrality do roku 2050 musely na světových silnicích jezdit dvě miliardy elektromobilů.
Problémy s lithiem jsou nevyhnutelné
Elektromobilita je proto klíčovým motorem poptávky po lithiu. Podle odhadů lithiového průmyslu pochází tři čtvrtiny poptávky po lithiu z baterií pro elektromobily. V roce 2021 byla celosvětová produkce lithia téměř 100.000 21 tun čistého kovového lithia. Nárůst o 2021 procent oproti předchozímu roku. Spotřeba stoupla v roce 93.000 ještě více o třetinu na 2030 2028 tun. Analytická společnost Fastmarkets očekává, že poptávka bude mírně vyšší než nabídka již v příštím roce. Očekává se, že tento trend bude do roku XNUMX neustále sílit. Kolem roku XNUMX mnoho analytiků očekává vážný nedostatek lithiových produktů s možností baterie.
Elektrifikace mobility v zájmu ochrany klimatu vede ke stále agresivnějšímu závodu o přístup k „bílému zlatu“ s ohledem na předvídatelný nedostatek. Zároveň však vystupuje do popředí důležitost toho, aby kovy baterií byly těženy ekologicky a společensky odpovědně. Zejména němečtí výrobci automobilů mají velký zájem o udržitelné lithium, a to nejen kvůli zákonu o dodavatelském řetězci. Protože „čistá“ auta jsou jen tak čistá, jak čisté je jejich dodavatelský řetězec. Odkud se tedy lithium v elektromobilech vyrobených v Německu bere a jakou stopu za sebou zanechává těžba a další zpracování? Podle společnosti pochází lithium v elektrických vozidlech Mercedes Benz AG a Volkswagen Group z Austrálie a Chile, zatímco BMW pochází z Austrálie a Argentiny.
Spodumen, ruda obsahující lithium
Více než polovina celosvětově vytěženého „bílého zlata“ v současnosti pochází z Austrálie, kde se loni vytěžilo 55.000 49 tun lithia. Lithium se získává ze spodumenu, rudy obsahující lithium, při klasické povrchové těžbě. S platem šest procent jsou australské vklady velmi atraktivní. Západní Austrálie je také domovem největšího lithiového dolu na světě Greenbushes, který vlastní USA, Číňané a Australané. Americký chemický gigant Albermarle drží 26,01 procent, čínský výrobce lithia Tianqi 24,99 procenta a australská těžařská společnost IGO 5,7 procenta. US Geological Survey odhaduje zásoby Austrálie na XNUMX milionu tun.
Naftovou lodí do Číny
Lithiová ruda však dosud nebyla v Austrálii zpracována. Do Číny jej přivážejí lodě s dieselovým pohonem. Aby bylo lithium vhodné pro baterie, ruda se zahřívá na 1000 stupňů Celsia v energeticky náročných konverzních závodech, obvykle poháněných uhlím, a zpracovává se chemikáliemi, aby se získal uhličitan lithný nebo hydroxid lithný.
Podle výpočtů společnosti Roskill je vypuštěno devět tun CO2 na tunu rafinovaného ekvivalentu uhličitanu lithného (LCE). S rostoucí poptávkou po lithiu v tomto desetiletí Roskill předpokládá, že emise uhlíku z výroby lithia vzrostou do roku 2 šestinásobně. Přestože je výroba elektromobilů náročnější na emise CO2030 než u spalovacích aut, mnohé studie docházejí k závěru, že v průběhu životnosti vozu snižují batoh s CO2 a jsou obecně klimaticky šetrnější než spalovací motory. Přesto zůstávají nezodpovězené otázky, například jak efektivní bude výroba baterií a jaké zdroje energie budou použity k nabíjení rostoucího počtu elektromobilů. Baterie je navíc podle doporučení výrobce nutné každých osm až deset let vyměnit.
Bilance CO2 australského lithia by se totiž během přepravy mohla brzy zlepšit. Od května je čínsko-australský společný podnik Tianqi Lithium Energy Australia první australskou rafinérií lithia, která vyrábí hydroxid lithný. Americký konkurent Albermarle také postavil rafinerii lithia 100 kilometrů severně od dolu Greenbushes. Bude to ale pár let, než obě rafinerie zpracují dostatečnou kapacitu a mnoho tun lithiové rudy odejde z australských přístavů do Číny.
Uhlíková stopa lithia roste
Argonne National Laboratory, výzkumný ústav amerického ministerstva energetiky, uvádí podíl emisí CO2 z uhličitanu lithného v lithium-iontové baterii na přibližně čtyři procenta. Manažerská poradenská společnost Minviro, která se specializuje na analýzy životního cyklu těžby, se odvolává na prognózy trhu, které předpokládají, že uhličitan lithný bude v budoucnu stále více nahrazován hydroxidem lithným, protože zajišťuje delší dojezd díky vyšší energetické hustotě. K získání hydroxidu lithného jsou nutné další procesy, které jsou spojeny s vyšší spotřebou energie a tím i vyššími emisemi.
Emise z výroby hydroxidu lithného se však velmi liší v závislosti na zdroji lithia. V analýze životního cyklu společnost Minviro vypočítala emise pro různé zdroje. Bateriový hydroxid lithný, který pochází ze salarů v Argentině, je na vrcholu s osmi tunami CO2 na tunu. Hydroxid lithný z australského spodumenu má při 15 tunách emise, které jsou téměř dvakrát vyšší. Pokud se lithiovému průmyslu při výrobě nepodaří výrazně snížit emise uhlíku, zvýší se podíl lithiu v baterii ze čtyř na 20 až 30 procent.
Vodní stres v lithiovém trojúhelníku
Výroba lithia v Jižní Americe je považována za klimaticky šetrnější. 70 procent světových zásob lithia se nachází v takzvaném lithiovém trojúhelníku, který se táhne přes suché náhorní plošiny Chile, Argentiny a Bolívie. Lehký kov se zde získává ze slané vody, která je čerpána z hloubky několika set metrů na povrch v odpařovacích nádržích. Obsah lithia v solance je hluboko pod jedním procentem. Trvá až dvanáct měsíců, než se odpaří dostatek vody, než se obsah lithia zvýší na šest procent. Přestože proces odpařování trvá dlouho, využívá pouze přírodní sluneční energii, která má pozitivní vliv na bilanci CO100. Na místě se vyrábí předběžná fáze uhličitanu lithného, který je schopen baterie, a většina se pak také odesílá do Číny ke zpracování. Zatímco uhlíková stopa je pouze jedna třetina lithia z australského spodumenu, solární těžba klade tlak na vodní systémy v extrémně suché oblasti. Na jednu tunu lithia se spotřebují až dva miliony litrů vody.
Lithiový trojúhelník v aridní zóně Jižní Ameriky
70 procent lithia získaného ze solanky pochází z oblastí klasifikovaných jako vysoce rizikové pro vodu podle atlasu vodních rizik World Resource Institute. Obyvatelé, většinou původní obyvatelé, kteří po staletí žili na okraji pouště z kultivace a chovu zvířat, si stěžovali na nedostatek vody od doby, kdy se ve velkém těžilo lithium. Mezi lety 2000 a 2015 bylo z regionu Atacama staženo o 21 procent více vody, než bylo dodáno deštěm nebo tavnou vodou.
Systémy podzemních vod černé skříňky
Obyvatelé také pozorují pokles počtu plameňáků, kteří žijí na slaných jezerech v nadmořských výškách až 4000 metrů. Zvířata, která jsou přizpůsobena velmi slaným vodám, se tam rozmnožují a živí se žiabronôžkami. Studie britských vědců zveřejněná letos nyní potvrzuje pozorování obyvatel. Podle autorů se počet zvířat v Salar de Atacama, kde se těžba lithia soustředí, snížil o deset až dvanáct procent. Ztrátu připisují těžbě lithia, protože podle výzkumníků zůstal počet plameňáků konstantní ve srovnatelných oblastech, kde se lithium netěží. Těžba mění koncentrace soli v salarech, což ovlivňuje ekosystém.
Vědci se také domnívají, že odstranění velkého množství slané vody má negativní dopad na sousední sladkovodní nádrže, protože se potápějí a stávají se slanou vodou. Společnosti Albermarle a SQM, které těží lithium v Chile, popírají, že by pokles vody měl s produkcí lithia cokoli společného. Přestože Chile zažívá již dvanáct let historicky unikátní sucho, neexistují téměř žádné studie, které by se zabývaly výzkumem systémů podzemních vod a dopadů těžby lithia.
Němečtí výrobci automobilů Mercedes-Benz, Volkswagen a BMW se snaží osvětlit části svých dodavatelských řetězců zadáním studií a zahájením dialogu s místními zainteresovanými stranami. University of Massachusetts Amherst a University of Alaska Anchorage letos zveřejňují studii zadanou BMW a BASF. Dochází k závěru, že těžba slané vody při těžbě lithia nekoreluje se změnami povrchových ani podzemních vod. Autoři zjistili, že voda v ekosystémech je stará přes 65 let. To znamená, že vodní systémy reagují na změny ve využívání vody a klimatu mnohem pomaleji, než se dříve myslelo. Mohou uplynout desítky let, než se účinky těžby lithia projeví ve vodních systémech, což vyžaduje pečlivé sledování.
Na rozdíl od Chile, kde se lithium těží od 1980. let, je těžba lithia ve velkém v sousední Argentině relativně nová. Od roku 2015 vyrábí lithium ze Salar Olaroz-Cauchari společný podnik australské těžařské společnosti Allkem, japonského obchodníka s kovy Toyota Tsusho a regionální vlády. V přípravě je také řada těžebních projektů. Na problémy s dodávkou vody si nyní stěžují i sousedé Salar Olaroz-Cauchari. Společně s vědci a nevládními organizacemi požadují moratorium na těžbu lithia v Argentině, dokud nebudou systémy podzemních vod a účinky těžby lithia lépe prozkoumány. Jenže vláda vysoce zadluženého státu má velký zájem vydělat si na těžbě lithia. Teprve letos se státní plynárenská a ropná společnost YPF rozhodla těžit lithium sama ve Fiambale na západě provincie Catamarca.
BMW spoléhá na DLE
DLE, přímá extrakce lithia, je považována za ekologičtější alternativu k odpařovacím nádržím. Americká společnost Livent tuto metodu úspěšně používá již řadu let v Salar de los Muertos v Argentině. Metoda zajišťuje udržitelné využívání vody a minimalizuje dopad na místní ekosystémy, zdůrazňuje BMW Group, která v roce 2021 podepsala s Liventem víceletou smlouvu na dodávky v hodnotě 285 milionů eur. Kromě toho společnost Livent, mezi jejíž zákazníky patří Tesla, poskytuje podle skupiny důležitá data o studii o zodpovědné těžbě lithia iniciované BMW.
DLE zahrnuje řadu různých technik, ve kterých je lithium extrahováno ze solanky. Patří mezi ně chemické srážení, adsorpce, extrakce rozpouštědlem nebo membránové technologie. Výzvou je, že DLE se musí přizpůsobit příslušnému zdroji lithia, protože minerální složení solných roztoků se velmi liší. Živý postup proto nelze převádět jedna ku jedné na jiné platy. Livent je jednou z mála společností vyrábějících lithium komerčně pomocí DLE. Společnosti jako australská Vulcan Energy, která chce těžit lithium v německém Rheingrabenu, stále hledají tu správnou technologii DLE, která by se dala využít i ve velkém.
Ústav pro vzácné zeminy a kovy, listopad 2022
