Как добывают литий для аккумуляторов
Перейти к содержимому

Как добывают литий для аккумуляторов

  • автор:

Добыча лития: грязный секрет электромобилей

Сейчас ведется общемировая гонка за обеспечение стабильных поставок лития, ключевого компонента батарей электромобилей. Но в то время как ЕС фокусируется на снижении выбросов путем перехода на электрические машины, добыча лития угрожает нанести ущерб окружающей среде в промышленных масштабах.

Еще до того, как новый рудник стал главной темой деревенских разговоров, Жоано Кассота, 44-летний фермер, хотел изменений. Он с трудом обеспечивал себя за счет земельного участка в гористой части северной Португалии. Из его друзей детства он был единственным, кто не уехал за границу в поисках работы.

В 2017 году, когда он услышал о разведывании британской компанией месторождения лития в провинции Траз-уш-Мо́нтиш (Trás-os-Montes), Кассота обратился в свой банк за кредитом на €200,000. Он купил трактор John Deere, землю и портативный резервуар для воды.

Разведочная команда британской горнодобывающей компании Savannah Resources потратила месяцы на бурение по геологическим картам и исследование холмов, разбросанных рядом с фермой Кассота.

Первоначальные расчеты показали, что эти холмы могут содержать более 280,000 тонн лития, серебристо-белого щелочного металла. Таких запасов достаточно для 10 лет производства.

Кассота связался с местным офисом Savannah, и горнодобывающая фирма подрядила его на поставку воды на их разведочный участок.

Его инвестиции очень быстро окупились. Менее чем через 12 месяцев на счетах компании Cassote отразилась прибыль, которую ему пришлось бы зарабатывать пять или шесть лет на своей животноводческой ферме.

Savannah — это всего лишь одна из нескольких горнодобывающих компаний, нацелившихся на богатые литиевых месторождения в центральной и северной Португалии. Внезапный ажиотаж вокруг petróleo branco (или «white oil» — белая нефть), связан с электромобилями, которые пока редко можно увидеть в этих краях.

Литий является ключевым активным материалом в аккумуляторных батареях, которые питают электромобили. Он встречается в скальных и глинистых породах как твердый минерал, а также растворяется в соляном растворе. Он популярен у производителей батареи, потому что, как наименее плотный металл, он способен хранить много энергии для своего веса.

Электрификация транспорта стала главным приоритетом в движении к безуглеродному будущему. В Европе на автомобильный туризм приходится около 12% всех выбросов углерода на континенте.

В соответствии с Парижским соглашением, выбросы от автомобилей и фургонов должны сократиться более чем на треть (37,5%) к 2030 году.

ЕС также установил амбициозную цель уменьшения общих выбросов парниковых газов на 55% к той же дате. С этой целью Брюссель и отдельные государства ЕС вливают миллионы евро в стимулирование владельцев автомобилей к переходу на электрический транспорт.

Некоторые страны идут еще дальше, предлагая запретить продажи дизельных и бензиновых автомобилей в ближайшее время (уже в 2025 году в случае с Норвегией).

Если все пойдет так, как запланировано, количество электромобилей в пользовании Европе может увеличиться с примерно 2 млн. на сегодняшний день до 40 млн. к 2030 году.

Литий является ключом к этому энергетическому переходу. Литий-ионные батареи используются для питания машин электроэнергией, в смартфонах и ноутбуках, а также для хранилищ электроэнергии сетки.

Но у Европы есть проблема.

В настоящее время почти каждая унция лития импортируется.

Более половины (55%) мирового производства лития в прошлом году пришлось всего на одну страну: Австралию. Другие основные поставщики, такие как Чили (23%), Китай (10%) и Аргентина (8%), сильно отстают.

Месторождения лития были также обнаружены в Австрии, Сербии и Финляндии, но именно в Португалии находится основная надежда Европы на крупнейшие литиевые запасы. Португальское правительство планирует предоставлять лицензии на добычу лития международным компаниям.

Добыча лития на собственных задворках не только обеспечивает Европу более простой логистикой и более низкими ценами, но также снижает выбросы, связанные с транспортировкой. Это также обеспечивает Европе бесперебойность поставок — это особенно важный аспект в связи с приостановкой международной торговли из-за пандемии коронавируса.

Еще до пандемии проблема поиска источника лития вызывала большую тревогу.

Доктор Тея Риофранкос, политический экономист в колледже Providence в Род-Айленде, указала на растущий торговый протекционизм и недавнее обострение отношений США и Китая (и это было до осложнений в торговле между Китаем и Австралией).

По мнению ее мнению, независимо от того, насколько были обеспокоены политики ЕС перед пандемией, «теперь эти опасения должны быть в миллион раз выше».

Срочность в обеспечении снабжения литием привела к буму в разработке месторождений, и теперь гонка за «белой нефтью» угрожает привести к разрушению природной среды в любом месте, где ее обнаружат. Но поскольку горнодобывающие компании помогают снизить углеродные выбросы, экологическая политика ЕС находится на их стороне.

«За всем этим стоит фундаментальный вопрос о том, что модель потребления и производства, которой мы сейчас обладаем, просто не обеспечивает устойчивое развитие», — считает Риофранкос, — «То, что все будут иметь электромобили, означает огромный объем добычи, переработки и прочее загрязнение среды, которое сопутствует этому».

Проблемы добычи лития в Португалии.

В крошечной деревушке Муро в Траз-уш-Мо́нтиш у Кассота теперь тоже есть проблемы. Фаза геологической разведки закончилась ранее в этом году, и его дорогостоящая новая техника простаивает без дела на ферме. Savannah ждет окончательной отмашки от португальского правительства, чтобы приступить к добыче лития.

Если одобрение будет получено, компания обещает инвестировать $109 млн. в этот проект. Это также привет к появлению карьера в горах. Кассота не возражает. Он просто пересядет в собственную землеройную машину.

Не все разделяют энтузиазм Кассота к добыче лития.

Прожив три десятилетия в Амстердаме, Марио Инасио, 50-летний профессиональный танцор, недавно вернулся в свой дом в Португалии, планируя построить оздоровительный центр для занятий йогой — глубоко в сельской местности, пасторальной и изолированной, где гости смогут просыпаться от пения птиц.

Инасио и его партнер, Милко Принз, нашли идеальное место, заброшенную усадьбу с 47 акрам заросшего травой участка в центральной Португалии. Главный дом потребует значительного ремонта, но все остальное было именно таким, как они себе представляли.

Впервые проезжая на машине по изношенной, ухабистой дороге, Инасио мечтал о изменениях, которые они могли бы сделать — расширить дом в стороны, переоборудовать пристройки в номера, высечь в скалах природный бассейн. Он определил место для студии йоги: небольшая возвышенность видом на природный участок и на холмы за его пределами.

Через шесть лет после того, как они нашли это на место, центр Quinta Da Lua Nova был готов открыть свои двери для гостей. Пандемия привела к оттоку международных клиентов и затруднила заполнение девяти номеров центра, но теперь появилась гораздо большая опасность для бизнеса, в который Инасио вложил свою жизнь.

Подойдя к одному из панорамных окон своего дома, он указал на нетронутые природные виды снаружи: «Все это может быть использовано для добычи лития в ближайшее время».

В последние несколько лет небольшие группы встревоженных жителей стали объединяться по всей Португалии, обеспокоенные планами правительства по добыче лития. Эти группы стали направлять запросы в местные департаменты планирования. В случае Инасио ему ответили, что его просьбы будут «переданы». Никаких дополнительных комментариев он не получил.

В то же время, ранние разведочные работы, проводившиеся компаниями подобными британской Savannah и португальской Lusorecursos, по сообщениям, были замечены по всей стране.

Техническая оценка ресурсов лития была заказана Министерством энергетики в 2016 году. В конце концов, государственный представитель подтвердил, что проводились дискуссии с различными горнодобывающими компаниями, но никаких официальных решений еще не принято.

Затем, в январе 2020 года, в различных группах WhatsApp и Facebook появилась геологическая карта, созданная заинтересованными жителями, такими как Инасио.

Карта, составленная местным разработчиком программного обеспечения, специализирующимся на картографии, подтверждала их худшие опасения. Ковер из геометрических фигур, обозначающих природные запасы, расстелился по внутренней части страны.

Жители провели серию местных и общенациональных протестов, включая марш в Лиссабоне в прошлом году, стремясь повысить осведомленность о воздействии добычи лития на природную среду страны, включая потенциальное разрушение природной среды обитания в промышленных масштабах, химическое и шумовое загрязнение, а также высокие уровни потребления воды.

Они также подняли вопрос о влиянии на туризм — главную экономическую опору внутренней части страны, с годовым оборотом $18.4 млрд. в 2019 году.

Все эти проблемы были выражены в «Национальном манифесте», недавно опубликованном коалицией гражданского движения.

Несмотря на громкое освещение в местных СМИ, все эти меры оказали слабое воздействие. Частично это отражает относительную слабость национального экологического движения.

По мнению Марии Кармо, 43-летней преподавательницы университета из деревни Барко, в Центральном районе Каштелу-Бранку (Castelo Branco), такое безучастие показывает отчуждение большинства португальцев из крупных городов или прибрежных районов от сельских районов центра страны.

Тенденцией последних 50 лет была постоянная депопуляция сельских районов. Сотни тысяч людей покинули бедный центр Португалии и переселились за границу или в прибрежные города страны. Немногие из них возвращаются.

Если лицензии на добычу лития будут предоставлены в их регионе, Инао и небольшая группа ярых противников готовы бороться с этим в судах.

Сейчас Мария Кармо уже не уверена в успехе. Ее группа активистов в Castelo Branco разделилась, и половина участников теперь готова к возможности открытой добычи лития рядом с ее деревней.

Это в любом случае произойдет, говорят они, так почему бы не договориться о некоторых гарантиях? Рядом с этой деревней когда-то были оловянные шахты, и часть жителей считает, что это было не так плохо.

Но Кармо чувствует, что было бы ошибкой сравнивать эти два случая. Ее собственный отец и дедушка работали на оловянном руднике Argemela за деревней, прежде чем он закрылся в начале 1960-х годов.

Тогда добыча была небольшой и подземной. Новый рудник, напротив, приведет к тому, что половина холма исчезнет, что потенциально может повредить остатки поселения бронзового века на вершине холма.

Сельские жители также опасаются, что химические стоки загрязнят близлежащую реку Zêzere, от которой зависит их урожай.

После трехлетней борьбы Кармо готова сдаться. Она чувствует, что правительство глухо, и ее сограждане не заинтересованы.

«Такие разрушения», — говорит она, — «А для чего? Чтобы экологически настроенные горожане Парижа и Берлина могли почувствовать удовлетворение, управляя машинами с нулевой эмиссией».

Сторонники надежд Португалии на литиевый бум утверждают, что местные экологические нарушение — это лишь небольшая цена за решение климатического кризиса.

Они указывают на то, что инновации, такие как ветряные электростанции, солнечные энергетические парки и гидроэлектростанции, способствующие снижению выбросов CO2 в долгосрочной перспективе, оказывают определенное влияние на местное население.

В презентации для инвесторов Savannah отмечает, что ее предлагаемый (с прогнозируемой выручкой $1.55 млрд. в течение начального 11-летнего срока добычи), обеспечит достаточным количеством аккумуляторных батареях, чтобы предотвратить выброс 100 млн. тонн двуокиси углерода.

Главный исполнительный директор Savannah, Дэвид Арчер, идет еще дальше. Выступая перед инвесторами в своем Лондонском офисе, он преподносит многомиллионные инвестиции своей фирмы в качестве средства «улучшения качества жизни деревенских общин всего мира».

Его формула очень проста: литий равен батареям, которые равны электромобилям, что равно прекращению выбросов автомобилей, что равно решению сегодняшней проблемы изменения климата.

Он добавляет к этому перспективу появления новых рабочих мест в местном районе (до 800 в Траз-уш-Мо́нтиш), более высокие налоговые поступления и усиление экономики Португалии на €437 млн.

Перспективы развития, как он выражается, — «бесспорны» и португальское правительство с ним согласно.

В рекламном видео, предназначенном для иностранных инвесторов, государственный секретарь по вопросам окружающей среды назвал свою страну «одним из мировых лидеров в области энергетики». Короткий фильм подчеркивает, что нынешнее правительство «сильно привержено» политике эко-инноваций.

Оппоненты, возражают на это, что там, где есть прибыль, вредное воздействие на местную окружающую среду почти всегда упускается из виду.

Та же дилемма обсуждалась на протяжении десятилетий международных климатических переговоров, объясняет Харджит Сингх, лидер неправительственной организации ActionAid по глобальному климату.

Северная часть Земли хочет более жестких целей по выбросам; южная часть Земли сейчас остро нуждается в экономическом развитии, и разумно полагает, что бремя борьбы с климатическим кризисом должно упасть на постиндустриальные сообщества, в первую очередь ответственные за этот кризис.

«Зеленые технологии необходимы для перехода к возобновляемой энергии», — говорит Сингх, — «но они не лишены негативного воздействия и нам нужно обеспечить, чтобы оно не всегда ложилось на самые бедные и самые маргинальные сообщества».

Добыча лития в Чили.

В Чили борьба с воздействием добычи полезных ископаемых ведется уже многие годы.

Родившийся и выросший в медно-добывающем регионе Либертадор-Хенераль-Бернардо-О’Хиггинс центрального Чили, активист местного сообщества Рамон Бальказар, осознал потенциальный ущерб крупномасштабной добычи еще в раннем возрасте.

Некоторое время он занимался вопросами землепользования и химического загрязнения. Затем шесть лет назад он переехал в северный форпост Сан-Педро-де-Атакама.

Город расположен на окраине знаменитых солончаков страны. Из него открывается вид на грубый, высушенный горячим солнцем ковер из белых кристаллов и серой земли.

Сан-Педро лежит на западной точке огромной зоны месторождений, которая простирается на север через пустыню Атакама до Боливии и на восток в Аргентину.

Пустыня Атакама в пятьдесят раз суше, чем долина Смерти Калифорнии, а под ней скрыты породы, богатые минералами.

Исторически горнодобывающие компании использовали свои месторождения в основном для добычи меди и в меньшей степени для добычи йода и нитратов. По некоторым оценкам, эта зона также содержит до половины мировых запасов лития.

С середины 2010 года, когда разговоры о литий-ионных батареях стали вестись в каждом окрестном городе, было оформлено множество новых лицензий на добычу, получены инвестиции и расширена область добычи.

Эта район стал известен как «литиевый треугольник» (lithium triangle).

Горнодобывающие компании настаивают, что их работы безопасны. Бальказар считает, что у них нет доказательств этого утверждения. Никто не знает, какой эффект окажет крупномасштабная добыча лития на хрупкую природную экосистему Атакамы.

В отличие от Португалии, литий здесь добывается из солевого раствора, поэтому при добыче не используется динамит, нет землеройных машин и неприглядных карьеров.

Вместо этого рудники состоят из череды крупных, аккуратно разделенных испарительных бассейнов, наполненных миллионами литров солевого раствора, выкачанных из-под земли и оставленных испаряться на солнце.

Страхи местных жителей, таких как Бальказар, связаны с подземными полостями, образующимися после выкачивания солевого раствора. Это может стать причиной катастрофы — существует риск того, что запасы чистой воды, которая встречаются в отдельном слое над запасами солевого раствора, могут быть загрязнены.

Бальказар сотрудничает с Обсерваторией андских солончаков Plurinational Observatory of Andean Salt Flats, объединением экспертных ученых и заинтересованных граждан, исследующих изменения в местной экологии.

Их доказательства — сокращение пастбищ местных животных и урожая, исчезновение флоры и фауны — все признаки процесса опустынивания, которое, по их мнению, усугубляется добычей лития.

Планы добывающей компании SQM по расширению работ, были недавно заблокированы чилийским судом на экологических основаниях, но почти все другие усилия по получению поддержки от властей оказались безуспешными.

В Чили, по словам Бальказара, некоторые территории и природные территории всегда отдавались «в жертву» во имя прогресса.

Переработка и альтернативные способы добычи лития.

В то время как горнодобывающие компании промывают пустыни и сельскую местность ради концентрата лития, ведется параллельный поиск альтернативных способов получения лития для батарей.

В промышленном районе, окруженном полями в сельской Саксонии, Кристиан Ханиш пытается найти решение проблемы в переработке отходов.

«Что если, вместо того, чтобы извлекать ископаемый литий из земли, мы используем то, что у нас уже есть?», — предлагает он.

Примерно полмиллиона тонн лития были добыты и переработаны в последнее десятилетие, большая часть которого сейчас находится в выброшенных мобильных телефонах и устаревших ноутбуках.

В скромном офисе компании Duesenfeld, которую он соучредил во время работы над своей докторской диссертацией в Брауншвейгском университете технологий, 37-летний Ханиш пытается решить проблему логистики для переработки старых батарей.

Литий-ионные батареи, которые используются в обычных устройствах, как правило, невелики, и их сбор — кропотливая задача, поэтому, чтобы сделать свое предприятие жизнеспособным, Ханиш решил начать с больших использованных автомобильных батарей, каждая из которых содержит около 8 кг лития.

Он показывает из окна на несколько недавно доставленных образцов батарей, сложенных на бетонной площадке перед фабрикой.

Удалить тяжелый пластиковый корпус аккумулятора достаточно просто. Сложность заключается в том, как добраться извлечь литий из аккумуляторной ячейки. В настоящее время существует два основных варианта: либо нагреть компоненты примерно до 300 С для испарения лития, либо добавить кислоты и другие восстанавливающие агенты для выщелачивания металла.

Оба подхода осложняются крайней нестабильностью лития (он легко воспламеняется и взрывается) и тем, что он смешан с другими металлами (для лучшей проводимости).

Рыночные аналитики прогнозируют потенциальное 12-кратное увеличение объема мировой отрасли переработки лития в течение следующего десятилетия, до $18 млрд. к 2030 году, и конкуренция между новаторами переработки обостряется.

Только в одной Германии фирма Duesenfeld конкурирует, по крайней мере, с тремя другими переработчиками лития. В соседней Бельгии компания Umicor, занимавшаяся ранее переработкой городских отходов, развивает собственную технологию, но не раскрывает ее детали.

Другим заметным европейским игроком является компания SNAM из Франции.

Ханиш уверен, что его технология обладает преимуществом. Вместо выплавки (что энергозатратно) или выщелачивания (что чрезвычайно токсично), подход Duesenfeld основан на механическом разделении.

Этот метод включает в себя физическую разборку аккумулятора на его составляющие детали, а затем извлечение остаточного литий посредством намагничивания и дистилляции.

На заводе компании стоит какофония шума, всю заднюю стенку занимает цилиндрическое устройство, похожее на подводную лодку. «Это дробилка», — кричит Ханиш сквозь наушники.

Помещение заполнено джунглями из труб, воронок и конвейерных ремней. Где начинается или заканчивается производственная линия — непонятно. Ханиш рассматривает свое изобретение с блаженным выражением лица.

«Это шумно», — признал он, но это самый экологичный способ утилизации лития.

Ханиш вырос в фермерской семье в сельской местности Нижней Саксонии, и такое воспитание вдохновило его экологические амбиции. Ранее в этом году он также открыл консалтинговую фирму No Canary, которая консультирует о методах безуглеродного производства не только аккумуляторов, но и целых электромобилей, от начальной стадии до окончательной утилизации.

Отказ от бензина и дизельного топлива не единственная проблема. Изготовление любого автомобиля, электрического или обычного, приводит к выбросам углерода, от сжигания угля, используемого для выплавки стали, до дизельного масла, сгоревшего при доставке электронных компонентов через океан.

Дополнительный расход материалов и энергии при изготовлении литий-ионной батареи, означают, что в настоящее время выбросы углерода, связанные с производством электромобилей, выше, чем для автомобиля, работающего на бензине или дизельном топливе, — до 38%, согласно некоторым расчетам.

До тех пор, пока источники электричества в национальных сетях не станут полностью возобновляемыми, перезарядка аккумуляторов будет в определенной степени зависеть от угольных или газовых электростанций.

Литий составляет небольшую часть стоимости аккумулятора, что означает, что у производителей мало стимулов искать альтернативу. При этом, утилизация лития обходится дороже, чем его добыча из земли.

Для Ханиша основные расходы наступают в конце процесса переработки: преобразование восстановленного лития из его переработанного состояния (сульфат лития) в пригодную для использования в батареях форму (карбонат лития).

Не имея ресурсов для открытия своего собственного химического завода, фирма Duesenfeld отправляет свой конечный продукт, зернистый композит из металлов, известный как «черная масса», — к гидрометаллургический завод для окончательной обработки.

Для существующих сейчас фабрик утилизации, литий — это не то, что приносит деньги, рассказывает Линда Гейнс, эксперт по системам утилизации аккумуляторов в Национальной лаборатории Аргонна в Иллинойсе.

Как она сказала: «Основная цель — восстановить кобальт, а также никель и медь. Литий не приносит много прибыли».

Как и в случае ветряных турбин и солнечных батарей, цена переработанного лития, скорее всего, снизится, когда увеличится количество как производителей аккумуляторов. Если предположить, что это произойдет, можно сделать вывод, что существует огромный дисбаланс спроса и предложения на литий.

Перед пандемией прогнозировался более чем четырехкратный общий рост продаж электромобилей в течение следующих 5 лет, до более чем 11 млн. единиц. Спрос на литий должен вырасти соответственно, при этом одна отраслевая оценка предполагает, что годовое потребление лития может легко достичь 700,000 тонн к середине этого десятилетия.

Таким образом, даже если Duesenfeld и ее конкуренты переработают каждую унцию лития, добытого в последнее десятилетие, то к 2025 году этого объема хватит на выпуск новых аккумуляторов для электромобилей лишь в течение 9 месяцев.

Экономические и экологические перспективы добычи лития.

Как оказалось, рецессия, вызванная пандемией, возможно, предоставила кампании протестующих отсрочку открытия новых литиевых шахт.

В мире, испытывающем длительный экономический кризис, новые автомобили, даже экологически чистые, находятся в нижней части списка приоритетов большинства людей. Когда производство замедлилось, падение спроса на литий на мировых рынках ослабило бум белой нефти, но только временно.

Но инвесторы по-прежнему уверены в долгосрочных перспективах лития. С изменением режима в Белом доме после выборов, ожидается возобновление поддержки мер по решению климатического кризиса.

В течение двух недель после выборов в США цена акций чилийской компании Albermarle, добывающей литий, выросла более чем на 20%. А в Великобритании анонсированный Борисом Джонсоном запрет на выпуск дизельных и бензиновых автомобилей к 2030 года придал рынку лития новый импульс.

Европейская комиссия по-прежнему хочет собственную литиевую отрасль в Европе.

В сентябре 2020 года Словацкий дипломат и вице-президент комиссии Марош Шефчович публично одобрил планы Португалии как «необходимые» для автомобильного сектора. Более того, он пообещал финансовую поддержку от Европейского инвестиционного банка.

Его комментарий был созвучен с новой сырьевой стратегией ЕС, которая, помимо прочего, стремится к 18-кратному увеличению поставок лития в Европе к 2030 году, при этом снижая зависимость Европы от других стран.

Это обескураживает противников литиевых шахт в Португалии. Шефчович добавил к этому лишь то, что решение относительно шахт должно быть принято в диалоге «с местными общинами», и что «нам нужно заверить эти общины, что эти проекты не только имеют наивысшее значение, но также принесут пользу региону и стране».

Современная корпоративная ответственность построена на такой же логике.

Во-первых, она не обещает устранить все негативные последствия промышленные воздействия. Вместо этого она обещает «управлять» ими, а затем сбалансировать причиненный ущерб компенсирующими «выгодами», если использовать выражение Шефчовича.

В случае шахты Savannah в северной Португалии корпорация признает, что окажет воздействие на местную окружающую среду, но утверждает, что оно будет компенсировано другими выгодами (внутренние инвестиции, рабочие места, проекты сообщества).

Годофредо Перейра, португальский экологический архитектор, работающий в Королевском колледже искусств в Лондоне, относится к таким заявлениям скептически. Его первые наблюдения за эксплуатацией солончаков в Чили показали, что предложенный диалог с местными жителями может быть весьма поверхностным.

Даже в Атакаме, где международные соглашения дают коренным группам населения право на «свободное, информированное согласие», несогласным, таким как Бальказар, приходится бороться за то, чтобы их услышали. Вместо этого, мнение тех, кто поддерживает добычу, принимается и преподносится как всеобщее.

При необходимости обязательства получить согласие можно избежать просто определив лития в качестве минерала «стратегического» или «критически важного» национального значения — это достаточно легко сделать, учитывая провозглашенный вклад лития в замедление глобального потепления и более чистого воздуха.

Обещанные компромиссы часто оказываются не совсем тем, чем они кажутся изначально, по словам Перейра.

Добровольный характер корпоративной ответственности означает, горнодобывающие корпорации могут отступить от нее, если она их не устраивают.

Даже когда местные группы добиваются успеха в переговорах по фиксированному роялти (3.5% от продаж, в случае одной крупной добывающей компании в Атакаме), общины часто разделяются в последующей борьбе за эту добычу.

Открытия карьеров в португальских горах во имя зеленых технологий, возможно, все еще можно избежать. На сцене может появиться альтернативная, менее противоречивая технология. Например, зеленый водород может помочь компенсировать до 10% выбросов Европы.

Возможно, правильным решением будет переосмыслить, к чему это может привести. Как отметила Тея Риофранкос из Колледжа Providence, если бы все перешли на «рациональные формы транспорта», таких как электропоезда, трамваи, электроавтобусы, езда на велосипеде и каршеринг — тогда спрос на пассажирские автомобили всех видов сократится за одну ночь.

Однако для протестующих групп Португалии часы неумолимо тикают. Годофредо утверждает, что граждане должны требовать диалога, чтобы «добиться обсуждения того, какую модель развития мы хотим».

По его мнению, если бы люди были лучше информированы об этой проблеме, возможно, общественное мнение оказалось бы на их стороне, и планы по добыче лития в этой стране могли бы оказаться на полке. В связи с этим недавние требования Зеленой Партии Португалии об оценке воздействия горнодобывающей политики на национальном уровне могут быть перспективны.

Протестующие уже убедились, что препятствовать зеленым настроениям сложно. Внутренние регионы нуждаются в инвестициях.

На игровой площадке в соседней деревне, где живет Жоано Кассота висит транспорант, на котором написано «Sim à Vida» (Жизни — да) рядом с «Não à Mina» (Шахте — нет).

«Жизнь» для противников шахты, в том числе Марио Инасио и Марии Кармо, это эко-туризм, регенеративное сельское хозяйство, местные цепочки поставок и другие аналогичные принципы.

Но для Кассота это означает достойную заработную плату за достойную работу. Для зеленого будущего будет жизненно важно совмещение обоих видений.

Где и как добывается литий?

Литий — мягкий, пластичный металл серебристо-белого цвета, открытый в 1817 году шведским химиком минералогом Иоганном Арфведсоном. Новый металл стали использовать в производстве фарфора и стекла, а позднее в атомной энергетике и металлургии. В XXI веке с развитием электроники и электротранспорта спрос на литий резко вырос. Больше половины добываемого в мире лития уходит на производство аккумуляторов. Только на изготовление одной батареи для электромобиля требуется 63 кг лития.

Существует два способа добычи лития: рудный и гидроминеральный. В первом случае металл добывают в шахтах или карьерах из пегматитовых минералов, во-втором — из подземных рассолов. Большая часть лития добывается из глин солончаков. Из подземных месторождений богатую литием воду выкачивают с помощью мощных насосов и пропускают через очистительные бассейны для повышения содержания металла в рассоле. Для этого требуется много воды и солнечного света. Чем дольше соляной раствор простоит на солнце, тем концентрированней он становится. Площадь одного такого бассейна можно сравнить с площадью двадцати футбольных полей вместе взятых. Рассольный способ добычи лития дешевле рудного, так как концентрат залегает на глубине не более двух метров. Сам процесс выпаривания долгий и обычно занимает до восемнадцати месяцев. После выпаривания на солнце раствор хлорида лития перевозится в цистернах на перерабатывающий завод. Там литий отделяется в виде мелкой белой муки, затем прессуется в брикеты и отправляется заказчикам.

Как добыча лития влияет на природу и жизнь людей

Большая часть месторождений лития находится в засушливых высокогорьях на границах Боливии, Чили и Аргентины. Литиевая добыча уже нанесла вред экосистеме этих мест, а особенно пустыне Атакама, расположенной на севере Чили. Для добычи материала требуется огромное количество воды. Например, чтобы добыть одну тонну металла, необходимо израсходовать около двух миллионов литров. Происходит истощение водных запасов для населения. Из-за нехватки влаги территории лишаются пастбищной травы, что создает угрозу существования фермерских хозяйств. Еще одной серьезной проблемой является химические стоки, загрязняющие реки и водоемы. Отравленная химикатами вода убивает все живое. Все чаще местные жители задаются вопросом: — Неужели добыча лития важнее уникальной окружающей среды и древнего образа жизни, который процветает в ней?

Как обстоят дела с добычей лития в России

Россия импортирует литий, хотя и обладает собственными запасами этого металла, находящимися на Кольском полуострове, в республике Тыва, в Иркутской области. Все это рудные месторождения. Выпаривать на солнце минералы из соленых озер в нашей стране не позволяет климат, да и внутреннее потребление не достаточно развито. Дешевле покупать сырье за рубежом, чем добывать самостоятельно. “Но чтобы не зависеть от иностранных поставщиков лития и скачков цен на рынке, было бы разумно создать собственное производство полного цикла”, ‒ сказал главный геолог Красноярского химико-металлургического завода Николай Ворогушин.

Литий: зачем нужен, как добывается и хватит ли его нам?

Так выглядит литийсодержащая руда
Литий — один из критически важных элементов для всей нашей цивилизации. Конечно, когда мы говорим о литии, на ум сразу приходят Li-ion батареи. И действительно, львиная доля добываемого лития уходит на нужды производителей аккумуляторов. Тем не менее, он используется и в других сферах.

Например, в металлургии, как черной, так и цветной, — металл применяется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Также с его помощью производят стекла, которые частично пропускают ультрафиолет, он применяется в керамике. И это если не говорить о ядерной энергетике и атомной технике — его используют для получения трития. Короче, литий в буквальном смысле нарасхват. Под катом — поговорим об аккумуляторах, Tesla, способах добычи лития и его дефиците.

Но главное, конечно, батареи

Да, сейчас большая часть добываемого в мире лития уходит на производство литиевых аккумуляторов. По расчетам, на производство одной батареи для Tesla Model S требуется 63 кг этого металла с 99,5% чистоты.

Теперь давайте подумаем, что будет, если все, абсолютно все автомобили внезапно станут электрическими, с литиевыми батареями. По данным на 2016 год автомобилей в мире было 1,3 млрд. Сейчас, наверное, еще больше, но окей, воспользуемся этими данными четырехлетней давности.

Пусть не все новоявленные электрокары имеют настолько же вместительную батарею, как Tesla, уменьшим вес лития, необходимого для производства, на треть. Получается, что на одну такую батарею необходимо 44,1 кг чистейшего лития. Для наших 1,3 млрд автомобилей нужно 57,33 млрд кг лития. Неплохо, это 57,33 млн тонн лития, и только для нужд автомобильной промышленности.

К 2023 году массовое производство электромобилей стартует на предприятиях Mercedes, BMW, Toyota, Ford, Audi, Porsche, Volvo, Huyndai, Honda. По подсчетам экспертов, эти компании будут производить около 15 млн электрокаров ежегодно, на что потребуется около 100 000 тонн лития в год.

Но ведь не электромобилями едиными. У нас же в ходу миллиарды экземпляров разной техники с аккумуляторами — смартфонов, ноутбуков, планшетов и т.п. Они маленькие, да, но и для них понадобится много лития. Правда, гораздо меньше, чем для батарей электромобилей — на производство батарей для мобильных устройств уходит несколько процентов общемирового производства лития. В 2017 году Apple использовала всего 0,58% общемировых объемов добычи этого металла.

Но есть и другие батареи. Та же Tesla разрабатывает и реализует огромные аккумуляторные системы, которые служат для нивелирования скачков потребления энергии в пиковые часы. В крупном аккумуляторе содержится не менее тонны лития. Пока что производство таких систем не слишком масштабное, но через время все может измениться.


В целом, общемировое потребление лития к 2025 году составит не менее 200 000 тонн этого металла.

А как его добывают и хранят?

Литий — очень активный химически металл, поэтому его добыча ведется несколько отличными от добычи большинства прочих, обычных металлов способами. Есть два способа выделить Li.

Первый — из пегматитовых минералов, которые состоят из кварца, полевого шпата, слюды и других кристаллов. Ранее это был основной источник лития в мире. В Австралии, например, его добывают из сподумена, руды лития, минерала, который относится к пироксенам.

Второй — из глин солончаков. Такие есть в Южной Америке и той же Неваде, о которой говорилось выше. Насыщенные литием рассолы можно «обогащать» при помощи испарителя на солнечной энергии. Затем, после достижения нужной концентрации гидроксида лития, его осаждают, добавляя карбонат натрия и гидроксид кальция. Этот процесс не очень дорогой, но занимает продолжительное время — от 18 до 24 месяцев. Именно такой способ планирует использовать Маск.

У второго способа есть проблемы: при получении лития таким способом литий получает примеси — железо или магний (от магния сложнее всего избавиться). Тем не менее, на солончаковых землях много лития, и это делает второй способ очень привлекательным — от примесей все же можно избавиться.

К слову, солончаки как раз не входят в списки разведанных месторождений, поскольку добыча лития выпариванием солевых растворов — новый метод, который ранее не применялся. Так что вполне может быть, что запасов лития на Земле гораздо больше, чем считается.

Очень много лития в солончаковой пустыне Салар-де-Уюни на юго-западе Боливии. Под твердой коркой находится жидкий рассол с концентрацией лития в 0,3%.

Есть и другие способы, но все они чисто лабораторные. Например, пару лет назад на Хабре публиковалась новость о том, что литий можно добывать из рассолов при помощи металл-органических каркасных мембран.

Они копируют механизм фильтрации — ионную селективность — мембран биологических клеток в живых организмах. Кроме лития, этот способ дает и пресную воду, тоже ценный продукт. Но, к сожалению, ни стоимость, ни возможность масштабирования этого способа не освещены учеными. Да и спустя два года о коммерциализации метода так ничего и не слышно.

Еще литий можно добывать… из литиевых батарей. То есть перерабатывать батареи, получая снова металлический литий и другие необходимые для создания аккумуляторов материалы. Но пока что переработка батарей ведется в малых объемах. Это достаточно сложный и дорогой процесс, так что в ближайшее время вряд ли мы услышим о строительстве крупных заводов по переработке батарей. Да, ученые работают над этим, но все это пока что лишь исследования.

Сколько всего лития на Земле?

Да не так уж и много. Вернее, того, что разведали, относительно немного. В 2019 году глобальные подтвержденные запасы этого металла оценивались в 17 млн тонн. В России — около 900 000 тонн. Если взять потенциально «плодородные» месторождения, то получится около 62 млн тонн. Возможно, геологи разведают новые месторождения, но в любом случае лития на Земле мало.

Два года назад добыто было около 36 000 тонн. При этом 40% металла идет на аккумуляторы, 26% —на производство керамических изделий и стекла, 13% — выпуск смазочных материалов, 7% —металлургию, 4% — системы кондиционирования, 3% — медицина и полимеры.

Основные поставки лития ведутся из Австралии (18,3 тыс. тонн в год), затем Чили (14,1 тыс. тонн в год) и Аргентина (5,5 тыс. тонн в год). В ближайшее время поставщики лития планируют увеличить объемы его добычи и поставки на мировой рынок.

Кстати, компания Tesla, один из крупнейших потребителей лития, получила право на самостоятельную добычу металла в штате Невада, США. Илон Маск заявил, что его компания получила доступ примерно к 10 тыс. акров богатых литием залежей глины в Неваде.

Литий для всех, и пусть никто не уйдет обиженным?

Речь о недалеком будущем, когда понадобится производить гораздо больше литиевых батарей, чем сейчас. Насколько ученые могут судить, на ближайшие несколько лет этого металла хватит всем.

С течением времени компании найдут способ снизить количество лития в батареях — уже сейчас ведутся исследования на эту тему. Скорее всего, добыча лития из рассолов тоже станет наращивать обороты, так что общие объемы металла возрастут, и весьма значительно.

Но что будет через 10-20-30 лет? Сложно сказать. Возможно, «выстрелит» новая технология производства аккумуляторов, предложенная учеными или корпорациями. А может быть, специалисты смогут изменить конструкцию текущих аккумуляторов, значительно сократив количество лития, необходимое для производства одной батареи.

В целом, пока что пути решения проблемы дефицита лития есть, и их немало. Давайте вспомним об этом вопросе лет через 5 и обсудим изменения здесь же, на Хабре. Хотелось бы надеяться, к тому времени не начнутся «литиевые войны», ведь этот металл уже называют «новой нефтью».

Нужно больше лития! Бум электротранспорта приводит к новым экологическим проблемам

Как в России и мире добывают литий, один из самых перспективных редких металлов, чем это угрожает планете, и какая связь между пустыней Атакама и московским транспортом.

600-й по счету электробус, поступивший в парк общественного транспорта Москвы. Январь 2021. Фото: Илья Питалев / РИА Новости

Летом 2020 года Москва полностью отказалась от одного из символов города – троллейбуса: власти сочли их недостаточно маневренными и решили заменить автобусами с электродвигателем. Теперь на улицах города все чаще встречаются синие электробусы с большими окнами и просторными площадками. Питается электробус от литиевых аккумуляторов — их подзаряжают на конечных остановках.

Московские электробусы собирают в башкирском городе Нефтекамске на заводе «НЕФАЗ», дочернем предприятии КамАЗа. В ближайшее время сборочное производство планируют частично перенести в столицу — на Сокольнический вагоноремонтно-строительный завод.

«Кузовная мастерская и всё, что касается шасси, останется в Нефтекамске, а установка всех систем, включая батарею, будет осуществляться в Москве», — рассказали в пресс-службе КАМаЗ.

Каждый год завод планирует выпускать по 450 электробусов, то есть повысить мощности более чем в два раза: за предыдущие два года (с сентября 2018 по декабрь 2020) КамАЗ поставил в Москву 400 электробусов.

Интересно, что литий, из которого делают аккумуляторы электробусов, скорее всего поступает к нам из Южной Америки, проделывая путь в десятки тысяч километров. Почему же этот металл не добывают в России? И какие экологические риски связаны с производством батарей?

Зачем человеку литий

Продажи электротранспорта растут не только в России, но и в мире: по данным The Guardian, в 2020 году рост составил 43%, а в Северной Европе доля рынка электромобилей достигла 54%. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Литиевые аккумуляторы быстро заряжаются (время зарядки электробуса — 20 минут), не выделяя при этом вредных веществ, и обладают высокой эффективностью: используется до 95% энергии батареи. Кроме того, литий – самый легкий металл на планете, что повышает его привлекательность у производителей. По прогнозам Bloomberg, к 2030 году потребность в литиевых батареях увеличится в девять раз.

Литий — не новый для человечества металл, его использовали с 19 века: сначала в производстве стекла и фарфора, позднее — в металлургии и атомной энергетике. В начале 21 века спрос на литий резко вырос — в первую очередь из-за развития гаджетов и электротранспорта. Для производства одной батареи для электромобиля Tesla Model S, например, требуется 63 кг лития!

В 2019 году мировое потребление лития оценивалось в 57 700 тонн — это на 18% больше, чем годом ранее. Аналитическая компания GlobalData прогнозирует, что к 2024 году спрос на редкий металл увеличится в два с половиной раза — до 117 тысяч тонн. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Где и как добывают редкий металл

Существует два способа добычи лития: рудный и гидроминеральный. В первом случае металл добывают в шахтах или карьерах, во втором — из подземных рассолов.

Рудный способ дороже, зато позволяет добыть литий быстрее, чем за месяц. Его использовали до 1990-х годов XX века — пока в Чили не научились извлекать литий из рассолов.

Выглядит это так: концентрат, в котором содержится литий, с помощью мощных насосов выкачивают из-под земли и пропускают через несколько «очистительных» бассейнов, чтобы повысить содержание металла в рассоле. На этом этапе требуется много воды и яркого солнечного света. С высоты бассейны выглядят как гигантские шахматные доски, рассеченные дорогами для рабочих и транспорта. Таким способом добывают литий в одном из самых странных и красивых мест Боливии — солончаковой пустыне Салар-де-Уюни.

«Рассольный» способ добычи дешевле: как правило, концентрат залегает на небольшой – не более двух метров — глубине. Но сам процесс выпаривания небыстрый, он может занимать до 18 месяцев. После этого рассол нужно обогатить — отделить хлориды натрия, калия и магния. В результате получается сырье, из которого изготавливают аккумуляторы — в том числе для московских электробусов.

Сейчас среди стран-лидеров по добыче редкого металла — Боливия, Аргентина, Чили, Австралия, Китай. По данным геологической службы США, подтвержденные мировые запасы лития на 2019 год составляют 17 млн тонн. В России хранится около 1 млн тонн запасов – литиевый потенциал страны сопоставим с Мали и Сербией.

Как добыча влияет на природу

Для выпаривания литиевых рассолов требуется огромное количество воды. Например, чтобы добыть одну тонну металла, нужно израсходовать почти 2 млн литров!

Проблема в том, что большинство известных месторождений богатого литием рассола находятся в засушливых высокогорьях на границе Боливии, Чили и Аргентины. Здесь же расположено самое сухое место на планете — пустыня Атакама, где с 2000 по 2015 годы было выбрано на 21% больше воды, чем поступило сюда естественным путем — в виде дождевых или талых вод.

На резервуары с рассолом воды хватает, а пастбища и поля зерновых остаются обезвоженными. При этом чилийские фермеры рассказывают, что до прихода добывающих компаний в регионе не было перебоев с водоснабжением.

Салар-де-Уюни. Боливия. Фото: Sifan Liu, unsplash.com

Недовольны добычей лития и португальцы, хотя запасов металла там немного – около 60 тыс. тонн. Зимой 2020 года жители района Ботикас, который имеет статус объекта всемирного сельскохозяйственного наследия, вышли на митинг против добычи лития. В результате правительство начало подготовку законопроекта о добыче полезных ископаемых, который ужесточит правила получения лицензий на добычу лития. При этом министр экономики Португалии Педро Сиза Виейра заверил, что при добыче металла «будут соблюдаться самые высокие экологические стандарты и применяться ответственные социальные методы».

Еще одна проблема – возможная утечка химических веществ в систему водоснабжения. Такое несколько раз происходило на юго-западе Китая. В 2013 году жители города Тагонга обнаружили в реке Лици мертвую рыбу, обвинив производителя лития в загрязнении воды. Власти приостановили работу шахты, но весной 2016 добыча продолжилась.

Как обстоят дела с литием в России

В России запасы лития есть, но его никто не добывает. Во-первых, стартовый акционный платеж, с которого начинаются торги (по закону российские литиевые месторождения государство распределяет только через аукцион), стоит слишком дорого. Так, стартовый платеж на месторождении Кольского полуострова достигает 1 млрд 100 млн рублей. А затраты на разведку, по оценкам геологов, могут составить еще 500-600 млн рублей.

«Для коммерческих компаний такие цены неподъемны. Месторождение становится настолько дорогим, что его экономически невыгодно разрабатывать. Гораздо дешевле купить литий за рубежом», — говорит главный геолог Красноярского химико-металлургического завода Николай Ворогушин.

Подтвержденные запасы редкого металла есть на Кольском полуострове, в республике Тува, в Иркутской области — все это рудные месторождения. Первый и единственный литиевый рудник, на котором велась добыча, расположен в Забайкалье. В советские годы там отработали около 40% запасов, а в 1997 году месторождение законсервировали «из-за неблагоприятной экономической обстановки». Сейчас стартовый аукционный платеж там стоит 3 млрд рублей.

Кроме того, в октябре 2020 года правительство подняло налог на добычу полезных ископаемых в два раза, что создало преграду для разработки новых месторождений.

«Почти все российские запасы лития были подсчитаны и поставлены на баланс в конце 50-х годов XX века. До последнего времени они не были никому интересны, потому что необходимость в литии была небольшая. Один рудник в Забайкалье перекрывал все потребности», — вспоминает Ворогушин.

Электробусы с новогодним оформлением на площади Киевского вокзала в Москве. Фото: Владимир Астапкович / РИА Новости

Все российские заводы, которые производят литиевые аккумуляторы, закупают иностранное сырье. Например, летом 2019 года Росатом и министерство энергетики Боливии договорились о совместной разработке боливийских месторождений лития. Для аккумуляторов используют только высокочистый литий — такой производят на трех заводах в России, отмечает геолог. Один из производителей литий-ионных аккумуляторов и систем на их основе — компания «Лиотех» в Новосибирске, портфельная компания РОСНАНО. «Лиотех» подтвердил нам, что сырье для аккумуляторов действительно поступает из-за границы: предприятие использует катодные порошки китайского производства.

«Закупка иностранного сырья сопряжена с типовыми сложностями закупки иностранных товаров: поиск надежного поставщика, качественного сырья, сроки доставки, стоимость доставки и тд. По сравнению со стоимостью сырья для китайских производителей аккумуляторов конечно удорожает, поскольку возникают дополнительные расходы на логистику», — объяснили «Экосфере» в пиар-службе компании.

По словам Ворогушина, на данный момент Россия зависит от иностранных поставщиков лития и скачков цен на рынке, хотя было бы разумно создать собственное производство полного цикла.

«Литиевые аккумуляторы — продукт перспективный: это не только электробусы, но и вся ветровая, солнечная, волновая энергетика. Любая нетрадиционная энергетика требует больших аккумуляторных мощностей», — отмечает Ворогушин.

Переработать или найти альтернативу

Чтобы литиевые батареи действительно стали «зеленой» альтернативой бензину, их следует правильно утилизировать. Причем это касается всех владельцев гаджетов, а не только электромобилей.

«Как правило, электрокары покупают люди, которые заботятся об окружающей среде — вряд ли у них возникнут проблемы с правильной утилизацией аккумуляторов. То же касается и электробусов: в Москве городская система утилизации налажена довольно хорошо. Большие литиевые аккумуляторы в России утилизируют давно. Проблема была именно с переработкой бытовых батарей от гаджетов и ноутбуков», — говорит координатор движения МосЭко и сооснователь экоцентра «Сборка» Анна Нафиева.

В России литиевые батареи перерабатывают на двух предприятиях: «НЭК» в Ярославле и «Мегаполисресурс» в Челябинске. В Санкт-Петербурге есть предприятие, которое утилизирует опасные отходы, но переработкой батарей оно не занимается.

На заводе аккумуляторы отделяют от обычных батареек — чаще всего вручную. Затем отходы дробят, разделяя металлическую часть и внутренний электролит, а после из полученного содержимого с помощью химических процессов выделяют другие металлы — например, цинк, который используют в лакокрасочных изделиях.

Между тем исследования, проведенные в Австралии, показали: только 2% из 3300 тонн литий-ионных отходов страны перерабатываются. Люди часто выбрасывают старую технику на свалку, где ионные жидкости и металлы могут загрязнить почву и подземные воды. Ученые Бирмингемского университета пытаются найти способ сделать литиевые батареи более безопасными для переработки, а также продлить жизнь аккумуляторов. В исследования было инвестировано около 120 млн фунтов стерлингов.

Исследование элемементов литий-ионной батареи с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектроскопа в Институте Гельмгольца. Фото: Stefan Puchner/dpa, ТАСС

Есть и более радикальные взгляды. Например, автор книги об экономике и изменении климата «Борьба с огнем» Джонатан Нил уверен: «батареи не обязательно должны быть сделаны из лития». Он напоминает, что первый литий-ионный аккумулятор появился только в 1991 году, а электромобили были придуманы задолго до этого.

Возможно, со временем люди найдут еще более экологичные способы передвижения, но пока мы можем ездить на российских электробусах и помнить: в них бьется литиевое сердце из недр Южной Америки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *