Битва за литий

Технологии
автор: Евгений Золотов  21 апреля 2016

У каждой эпохи, каждого века, был и — пока мы не найдём источник дармовой энергии — будет свой стратегический ресурс. Медь, уголь, нефть, уран: всё это было. Век XXI обещает стать веком лития.

Литий — во многом парадоксальный элемент. В таблице Менделеева он стоит под номером 3, сразу после водорода и гелия, что вроде бы должно предопределить огромное его количество в природе. Однако в силу атомных и химических свойств (легко трансформируется, если попросту), а также из-за отсутствия естественных процессов, где бы он синтезировался, фактическая его концентрация средненькая, а в чистом виде, по крайней мере на Земле, не встречается вовсе.

Даже при таком раскладе в одной только морской воде его содержатся сотни миллиардов тонн, не меньше в земной коре. Проблема в том, что выделять литий эффективно мы научились пока лишь из некоторого сырья (в частности, осадочных глинистых пород и рассолов), да и то с огромными затратами энергии. И вот такие его запасы оцениваются всего-то в десятки миллионов тонн, причём сосредоточены они в считанных точках планеты: более половины приходится на Южную Америку, оставшееся на Китай, Австралию, США, Россию. А спрос растёт!

Солончак Salar de Uyuni в Боливии содержит, по разным оценкам, от четверти до половины разведанных мировых запасов лития.

Солончак Salar de Uyuni в Боливии содержит, по разным оценкам, от четверти до половины разведанных мировых запасов лития.

Внимание на литий обратили после Второй мировой войны. Его используют при производстве стекла и керамики, в нефтехимии, металлургии, медицине и прочем, но самым агрессивным потребителем с конца прошлого века является электроника. Из-за своего малого атомного веса, литий — уникальное сырьё для аккумуляторов: ёмкость литиевых аккумуляторных элементов значительно выше любых электрохимических конкурентов (по крайней мере из числа пригодных для массового производства). В результате, со становлением мобильной электроники, взлетел и спрос на литий. Сегодня в мире его вырабатывается более 600 тысяч тонн ежегодно — и, оставайся он лишь основой для батарей ноутбуков и телефонов, этого хватило бы до конца столетия. Однако в XXI веке в игру неожиданно включились электромобили и бытовые электростанции. И вот тут ситуация приобрела характер кризисной.

В автомобильных и бытовых аккумуляторах (устроенных совершенно одинаково и различающихся лишь ёмкостью: последние должны запасать в разы больше энергии) литий снова проявил свой парадоксальный характер. Приблизительно (разные оценки, разные производители, разные ёмкости, меняющиеся цены), стоимость лития сейчас составляет 5-10% от себестоимости батареи в электромобиле. Иначе говоря запас вроде бы есть и даже если цена вырастет многократно, покупать электромобили не перестанут. Но загвоздка в том, что при незначительной цене литий играет тут главную роль: без него аккумулятора не будет вовсе! А вот с доступностью проблема.

Вы наверняка слышали слова Элона Маска: чтобы Tesla Motors смогла производить полмиллиона электромобилей в год, ей необходимо узурпировать всё мировое производство литиевых аккумуляторов. А ведь она не одна! Большие планы у VW, Toyota, GM, у китайской BYD Auto (одна из первых в мире по количеству производимых гибридных авто, но делает она уже и настоящие электромобили). Чтобы вы могли оценить, насколько электромобиль изменил ситуацию, вот ещё один расхожий прогноз: если установившаяся тенденция продаж сохранится, к 2025 году одни только электромобили утроят литиевый рынок.

BYD — тёмная лошадка электромобильной гонки. Она продаёт десятки тысяч гибридных автомобилей в год, а её цельноэлектрический Qin EV300, только что поступивший в продажу в Китае, в общем, сравним с Tesla Motors Model 3. Запас хода 300 км, максимальная скорость 150 км/ч (но мы ведь говорим о семейном авто?), цена без субсидий и льгот от $40 тысяч.

BYD — тёмная лошадка электромобильной гонки. Она продаёт десятки тысяч гибридных автомобилей в год, а её цельноэлектрический Qin EV300, только что поступивший в продажу в Китае, в общем, сравним с Tesla Motors Model 3. Запас хода 300 км, максимальная скорость 150 км/ч (но мы ведь говорим о семейном авто?), цена без субсидий и льгот от $40 тысяч.

Справиться с таким ростом спроса производители лития не в состоянии, что автоматически означает экспоненциальный рост цен. Цены уже выросли значительно: грубо, только за последние два года цена на карбонат лития (основной полуфабрикат в литиевом производстве) утроилась (а некоторые контракты заключались и по ценам в 5 раз выше!). И это не предел. Аналитики говорят, что потолок пока просто не просматривается.

Это не значит, конечно, что цена продолжит расти бесконечно. Как и с любым сырьём, по мере роста спроса и соответствующего удорожания в игру вступят новые участники и проявят себя новые факторы. С лёгкой руки аналитиков получивший название «белой нефти» литий уже привлёк повышенное внимание добывающих компаний — устроивших что-то вроде новой нефтяной или золотой лихорадки в Соединённых Штатах (в частности, в Неваде, неподалёку от строящейся «Гигафабрики» Tesla Motors) и Южной Америке. Таким образом можно утверждать, что добыча в ближайшем будущем вырастет.

Ожидается, что скажет своё слово вторсырьё. По мере того, как растёт число электромобилей и бытовых электростанций, способных запасать электроэнергию, пропорционально растёт и число выводимых из употребления аккумуляторов. Такие аккумуляторы не выбрасывают, а сдают в переработку — в процессе которой извлекается около трёх четвертей содержащегося в них лития.

Литиевые аккумуляторы близки к психологически важной отметке в $150 за кВт*ч. Пересечём её — и можно ждать взрыва популярности электромобилей и бытовых электроаккумулирующих станций.

Литиевые аккумуляторы близки к психологически важной отметке в $150 за кВт*ч. Пересечём её — и можно ждать взрыва популярности электромобилей и бытовых электроаккумулирующих станций.

Кроме того, специалисты отмечают успехи в эффективности применения лития. Грубо говоря, для сохранения одного киловатт-часа сегодня требуется меньше ценного металла, чем ещё пять лет назад. И потолок возможностей тут опять-таки не выбран: новые разработки ведутся и внедряются постоянно (Tesla Motors, например, экспериментирует и вроде бы добилась успеха с заменой углерода на кремний).

Наконец, одной из важнейших неизвестных в судьбе лития остаются альтернативные технологии аккумуляции. Водород, новые электрохимические, механические схемы накопления электроэнергии: эксперты не согласны списывать их со счетов, хоть успехи пока весьма скромны.

В сумме всё это позволяет нарисовать такую картину. Спрос на литий вырастет многократно в следующие полвека. Цена литиевого сырья за этот период также испытает значительные колебания, в разы в ту и другую сторону. Но не все уверены, что она на максимумах задержится. Уже к исходу первой четверти века литиевая лихорадка будет облегчена новыми технологиями аккумуляции с применением лития или без такового. Держать нас в напряжении весь век литий вряд ли в состоянии.

Так что главная задача теперь — продержаться следующие десять лет. Кто сумеет это сделать, сорвёт куш. И это, собственно, то, что заботит сейчас главных производителей электромобилей. Посмотрите на Tesla Motors и BYD: они делают всё возможное и невозможное, чтобы гарантировать себе доступ к литию на этот срок по минимальным ценам. Как будут выкручиваться остальные?

P.S. В статье использована иллюстрация Roman Korzh, US CPSC.

Поделиться
Поделиться
Tweet
Google
 
Читайте также
Доступный электрокар: почти приехали!
Доступный электрокар: почти приехали!
Моноколесо и право (Волшебство гироцикла, ч.4)
Моноколесо и право (Волшебство гироцикла, ч.4)
Чистая энергия волнует нефть
Чистая энергия волнует нефть
  • Evgeni Kunshin

    Скупаем использованные литиевые аккумуляторы?

    • Sentinel

      Бизнес!

    • AlexHa

      Брать будут, но недорого. В статье противоречие — «психологический барьер» де скоро достигнут в 150 долларов за киловатт, с одной стороны, и «рост цен неизбежен», с другой. Автору бы определиться, что там с ценами будет — расти будут или снижаться. Пока, к слову, самая дешевая цена киловатта вроде бы у древних кислотных аккумуляторов. У них только вес и объем неподходящие.

      • Sentinel

        Автору бы определиться, что там с ценами будет

        Вы невнимательны.
        Цена лития в общей цене батареи невелика. Проблема в том, что обойтись без него не удастся.

        • AlexHa

          Так что же будет с ценами, будут снижаться до 150 долларов за киловатт, или будут повышаться?

          • Sentinel

            С ценами _на что_?
            На батареи — понижаться, в пересчёте на киловатт-час.
            На литий — скорее всего расти.

          • AlexHa

            Если рост цены на литий не повлияет на цену батареи, то в чем вообще проблема?

          • Sentinel

            Ну то есть вы считаете, что говорить тут не о чем?

          • AlexHa

            Посыл статьи не понимаю. «Шеф, усё пропало!» вроде не прослеживается. Будет меньше лития, будут дороже батареи, обратная связь. Стоило бы оцениться, до скольки долларов за ватт дойдет и остановится. Вот был бы конструктив.

          • AlexHa

            Посыл статьи не понимаю. «Шеф, усё пропало!» вроде не прослеживается. Будет меньше лития, будут дороже батареи, обратная связь. Стоило бы оцениться, до скольки долларов за ватт дойдет и остановится. Вот был бы конструктив.

  • kue

    Кодер Пахом и в Теслу попал
    Ему дали лопату и он литий копал
    Литий продается по миру всему,
    А белковый Пахом еще нужен кому?

    • Evgeni Kunshin

      Кодер Пахом скрипт написал
      Чтобы в интернете литий искал
      Тихо шуршали серверов стойки
      Лари и Брин живут на помойке.

  • rey

    «Даже при таком раскладе в одной только морской воде его содержатся сотни миллиардов тонн, не меньше в земной коре. Проблема в том, что выделять литий эффективно мы научились пока лишь из некоторого сырья (в частности, осадочных глинистых пород и рассолов), да и то с огромными затратами энергии».

    — когда я в крайний раз интересовался данным вопросом, цена килограмма карбоната лития, извлеченного из морской воды, была лишь в три раза (чуть меньше даже) выше, чем текущая рыночная цена килограмма карбоната лития (там брались цены (ЕМНИП) «текущая рыночная» в $8 за кг, и $23 — при добыче из морской воды). Привет google scholar’у.

    При том там же легко было найти статьи, рассказывающие о том, что извлечение лития из геотермальных вод (а, к примеру, один Йллоустоун способен покрыть текущие мировые потребности в литии) было куда выгодней, чем добыча лития из морской воды.

    Мне кажется, что одно это должно снизить «градус накала страстей», в том числе и в этой статье.

    • Sentinel

      Да я уж и так снизил его дальше некуда — по сравнению с истерией вокруг.

    • Абдулла Израилевич фон Шталь

      Если повысится спрос, а он повысится, то и добыча из морской воды станет прибыльной. А разработчик месторождений получит сверхприбыль.

      • Инженер

        Там вся таблица Менделеева, включая золото, и если все это будет побочным продуктом добычи лития, то…

        • rey

          побочным (самим по себе) не будет,
          а про «золото и…» «всю таблицу Менделеева» (уран, например), там не далее пяти лет назад (менее, на самом деле, 2013-й, кажется) радикальнейший прорыв случился.

          Нашли способ собирать, при чем и «биология подсказала» (внезапно, бактерии из ила сточных вод), и биологически же использовать можно (я бы даже сказал «нужно») — строй потребные микроорганизимы, культивируй, собирай, перерабатывай.

        • rey

          про уран из морской воды, кстати тут давеча в жунале American Chemical Society’s (ACS), а именно в Industrial & Engineering Chemistry Research целый специальный выпуск был: http://pubs.acs.org/toc/iecred/55/15

          поп:
          https://www.ornl.gov/news/advances-extracting-uranium-seawater-announced-special-issue

  • Ктулху

    И что? Таки кто-то уже купил солончак в Боливии? Или за него идёт невидимая глазом борьба?

    • Sentinel

      Я эту картинку привёл только ради иллюстрации факта, насколько редки месторождения.

      • rey

        на Балканах еще открыли, «еще немерено, но много!», и т.д., т.п., проблема в том, что сейчас они по цене с соляными озерами конкурировать не могут, где «заливай-суши-греби лопатой!».

        В общем, все это, вкупе с геотермальными водами и океаном делает «проблему» гипотетической будущей нехватки лития в лучшем случае «локальной во времени», в худшем — дутой.

        • Sentinel

          Я так понял, что солончаки предпочтительней не из-за объёмов, а из-за качества получаещегося продукта. Несколько раз видел упоминание, что для электромобильных аккумуляторов предпочитают именно сырьё, добытое на солончаках.

          • rey

            насколько я понимаю, ситуация проста, солончак — это, во-первых, — «греби лопатой с поверхности», и, во-вторых, цикл «заливай-суши-греби лопатой» — это не только про добычу, это и про, гм, «обогащение/ фильтрацию».

            Даже первое бьет всех конкурентов, у которых процесс сложнее (==затратнее). И пока именно в добыче предпочтительней они именно из-за цены. Если кому-то очень нужно качество — то из-за второго они, _вкупе_с_первым_ предпочительней из-за цены финальной продукции (продукции на вход потребного техпроцесса).

  • rey

    «Tesla Motors, например, экспериментирует и вроде бы добилась успеха с заменой углерода на кремний»

    — откуда дровишки? Вот это — многое поменяет, да.

    На данный момент лучшее (самое обнадеживающее), что мне известно, про переходы на кремниевые аноды, доносилось (инсайдами) из Аргонна, а далее — только предположения, с кем именно они работают (есть одно сильное, но там не Тесла, т.е. если оно верно, то если Тесла и есть в этой цепочке, то через промежуточные звенья).

    Другие сомнения — Гигафабрика строилась под традиционные технологии вроде бы, не факт, что там все «быстропереносимо». Т.е. хотелось бы подробностей — речть про лаборатории, или «пустим в производство», и т.д.

  • rey

    «Наконец, одной из важнейших неизвестных в судьбе лития остаются альтернативные технологии аккумуляции. Водород, новые электрохимические, механические схемы накопления электроэнергии: эксперты не согласны списывать их со счетов, хоть успехи пока весьма скромны».

    — весь 2015-й год — год сообщений о прогрессе в области аккумов, при переходе на углеродные электроды с большой удельной (гравиметрически и объемно) площадью поверхности, — сообщения типа «мы придумали новый способ производить такие электроды, и протестировали несколько приложений, прогресс вот такой-то». Мне, например, больше всего нравится стенфордское сообщение, там на алюминий-ионной батареи с таким электродом (т.е. для производства нужны — алюминий, углерод, хлор, и немного азота) получили ультрабыстро заражающуюся батарею (свойство всех батарей с развитой поверхностью электродов), с КРАЙНЕ большим количеством циклов заряда-разряда без деградации (опубликовали про 7000 (семь тысяч), неопубликованные еще результаты — десятки тысяч). Т.е. нам стоит ждать «придавливания» лития как минимум с этой (угдеродные электроды с развитой поверхностью) стороны.

  • xtemp09

    Раз в неделю я читаю новости: «Обнаружен материал, который увеличит ёмкость аккумуляторов в 10 раз!», «Найдет способ зарядки аккумуляторов в 1.8 раз быстрее без ущерба ёмкости!» и т. п.

    Однако, почему-то телефоны разряжаются всё быстрее и быстрее. У меня телефон году в 2004 работал без зарядки недели три (Nokia 3110c), в 2008 — недели полторы (Samsung GT-S5360), теперь — дней пять — ZTE Nubia Z5S Mini. Причём время зарядки возрастает пропорционально. С ноутбуками падения времени работы не наблюдал.

    Где эти увеличения ёмкости? Где скорости зарядки?

    • Doctor Y. Doodle

      Закон Мура для процессоров сжирает закон Мура для аккумуляторов.

    • rey

      попробуйте читать ПЕРВОисточники — источники вдохновения тех журнализдов, что «обещали» вам молочные реки с кисельными берегами, и при этом думалку включать, и, внезапно, напряженность вашего вопроса преизрядно снизится. Большинство тех сообщений построено по схеме «учОный изнaсилoвaл журналиста».

  • пМВ

    (Ностальгически)
    А помнит кто главного потребителя лития индустриальной эпохи?
    Известный продукт славного некогда разработчика?
    В оружейном шкапчике и поныне хранится…

    • Sentinel

      Оружейная смазка?

      • пМВ

        Морозостойкая смазка.
        ЦИАТИМ-201, в просторечии литол.
        Прежде всего — моторная.
        Это целая эпоха, без нее была невозможна реактивная авиация, освоение Северов…

        Это я по старинке литол в оружие употребляю.

    • Абдулла Израилевич фон Шталь

      Помним. Дейтерид лития в «Кузькиной Матери».

      • пМВ

        Это очень небольшой объем…
        Смазки — много больше.

    • Alex Rybakov

      Балистол в аэрозоли на проще будет?

      • пМВ

        А это смотря куда.

  • Дмитрий Дроздов

    Из статьи следует, что «из-за малого атомного веса лития ёмкость литиевых аккумуляторных элементов значительно
    выше любых электрохимических конкурентов». Я могу представить, что малый атомный вес влияет на подвижность ионов и время зарядки, но как он может напрямую влиять на емкость?

    • Абдулла Израилевич фон Шталь

      Соотношение эл. заряд/масса

  • Злой

    Сбор отработанных литиевых аккумуляторов будет давать ощутимый результат только после того, как за сданные аккумуляторы будут платить. А до того — подавляющее большинство владельцев их просто выбрасывают в мусорник.

    • Sentinel

      Вы, наверное, имеете в виду телефонные акки? Потому что ну не верю я, что человек, выложивший цать килобаксов за батарею для электромобиля, со спокойным сердцем отнесёт его на помойку.

      • Злой

        Дело в том, что если электромобили будут массовыми, то комплект аккумуляторов к ним будет стоить не «цать килобаксов», а сотни. Баксов. Или наоборот — электромобили не будут массовыми, пока комплект новых аккумуляторов не будет стоить порядка пятиста баксов. И за отработанный в скупке не будут давать в районе сотни.

        А сейчас — да, я имел в виду конечно отработанные телефонные и прочие литиевые аккумуляторы. Их тоже можно и нужно сдавать за деньги или в обмен на новые с доплатой. Это еще огромная тема для совершенствования.

      • Злой

        Дело в том, что если электромобили будут массовыми, то комплект аккумуляторов к ним будет стоить не «цать килобаксов», а сотни. Баксов. Или наоборот — электромобили не будут массовыми, пока комплект новых аккумуляторов не будет стоить порядка пятиста баксов. И за отработанный в скупке не будут давать в районе сотни.

        А сейчас — да, я имел в виду конечно отработанные телефонные и прочие литиевые аккумуляторы. Их тоже можно и нужно сдавать за деньги или в обмен на новые с доплатой. Это еще огромная тема для совершенствования.

        • Sentinel

          Нуу, насчёт «сотен баксов» это вы, конечно, размечтались :-) В сто раз то есть они подешеветь должны. Это когда ж такое случится ещё?

          • Алексей

            В сто раз то есть они подешеветь должны. Это когда ж такое случится ещё?
            Одновременно с массовостью электромобилей.
            Так, что не видать нам массового электромобиля.

          • Злой

            В сто раз — это не вопрос. Случится. Когда — это может быть вопрос. Но не очень серьезный. Если мне не изменяет моя белковая память, то линейка кремниевой памяти 256 килобайт в начале 90-х стоила где-то около $200. Память была вообще самым дорогим компонентом ПК. То есть, нынешние 4 ГБ типовой оперативы среднего ПК стоили $3276800 или примерно 110000 раз дороже, чем сейчас. И никаких перспектив удешевления не просматривалось. Приплетали к тому и физические ограничения, и прочую ерунду. А тут всего в 100 раз должны подешеветь. Ничего — скоро подешевеют… Причем в первую очередь именно подешевеют аккумуляторы, а потом из-за этого уже электромобили.

  • triod pentod
  • Ivan Ivanov

    Советуете брать акции сектора добычи лития?

    • Sentinel

      Присмотреться точно стоит.

  • JProgramer

    Если ситуация в мире будет идти в том же направлении что и сейчас, то может появится ещё одна кратковременная причина спроса на литий: для потребления его в качестве дейтерида. Правда, потом спрос резко и надолго упадёт, в т.ч. и на аккумуляторы.

Хостинг "ИТ-ГРАД"
© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2017
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.
«Партнер Рамблера» Почта защищена сервером "СПАМОРЕЗ" Хостинг "Fornex"