Какие металлы есть в батарейках
Электромобилю надо в шесть раз больше минералов и металлов, чем бензиновому автомобилю. Основная их часть приходится на литийионный аккумулятор. Так, в среднем батарея Tesla емкостью 60 кВт⋅ч обеспечивает запас хода 330 км, а весит 385 кг. Вот что дает такую массу, по данным Visual Capitalist.
Графит
Несмотря на то что аккумуляторы называются литийионными, в их основе лежит графит.
В настоящее время в добыче графита доминирует Китай: он производит 50% мирового синтетического графита и около 70% «чешуйчатого», который требует дополнительной обработки
Часть батареи: анод
Процент от массы батареи: 28,1%
Алюминий
Алюминий производят из боксита, в числе лидеров по его добыче Австралия, Китай и Гвинея.
Аналитики прогнозируют, что потребность в алюминии вырастет на 40% к концу десятилетия и добычу придется нарастить на 33,3 млн тонн в год
Часть батареи: катод, корпус, токосъемники
Процент от массы батареи: 18,9%
Никель
Металл обеспечивает батарее емкость — значит, спрос на него в сфере электромобилей продолжит расти.
По прогнозам, он вырастет с 81 т в 2020 году до 658—1592 т в 2030-х годах. Сейчас лидеры по добыче никеля — Индонезия, Китай и Россия
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 15,7%
Китай потребляет половину меди в мире и, согласно прогнозам, будет наращивать потребление в среднем на 3% в год. Мировой спрос при этом вырастет с 25 млн тонн в 2021 году до 28 млн тонн к 2026 году и 31,1 млн тонн к 2030 году.
Среди лидеров производства — Чили, Перу и Китай. Мы писали о нескольких компаниях, добывающих медь
Часть батареи: токосъемники
Процент от массы батареи: 10,8%
Сталь
Сталь используют в корпусе батареи электромобиля, чтобы защитить ее от внешних повреждений.
Лидерами по производству в 2021 году стали Китай, Индия и Япония. По прогнозам, спрос на сталь будет расти умеренными темпами — ежегодно в среднем по 2,5% до 2030 года
Часть батареи: корпус
Процент от массы батареи: 10,8%
Марганец
Около 90% марганца использует сталелитейная промышленность, и только 0,2% идет на литийионные аккумуляторы. Тем не менее спрос на него будет расти.
Марганец по химическим свойствам похож на кобальт, но производство кобальта сосредоточено в одной стране — Конго. Чтобы избежать странового риска, производители электромобилей будут диверсифицировать поставки в пользу марганца
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 5,4%
Кобальт
Ожидается, что к 2030 году спрос на кобальт удвоится и составит 315 000 т. Это может повлечь перебои с поставками.
Сейчас 69% мировой добычи этого металла приходится на Конго. Страна может нарастить производство, но лишь частично покроет будущий спрос.
Другое решение: разработка катодов с низким содержанием кобальта или без его использования
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 4,3%
Литий
Литий в последнее время называют «белой нефтью», ведь литийионные батареи — основа будущего энергоперехода.
Ожидается, что спрос на литий утроится к 2030 году — с 600 тысяч тонн в 2022 году до 2,4 млн тонн.
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 3,2%
Железо
Железо используют в катоде литийионной батареи. Сейчас появился тренд на более дешевые литий-железо-фосфатные батареи — чтобы меньше использовать кобальт и никель. Такие батареи меньше хранят заряд, но долговечны и менее взрывоопасны.
Ожидается, что мировой спрос на железную руду удвоится и достигнет 3,5 млрд тонн в 2030 году
Часть батареи: катод
Процент от массы батареи: 2,7%
Как разобраться, куда вложить
Читайте нашу рассылку для начинающих и опытных инвесторов. Каждый понедельник рассказываем, куда вложить деньги, чтобы получить доход, и как не отдать их мошенникам
Что еще узнать об электромобилях:
Когда электромобиль станет лучше автомобиля т.е. никогда. Ну или когда владельцев автомобилей обложат такими ограничениями и налогами, что их эксплуатация станет нецелесообразной.
Sergey, почему никогда не станет лучше?)
Сергей, потому, что батарея всегда будет весить полтонны, всегда будет заряжаться минимум час и всегда будет очень плохо чувствовать себя при низких температурах. Физику не обманешь и аккумуляторные EV по сути на пике своего развития уже сейчас и нет никаких фундаментальных предпосылок для дальнейшего развития. Единственное что их может превзойти это авто на топливных ячейках, но там все тормозится высокой ценой водорода и это уже совсем другая конструкция, так что улучшением батареечных авто они не являются.
Переработка батареек, что там ценного
Задумывались ли вы, сколько ежедневно батареек выбрасывают граждане в мусорные контейнеры? Тысячи! Хотя на каждой из них есть предупредительный знак, что выбрасывать отработанные элементы питания запрещено. Но поскольку сеть сбора использованных батареек у нас просто отсутствует, те однако оказываются на свалках, нанося огромный вред окружающей среде. Хотя их переработка – дело прибыльное. В частности, на львовском предприятии «Аргентум», которое занимается переработкой отходов и вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы, пытаются доказать, что выбрасывать батарейки – расточительство.
12 тонн ежедневно в корзину вместо переработки
«Все началось в 2011 году, когда в Украине отменили лицензирование для деятельности с батарейками, – рассказывает «УМ» Тарас Когут, директор инновационного центра ГП «Аргентум». – Хотя переработкой батареек мы интересовались давно, с 2005 года. Но уже после либерализации закона начали проводить опыты в лабораториях и создали соответствующие условия на базе завода. Тогда же обратились к общественности, чтобы люди собирали батарейки и приносили их нам. Первым откликнулся специализированный магазин, который и установил у себя ящик для сбора использованных батареек. Только из одного этого магазина мы получали 50 килограммов ежемесячно. Теперь, когда жители хорошо знают о возможности переработки, батареек в ящике этого торгового заведения собирается и по 300 килограммов в месяц».
Больше года ученые из предприятия и химики из «Львовской политехники» и ЛНУ имени Ивана Франко изучали состав батареек и различные способы их переработки. Много полезной информации по переработке батареек в открытых источниках, но самого технологического процесса в интернете не найдешь. Поэтому пришлось все делать, как говорится, своими руками. Хотя еще есть над чем работать, ведь инициаторам переработки так и не удалось выяснить, как перерабатывать литиевые батарейки.
«За год на базе «Политехники» мы перепробовали чуть ли не все методы переработки, – говорит Тарас Романович. – За это время научились делать из батареек много интересных вещей, но, к сожалению, большинство из них выходят экономически не обоснованными. К примеру, мы умеем извлечь из использованной батарейки марганцовку медицинской чистоты. Также научились делать електролизноцинковий раствор и чистый цинк. Еще умеем очищать различные составляющие, которые есть в батарейках».
В батарейке есть 15 процентов цинка
Переделывать батарейки для получения цинка выгоднее, чем добывать его из руды. В батарейке есть 15 процентов цинка. Для сравнения: в руде содержание цинка только 0,15 процента. Да и вообще, по словам директора по инновациям, батарейка – идеальный вторичный материал, ведь в ней минимум пять полезных составляющих. При этом в Украине ежедневно выбрасывают в мусорник 12 тонн батареек.
Как батарейка превращается в прах
Участок по переработке батареек расположена в одном из помещений завода. Часть собранного материала сохраняется на другом составе, а часть ждет своей очереди на сортировке. На участке батарейки сортируют: некоторые лежат в ящиках на полках, некоторые, уже отсортированы, в пластмассовых бутылях, еще кучка – на столе. Их как раз и будут сортировать. Всего вместе здесь около пяти тонн батареек. На первый взгляд, для обычного человека пять тонн выдаются размером с грузовик, но не следует забывать, что материал довольно тяжелый, поэтому объем гораздо меньше. Итак, сначала все привезенные батарейки взвешивают.
Возвращаясь к сортировочного стола, надо отметить, что сортировать батарейки – работа кропотливая, ведь взять их надо вручную. Хотя, по словам Тараса Когута, нескольких дней достаточно, чтобы рассортировать все, что привозят за месяц. В столе есть ящички для различных видов батареек, а на стене «шпаргалка», где указано главные характеристики различных видов батареек и их возможные изображения. Итак, весь материал сортируется на аккумуляторы, литиевые батарейки, солевые батарейки и щелочные. Большинство, четыре пятых – это щелочные или солевые батарейки. Остальные, нестандартные батарейки (батарейки от телефонов, ноутбуков), исследуют в лаборатории. Их пока не перерабатывают, поскольку их количества не хватает для промышленной переработки.
После сортировки готовая партия использованных батареек попадает в измельчитель. Достаточно «хитрая» машина сделана на заводе руками здешних мастеров. Это было непросто, только третий вариант измельчителя оказался эффективным. Молодой человек запихивает горсть батареек в горловину и машина с шумом буквально за несколько секунд перетирает батарейки на «хлопья».
Из ста килограммов использованных батареек получаем 40 килограммов готового сырья
Работник в маске, спецодежде и рукавицах аккуратно вынимает лопаткой измельченное вещество и преподает в механический сепаратор. Порошок, который образуется в результате, уже можно использовать для выплавки металла. «Фактически это – углерод с включениями цинка и хлорных соединений, – объясняет господин Когут. – Это уже довольно неплохое сырье для металлургии. Для понимания масштабов: из ста килограммов использованных батареек получаем 40 килограммов этого сырья».
Из ста килограммов батареек выходит от 15 до 30 килограм цинка и железа
Далее углерод пропускают через магнитные сеялки. Для этого в участки оборудованы вибростол. Следует заметить, что все экспериментальное оборудование было сделано на заводе и за свой счет. После посева материал попадает на магнитный сепаратор, который делит смесь на железо и цинк. Из ста килограммов батареек выходит от 15 до 30 килограм цинка и железа. Цинк с примесями углерода и марганца можно использовать в металлургии как смягчитель или ожижитель металла. А полученное железо сдают на металлолом.
Заглянуть в батарейку
«В батарейке есть углерод, марганец, цинк, железо – основные элементы, – рассказывает эксперт. – Сопутствующие элементы – бумага, картон, пластик, смола – мы считаем инертным мусором. Его в батарейке около трех процентов. В современных батарейках почти нет ртутных элементов. Таких батареек находим единицы и пока их просто откладываем для сохранения».
В мире батареек отдельное место занимают серебросоставляющие батарейки. Они придуманы для часов, брелоков и различной медицинской и военные аппаратуры. Их используют также много, однако на ГП «Аргентум» они не попадают. Переработка таких батареек существует давно и в тени.
По подсчетам Тараса Когута, если бы в Украине начали перерабатывать батарейки в промышленных масштабах, то для страны хватило бы 10-15 перерабатывающих участков. А это, в свою очередь, дало бы работу как минимум двум сотням людей.
«Главное в переработке – не технический процесс на заводах, а наладить логистику на законодательном уровне, – объясняет Тарас Когут. – Надо мотивировать розничного продавца и обеспечить систему забора из магазинов использованных элементов питания. На заводе мы разработали свою схему и внедрили ее в жизнь. Разговаривали с объединениями ОСМД, пытались донести информацию до поставщиков батареек. Их, к слову, в Украине только пять. При этом трем из них принадлежит 80 процентов всего украинского рынка, а остальным двум – 20%. Однако поставщики не хотят брать на себя лишние хлопоты, ведь понимают, что в Украине нет законодательной базы, которая бы регулировала утилизацию использованных батареек».
Зато в развитых странах именно поставщик в первую очередь заинтересован в переработке батареек. Переработка даже заложена в цену товара. Самое интересное, что, скупая батарейки за рубежом (ведь в Украине их не производят), поставщики уже платят за их утилизацию. Вот только все деньги остаются у производителя, а в нашем государстве использованный материал просто выбрасывают на помойку.
Окружающая страдает
«Мы постоянно мониторим содержание современных батареек, – говорит Тарас Когут. – И можем точно сказать, что крайне ядовитых элементов там нет. Из того, что попадает в почву, вредный только цинк. Однако последствий предсказать не может никто. Дело в том, что активные элементы могут вступать в реакцию с тем, что уже есть на свалке. Температура в самой свалке может достигать более 100 градусов (случается самовозгорание). Какие же химические реакции там происходят, пока не исследовал никто».
Крайне ядовитых элементов в батарейках нет из вредного только цинк
По словам господина Когута, таким же образом можно решить много проблем с бытовым мусором. Так, к примеру, можно собирать на склады и перерабатывать ртутные лампочки, которые, по утверждению эксперта, гораздо вреднее, чем батарейки. Сейчас их просто выбрасывают на свалку, ведь собирать материал без полученной на это лицензии нельзя. Это пример того, как непродуманные запреты и чрезмерное регулирование приводят к отравлению окружающей среды и людей.
«Из опыта полученного в процессе реализации проекта организации сбора и переработки отработанных батареек можно сделать вывод, что рецептом успеха подобных проектов является высокая активность общественности, предпринимательская инициатива и ответственность производителей и потребителей», – резюмирует Тарас Когут.
Виды батареек по размерам и химическому составу: шпаргалка CHIP
Чем литиевая батарейка отличается от солевой или щелочной? Какая лучше? Об этом и других особенностях батареек — в нашей статье.
Какие батарейки лучше — алкалиновые или солевые? Ни те и не другие. В этой статье мы разберемся в химическом составе и типоразмерах батареек, которые используются в бытовой электронике. Читайте нашу шпаргалку по этим двум вопросам.
Виды батареек по химическому составу
В быту «батарейками» называют гальванические элементы, которые создают электрический ток за счет химической реакции. Гальванические элементы производят электрическую энергию благодаря реакциям между двумя металлами в растворе электролита. Один металл является «минусом», другой «плюсом». Между ними протекает реакция окисления (на «минусе») и восстановления (на «плюсе»), за счет которой и возникает ток.
Традиционно с химической точки зрения батарейки разделяют на виды в зависимости от того, какие металлы или какой тип электролита в них используется.
Солевые батарейки
Это старейший тип батареек, разработанный компанией Eveready еще в 20-х годах прошлого века. В качестве «минуса» в нем используется цинк, а в качестве «плюса» — двуокись марганца. Электролит, который обеспечивает протекание реакции — хлорид аммония. Это соль, поэтому батарейка называется солевой.
Солевые батарейки имеют международную маркировку R. Такие батарейки подходят для устройств, не требующих большой мощности питания: детских игрушек, пультов ДУ для телевизоров, часов, ручных фонариков, небольших радиоприемников.
Преимущества
дешевизна
маленький вес
возможность возобновить работу батарейки после разряда
Недостатки
невысокая выработка тока
не работают при минусовых температурах
небольшой срок хранения
проблемы с герметичностью
и быстрая разрядка при неиспользовании
Щелочные батарейки
Щелочные батарейки также называются алкалиновыми (от французского alcaline — щелочной). Они также состоят из марганца и цинка, но в качестве электролита, в котором протекает реакция, в них используется гидроксид калия. Это щелочь, поэтому у батарейки такое название.
Щелочная батарейка маркируется буквами LR. Эти батарейки подходят для устройств со средним и высоким потреблением тока, таких как ручные прожекторы, плееры и диктофоны, фотоаппараты.
большая емкость, чем у солевых
могут работать при низких температурах
герметичны
малая скорость саморазряда — могут храниться до 7 лет
цена чуть выше
более тяжелый вес
одноразовые — после выработки заряда использоваться больше не могут
Ртутные батарейки
В этих батарейках в качестве «минуса» служит цинк, а «плюса» — оксид ртути. Они разделяются слоем электролита, в роли которого выступает 45% раствор щелочи (гидроксид калия, как и в алкалиновых).
Ртутные батарейки в наше время используются очень редко из-за общеизвестного факта: ртуть токсична. Однако еще в недалеком прошлом они активно применялись в электронных часах, весах, медицинской технике — слуховых аппаратах, кардиостимуляторах.
стабильность напряжения
большая ёмкость
высокая энергоплотность
стойкость к перепаду температур
долгое время хранения
ядовитость ртути при нарушении герметичности
дороговизна
сложность утилизации
Серебряные батарейки
Есть и такие. В них роль «минуса» опять играет цинк, а роль «плюса» — оксид серебра. Реакция с выделением электрического тока протекает при помощи щелочного электролита — гидроксида калия или натрия.
Международная маркировка серебряной батарейки — SR. Используются они в тех же сферах, что и ртутные, и по достоинствам и недостаткам практически им аналогичны. Главное преимущество серебряных батареек перед ртутными — безопасность: серебро нетоксично, и при нарушении герметичности корпуса нет риска отравления. Главный минус — серебряные батарейки дороже всех остальных видов батареек.
Литиевые батарейки
Наконец, последний тип батареек — литиевый. У этих батареек в качестве «плюса» используется литий, а вот «минус» и электролит могут быть представлены различными веществами: диоксид марганца, монофторид углерода, пирит, тионилхлорид и другие.
Литиевые батарейки могут использоваться в разной портативной электронике и имеют маркировку CR. Они объединяют в себе все преимущества предыдущих типов и, по факту, являются самым хорошим гальваническим элементом питания. Но по сравнению с щелочными и солевыми элементами литиевые батарейки дороговаты (хотя в зависимости от используемых веществ цена может сильно различаться). Поэтому первые тоже выпускаются в большем количестве для бюджетного сегмента.
легкость
долгое время хранения (до 12 лет)
термическая стойкость
стабильное напряжение
высокая энергоплотность и энергоемкость
Как видите, литиевые батарейки — это единственный тип, у которого достоинства решительно перевешивают недостатки. Поэтому рекомендуем попробовать:
Виды батареек по размерам
Батарейки с одним и тем же химическим составом могут иметь разный размер и форму (типоразмер). Мы составили для вас таблицу-шпаргалку по типоразмерам батареек, чтобы вы точно разобрались, батарейки AA и AAA — это пальчиковые и мизинчиковые?
Цилиндрические батарейки
| Типоразмер | Бытовое название | Ширина, мм | Высота, мм | Возможный химический состав | Внешний вид |
| A (23) | Мини-мизинчиковая | 10,5 | 28,9 | Солевые, щелочные | |
| AA (03) | Пальчиковая | 14,5 | 50,5 | Солевые, щелочные, литиевые | |
| ААА (6) | Мизинчиковая | 10,5 | 44,5 | Солевые, щелочные, литиевые | |
| AAAA (40) | Маленькая мизинчиковая | 8,3 | 42,5 | Солевые, щелочные | |
| С (14) | Средняя | 26,2 | 50 | Солевые, щелочные | |
| D (20) | Большая | 34,2 | 61,5 | Солевые, щелочные | |
| РР3 | Крона | 26,5 | 48,5 | Солевые, щелочные, литиевые |
Замена отжившей цилиндрической батарейки, таким образом, не представляет особой трудности. Достаточно сопоставить маркировку химического состава и типоразмера — и она должна быть представлена на корпусе нужной вам батарейки. Например:
А вот ртутные и серебряные элементы, как правило, представлены в круглом формате — ее в быту называют «таблеткой». Круглые батарейки имеют великое множество типоразмеров, не подчиняющихся единому стандарту.
На фото — многочисленные размеры круглых батареек.
Производители выпускают их такого размера, как им угодно, поэтому замена отжившей батарейки часто представляет заметную проблему. Впрочем, хорошо то, что использование таких элементов ограничено крайне узким кругом устройств. Наша рекомендация: прочтите маркировку на корпусе батарейки и поищите элементы с аналогичной маркировкой в интернете или ближайшем магазине.
Правильная утилизация батареек
Каждый из нас наверняка пользовался в своей жизни батарейками. Пульты, часы, игрушки, телефоны, масса других вещей — в доме всегда есть что-то, что работает на батарейках. А они имеют свойство вырабатывать свой ресурс. Однако все ли знают, что делать с отработавшими батарейками? Выбросить в мусорное ведро вместе с остальным домашним мусором? Это неправильно!
На корпусе батарейки практически всегда присутствует знак в виде перечеркнутого мусорного контейнера, сообщающий о том, что ее нельзя выбрасывать вместе с остальными бытовыми отходами.
Но что такого вредного или опасного в батарейках?
Несмотря на то, что батарейка может взорваться, протечь и повредить ваше оборудование, или быть проглоченой вашим ребенком, основной вред она нанесет, если не будет правильно утилизирована.
Вообще, батарейки — это химические устройства, элементы которых вступают в реакцию, давая на выходе электричество, которым мы и пользуемся. Элементы эти, в основном, токсичны и опасны.
- свинец (накапливается в организме, поражая почки, нервную систему, костные ткани)
- кадмий (вредит легким и почкам)
- ртуть (поражает мозг и нервную систему)
- никель и цинк (могут вызывать дерматит)
- щелочи (прожигают слизистые оболочки и кожу) и другие
По статистике, московская семья ежегодно выбрасывает до 500 грамм использованных элементов питания. Суммарно в столице набирается 2-3 тысячи тонн батареек. В Соединенных Штатах американцы ежегодно покупают почти три миллиарда различных батареек, и около 180 тысяч тонн этих батареек в итоге попадают на свалки по всей стране.
Трудно представить, какой вред наносится окружающей среде в глобальном масштабе.
Что же делать с отработавшими свой срок батарейками?
Хранить дома не рекомендуется, так как происходит выделение опасных веществ в воздух. По правилам, их необходимо утилизировать на специальных предприятиях. Хотя удовольствие это не из дешевых, в развитых странах процесс сбора использованных батарей от населения и последующей грамотной утилизации хорошо налажен. Так, во многих странах Евросоюза, в Канаде и США пункты по приему батареек есть повсюду. В Нью-Йорке, например, выбрасывать батарейки в мусор запрещено законом. А производители и крупные магазины, продающие элементы питания, обязаны обеспечивать сбор использованных батарей — иначе может последовать штраф размером до $5000.
В Японии, говорят, батарейки собирают и хранят до тех времен, пока не изобретена оптимальная технология переработки.
А что же у нас?
У нас все довольно печально: если вы твердо решили не вредить природе, то пункт приема придется тщательно поискать даже в столице — что уж и говорить про другие города. В Европе есть всего три завода, имеющие мощности по переработке батареек, и один из них находится в Украине — это Львовское государственное предприятие «Аргентум». Однако из-за плохой организации сбора батареек у населения, завод не может функционировать — предприятие расчитано на переработку тонны батареек в день, при этом за полгода не удалось собрать и половины тонны.
При отсутствии государственного контроля, пункты сбора все же имеются — зачастую их организуют волонтеры (за что им огромное спасибо), но постепенно подтягиваются различные организации и торговые сети.
По запросу «утилизация батареек» гугл выдает довольно большое количество упоминаний. Я решил систематизировать информацию и планирую периодически обновлять список.
Для того, чтобы не перегружать статью, разместил на GoogleDocs — «Список пунктов приема использованных батареек» (информация по Украине, России и Беларуси).
Если вы задавались вопросом «куда же отнести старые батарейки» — надеюсь, этот список вам поможет. Так как опасные материалы содержатся не только в батарейках, в некоторых пунктах у вас могут принять старую бытовую технику, компьютеры, люминисцентные лампы и т.п.
P.S.: Считается, что одна пальчиковая батарейка загрязняет тяжелыми металлами около 20 кв.м. почвы. В лесной зоне это территория обитания двух деревьев, двух кротов, одного ежика и нескольких тысяч дождевых червей.
Будь ответственным, хабраюзер. Не выбрасывай бездумно батарейку — спаси ежика!
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».
Читайте также: