Lithium je chemický prvek a klíčová součást baterií elektrických vozidel (EV), která je také známá pod jiným názvem: „bílé zlato.“ Je to proto, že v budoucnosti poháněné bateriemi, od našich elektromobilů po naše chytré telefony, se lithium rychle stává nejcennější komoditou na planetě.
Ale na rozdíl od slunce, které prostřednictvím svých paprsků vysílá svou energii v neomezeném množství, je lithium omezený materiál. Jakmile je to pryč, je to pryč.
Když mluvíme o naší zoufalé potřebě budoucnosti zelené energie, bylo hodně ručního ždímání nad tím, zda je v magmatických horninách a slané vodě dostatek lithia, které by uspokojilo poptávku stále elektrizovanějšího světa. Nedávno Hannah Ritchie, datová vědkyně z Oxfordské univerzity, zkoumal, zda tento nedostatek lithia by mohly skutečně ovlivnit budoucí světové plány zelené energie.
Stručně řečeno, Země je více než schopná dodávat veškeré lithium, které v dohledné době potřebujeme. Získávám to out Země, na druhé straně, je úplně jiný příběh.
Podobné příběhy
Podle US geologický průzkum (USGS), Země hostí přibližně 88 milionů tun lithia. Z tohoto počtu je pouze jedna čtvrtina ekonomicky životaschopná pro těžbu (toto je známé jako „rezervy“). Naštěstí se celkové zásoby lithia na Zemi pravděpodobně zvýší, jak se technologie zlepší. Například USGS odhadoval jen 13 milionů tun lithia na Zemi jen před deseti lety.
Příroda uvádí, že vaše průměrné auto pravděpodobně spotřebuje asi 8 kilogramů lithia (další číslo, které se časem pravděpodobně sníží). Po nějakém skřípání čísel, s laskavým svolením Ritchieho, dostanete 2.8 miliarda EV z těch 22 milionů tun lithia. S 1.4 miliardami aut na silnicích se to může zdát jako těsná rezerva, ale pravděpodobně se to zlepší s rostoucími inovacemi v těžbě a technologii baterií – nemluvě o tom, že jde pouze o zásoby lithia na Zemi. Při extrapolaci na 88 milionů tun to dává dohromady přibližně 11 miliard EV.
Největší výzvou, kde je nějaké to ždímání rukou oprávněné, je odpovědět jak nejprve vytěžíme potřebné množství lithia.
Ritchieho odhady založené na údajích Mezinárodní energetické agentury (IEA) ukazují, že elektrifikovaná ekonomika v roce 2030 bude pravděpodobně potřebovat kdekoli od 250,000 450,000 do 2021 105 tun lithia. V roce 105,000 svět vyprodukoval pouze XNUMX – nikoli XNUMX XNUMX – tun. Vzhledem k tomu, že průměrnému lithiovému dolu trvá alespoň několik let, než se zprovozní, musíme zjistit, jak se k tomuto lithiu rychle dostat.
Tím se možná dostáváme k největší výzvou revoluce elektromobilů: jak rychle těžit lithium (k zahájení zelené technologické revoluce, kterou naše planeta zoufale potřebuje), zatímco ne zanecháváme za sebou litanii ekologických katastrof a porušování lidských práv.
Lithiové doly používají a množství vody – mnoho tisíc galonů za minutu, podle The New York Times—a kontaminace podzemních vod antimonem a arsenem jsou skutečnou a trvalou hrozbou. Mezi další vedlejší účinky lithiových dolů patří ztráta biologické rozmanitosti, eroze půdy a zhoršování kvality ovzduší – a to ani nezahrnuje to, co stěhování důlních operací na dno oceánu mohl udělat.
Inovace může nabídnout naději. Jedna těžební operace v kanadské Manitobě, se snaží být obnovitelným a udržitelným provozem těžby lithia s téměř veškerou jeho energií čerpanou z hydroelektrické energie a zároveň zakazuje nákladní automobily a zařízení spalující naftu. Zvýšený účinnost při recyklaci lithia může být také velkým přínosem pro delší životnost těchto rezerv.
Pokud bude následovat více těžebních operací, můžeme doufat, že budeme mít elektrifikovanou budoucnost, která stojí za záchranu.
Darren žije v Portlandu, má kočku a píše/edituje o sci-fi a o tom, jak funguje náš svět. Jeho předchozí věci najdete na Gizmodo a Paste, pokud se pořádně podíváte.
Krátká odpověď je ano. Ale to je složitá otázka, takže pojďme dál.
Přechod na elektrická vozidla (EV) je nezbytný pro snížení emisí měnících klima. S rostoucím nasazením poroste i poptávka po materiálech baterií pro elektromobily, jako je lithium, kobalt a nikl. Tyto materiály jsou primárně dodávány ze dvou zdrojů: 1) nově vytěžené nebo 2) získané recyklací baterií, které jsou již v oběhu.
Použití recyklovaných materiálů má za následek výrazně menší dopady na životní prostředí a je náhradou za ty nově vytěžené, i když vyžaduje, aby materiály již byly vytěženy, vyrobeny do baterie a poté vyřazeny z používání.
Výzkum ukazuje, že existuje dostatek prozkoumaných nebo potenciálních rezerv na elektrifikaci globálního dopravního sektoru pomocí současných technologií if dochází k velkému množství recyklace baterií. V tomto scénáři bude celosvětová poptávka v roce 2100 činit asi 55 % zásob kobaltu a 50 % zásob lithia.
To je v příkrém rozporu s budoucností bez vysoké míry recyklace.
Pokud se recyklace nezvýší, nedostatek lithia, niklu nebo kobaltu není pravděpodobný, ale odhaduje se, že poptávka by převýšila to, co je ekonomicky dostupné k těžbě. V tomto scénáři je poptávka v roce 2060 větší než zásoby kobaltu a asi 90 % zásob lithia. Jinými slovy, aby byla předpokládaná poptávka uspokojena, musí těžba jít nad rámec toho, co je považováno za ekonomicky životaschopné. Toto zmenšování zásob by pravděpodobně zvýšilo materiálové náklady, vyvolalo by zvýšený průzkum a rozvoj a potenciálně by rozšiřovalo zásoby.
Vědci hodnotící dostupnost zdrojů prostřednictvím těžby obvykle sledují dvě kategorie: celkové dostupné zdroje a zásoby. Toto rozlišení je důležité, protože zásoby představují globální zdroje, které jsou ekonomický vytěžit, zatímco celkové zdroje představují odhad omezené globální zdroje. Odhady zásob jsou proto mnohem nižší než celkové zdroje a kolísají na základě hodnoty materiálu, průzkumu nerostů a technologického rozvoje.
Recyklace má mnoho výhod
Recyklace může drasticky snížit nové potřeby těžby a je základní strategií udržitelné, bezpečné a cenově dostupné elektrifikace.
Jak je recyklace udržitelnější? Dopady na životní prostředí z používání recyklovaného obsahu jsou mnohem nižší než u nově vytěžených materiálů. Vzhledem k tomu, že materiály získané recyklací již byly v ekonomice, jediné dopady spojené s jejich výrobou jsou od přepravy baterie po recyklaci, předběžné zpracování a recyklaci. Použitím recyklovaných namísto nově vytěžených materiálů je snížení emisí skleníkových plynů, které mění klima, přibližně 64 %. Emise, které vytvářejí smog a ovlivňují lidské zdraví, lze rovněž zmírnit; oxidy síry lze snížit o 89 % a oxidy dusíku o 78 %.
Proč je recyklace zásadní strategií k dosažení bezpečné a dostupné elektrifikace? Kromě porovnávání dostupné nabídky a poptávky existuje mnoho dalších faktorů, které mohou vést k nedostatku materiálu, jako je nedostatečná zpracovatelská kapacita a geopolitické problémy dodavatelského řetězce. Recyklace může zajistit místní dodávky materiálů a snížit poptávku po nových materiálech, což jsou všechny faktory, které mohou snížit náklady.
Jak velkou poptávku lze uspokojit s recyklovanými materiály?
Odhady ukazují, že ve Spojených státech lze velkou část budoucí poptávky po materiálech pro elektromobily uspokojit recyklovaným obsahem. V roce 2050 může regenerovaný materiál pokrýt přibližně 45–52 % kobaltu, 40–46 % niklu a 22–27 % poptávky po lithiu pro elektromobily. Z krátkodobého hlediska bude recyklovaný obsah představovat menší množství materiálů baterií – toto množství roste s tím, jak je v ekonomice více materiálu a baterie pro elektromobily vyřazují.
Vzhledem k tomu, že těžené materiály budou potřebné k doplnění recyklovaného obsahu, musíme zajistit etické a udržitelné získávání zdrojů. Kromě toho je nezbytné, aby se poptávka po materiálu snížila zvýšením materiálové účinnosti baterií a elektromobilů a přechodem od závislosti na automobilech směrem k větší veřejné dopravě.
Je recyklace zisková?
Zatímco přesná ekonomika provozu recyklačních zařízení není známa, plány na rozšíření recyklačních zařízení spolu s odhady nákladů na recyklaci pomocí modelů National Lab naznačují, že recyklace lithium-iontových baterií je (nebo brzy bude) zisková. Vzhledem k tomu, že recyklace není v USA požadavkem, k současné recyklaci dochází kvůli ekonomice nebo financovanému výzkumu a vývoji.
Příjmy z recyklace jsou silně ovlivněny materiály obsaženými v baterii a jejich tržní hodnotou. Uvnitř lithium-iontové baterie je anoda, záporná elektroda a katoda, kladná elektroda. Baterie se nabíjí a vybíjí cyklováním lithium-iontů mezi anodou a katodou.
Materiály použité v katodě lithium-iontové baterie se liší. Až donedávna obsahovala většina populárních EV baterii s kobaltem a niklem, protože jim to umožňuje mít velký dojezd v kompaktní velikosti. Tesla a Ford nyní přecházejí na chemii bez kobaltu pro své elektromobily nižší řady, nazývané lithium-železo fosfát (LFP). Nikl a kobalt jsou drahé materiály a mají jedny z nejvyšších souvisejících environmentálních a sociálních dopadů. Snížení používání těchto materiálů je celkově prospěšné, ale také snižuje hodnotu baterie pro recyklátory.
Vzhledem k tomu, že kobalt a nikl jsou v bateriích redukovány (nebo jsou zcela vyřazeny), recyklaci lze stále provádět, ale se současnou technologií recyklace nemusí být zisková. Vzhledem k tomu, že recyklace není požadavkem a recyklace, k níž dochází, je většinou založena na pozitivní ekonomice, je nezbytné, aby byla přijata politika, která zajistí recyklaci všech baterií, i když nedochází k vysoké ekonomické návratnosti.
Co to znamená pro dlouhodobé získávání materiálů pro lithium-iontové baterie?
Materiálů na výrobu elektromobilů je dost, ale recyklace je nezbytná, aby byly udržitelnější, etičtější a cenově dostupné.
Přechod z benzínu na elektrický představuje obrovskou příležitost pro efektivní využití zdrojů. Na rozdíl od našeho současného systému, kde neustále těžíme ropu a spalujeme ji v našich autech a kamionech, čímž přispíváme ke znečištění ovzduší a změně klimatu, lze minerály, které používáme k výrobě elektromobilů, zachytit a znovu použít k podpoře nové generace čistých vozidel.
V současné době Spojené státy nevyžadují recyklaci lithium-iontových baterií, ale víme, že k recyklaci dochází díky zprávám recyklátorů a smlouvám mezi výrobci automobilů a recyklátory. I když je to dobrý ukazatel, je stále nezbytná politika, která vyžaduje a podporuje recyklaci baterií EV, aby bylo zajištěno, že bude recyklováno co nejvíce baterií, i když to není ziskové.
Politika recyklace baterií EV ve Spojených státech k dnešnímu dni spočívá v investicích do výzkumu, vývoje a demonstrace recyklace, jako je tomu v zákoně o infrastruktuře mezi oběma stranami. Kalifornie na druhé straně aktivněji zkoumá požadavky na recyklaci. Skupina zúčastněných stran nedávno předložila zákonodárcům politická doporučení, včetně požadavku, aby výrobci automobilů odpovídali za recyklaci baterií EV, když jsou v důchodu. Nástin jejich postupu a zjištění lze nalézt v mém nedávném blogu. Příští legislativní zasedání budeme pozorně sledovat s nadějí, že se vytvoří dobrá politika.
