Πόσο λίθιο υπάρχει για τις μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων;

Μέχρι το 2023 οι αναλυτές εκτιμούν πως η παγκόσμια ζήτηση για λίθιο θα έχει υπερδιπλασιαστεί λόγω των αυξημένων απαιτήσεων της ηλεκτροκίνησης.

Οι μπαταρίες είναι μια μεγάλη αγορά στην παγκόσμια οικονομία και θα γίνει πολύ μεγαλύτερη λόγω της ηλεκτροκίνησης αλλά και της αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας. Η παγκόσμια αγορά θα ξεπεράσει τα 100 δισεκατομμύρια δολάρια και σε βάθος δύο δεκαετιών οι πωλήσεις των ηλεκτρικών αυτοκινήτων (EV) θα είναι ισοσκελισμένες ως προς τα συμβατικά αυτοκίνητα.

Για τις μπαταρίες έχουμε γράψει πολλές φορές, τόσο για τους τύπους που υπάρχουν όσο και για τις λιθίου-ιόντων. Παρόλο που υπάρχουν και άλλες βασικές πρώτες ύλες που είναι εξίσου σημαντικές, όπως είναι το κοβάλτιο, ο γραφίτης, το νικέλιο, το μαγγάνιο και ο χαλκός. Οι τιμές των παραπάνω στοιχείων έχουν αυξηθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια και σύντομα θα δούμε τις αυτοκινητοβιομηχανίες να συντάσσονται ή να αποκτούν ακόμη και οι ίδιες ορυχεία λιθίου και κοβαλτίου.

Το τελευταίο προέρχεται κατά 60% από το Κονγκό και έχει ακριβύνει τόσο πολύ ώστε οι εταιρίες να μειώνουν συνεχώς το ποσοστό τους στις μπαταρίες. Συγκεκριμένα, το ποσοστό αυτής της πρώτης ύλης πρέπει να μειωθεί από το σημερινό 12-14% (αναλογία βάρους στο καθόδιο) στο 5% μέσα στα επόμενα 3-5 χρόνια. Εταιρίες, όπως η Volkswagen, εργάζεται για την περαιτέρω ανάπτυξη μπαταριών χωρίς κοβάλτιο ώστε να μην εξαρτώνται από «ασταθείς» χώρες που εκμεταλλεύονται μέχρι και την παιδική εργασία, όπως το Κονγκό.

Όπως φαίνεται και στο παραπάνω σχήμα (εδώ αναλυτικό άρθρο), απαιτούνται πέντε βασικές πρώτες ύλες για την παραγωγή μπαταριών ιόντων λιθίου για ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Στο καθόδιο (το θετικό ηλεκτρόδιο μιας μπαταρίας) υπάρχει μία ένωση από κοβάλτιο, νικέλιο και μαγγάνιο με κυρίαρχο το λίθιο, ενώ στο ανόδιο υπάρχει ο γραφίτης και φύλλα χαλκού. Το λίθιο περιέχεται ως διαχωριστικό τζελ στο ηλεκτρολυτικό υγρό και για πολλά χρόνια θα είναι το κυρίαρχο δομικό στοιχείο αφού δεν υπάρχει κάποιο άλλο που να το αντικαταστήσει με καλύτερες συγκρίσιμες ιδιότητες για εφαρμογές μπαταριών αυτοκινήτων.

Το πρόβλημα με το λίθιο είναι πως παρότι μπορεί να ανακυκλωθεί δεν υπάρχει ακόμη αποδοτική τεχνολογία που να το ανακυκλώνει πλήρως με αποτέλεσμα να ανακυκλώνεται λιγότερο από το 1% των μπαταριών. Και φυσικά υπάρχει και το θέμα των παγκόσμιων αποθεμάτων λιθίου αφού από τις μπαταρίες των μερικών δεκάδων γραμμαρίων των smartphones θα υπάρξει ένα booming με τα ηλεκτρικά που θα απαιτούν κατά μέσο όρο μπαταρίες των 200-400 κιλών ανά όχημα.

Μέχρι πρότινος έρευνες είχαν δείξει πως ο πλανήτης έχει αρκετό λίθιο (περίπου 3,9 εκατομμύρια μετρικούς τόνους) για περίπου μισό αιώνα ακόμη. Μια άλλη μελέτη του 2011 που έγινε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και της Ford Motor Company βρήκε ότι τα επιβεβαιωμένα αποθέματα λιθίου (μαζί με τα ανακυκλωμένα) μπορούν να υποστηρίξουν την παγκόσμια ζήτηση μέχρι το 2100, περιλαμβάνοντας τη ζήτηση για εν δυνάμει παγκόσμια χρήση των υβριδικών και ηλεκτρικών οχημάτων. Μέχρι τότε προφανώς να έχουν ανακαλυφθεί νέες τύπου μπαταρίες ή να έχει αναπτυχθεί ένας παγκόσμιος ιστός υδρογόνου που να υποστηρίζει τα οχήματα με κυψέλες καυσίμου…

Ξέρατε ότι:

• Ο τρόπος παραγωγής του λιθίου παράγει και διαφορετικό τύπο. Από τις αλυκές προκύπτουν άλατα λιθίου και από τα ορυχεία υδροξείδιο λιθίου. Ανάλογα με το ανόδιο λιθίου επηρεάζεται και η σύσταση του καθόδιου, π.χ. NCM 622 (δηλ. 60% νικέλιο, 20% κοβάλτιο και 20% μαγγάνιο) ή NCM 811.

• Το λίθιο έχει την ιδιότητα να αποθηκεύει πολύ ηλεκτρική ενέργεια σε μικρές ποσότητες ως υλικό. Ως στοιχείο έχει χαμηλό ατομικό βάρος, κάτι που σημαίνει πως αν και μέταλλο είναι τόσο ελαφρύ που επιπλέει στο νερό. Επίσης συγκαταλέγεται στα αλκαλικά μέταλλα, κάτι που σημαίνει πως αποδίδει πολύ εύκολα ένα ηλεκτρόνιο ως ανόδιο σε μία μπαταρία.

• Το λίθιο ανήκει στα αλκαλικά μέταλλα και είναι ένα μαλακό στερεό αργυρόλευκο μέταλλο. Είναι εύφλεκτο, και εν δυνάμει εκρηκτικό όταν εκτίθεται στον αέρα και ιδιαίτερα στο νερό, αλλά είναι το λιγότερο εύφλεκτο από τα αλκαλιμέταλλα. Οι σημερινές μπαταρίες έχουν υγρούς ηλεκτρολύτες που σε βάθος χρόνου θα αντικατασταθούν από τους πιο ασφαλείς στερεού τύπου και τις μπαταρίες solid state.

• Η εξόρυξη του λιθίου από τις αλμυρές λίμνες (στην Βολιβία, στην Χιλή, στην Αργεντινή) και τις αλυκές επηρεάζεται από την βροχή και παράλληλα υπάρχουν περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η Volkswagen συνεργάζεται με την κινέζική Ganfeng και προτιμά την εξόρυξη λιθίου από ορυχεία με την μεγαλύτερη παραγωγή να εντοπίζεται στην Αυστραλία επισημαίνοντας και το σταθερό πολιτικό σύστημα.