Produktionen af lithium-ion-batterier stiger kraftigt, men til hvilken pris?

Foto: Dimitry B./Flickr

I sin første masterplan for Tesla Motors skrev Elon Musk: “Det overordnede formål med Tesla Motors (og grunden til, at jeg finansierer selskabet) er at hjælpe med at fremskynde overgangen fra en kulbrinteøkonomi med minedrift og forbrænding af kulbrinte til en sol-el-økonomi, som jeg mener er den primære, men ikke den eneste, bæredygtige løsning.”

Det ser ud til, at den bæredygtige løsning lidt over et årti senere er inden for rækkevidde – solcelleanlæggene blomstrer, og Tesla fører an i retning af større udbredelse af elbiler, der kan køre på vedvarende genererede elektroner.

Men mens ren energi blomstrer, har løsningerne fra elbilsvirksomheder og batteriproducenter haft meget mere med minedrift at gøre, end Musks manifest lader antyde. Selv om en eksplosion i elbiler og energilagring vil gøre det muligt for lande at være afhængige af mindre kulstofintensiv energi, efterlader udvindingen af vigtige ingredienser til fremstilling af omkostningseffektive lithium-ion-batterier generelt miljømæssige og menneskelige ødelæggelser i kølvandet.

Industriens ledere er kommet tættere på at løse, hvordan man kan lagre energi og drive biler uden fossile brændstoffer i stor skala, men de er kun lige begyndt at tage fat på de moralske konsekvenser af en ren energiindustri, der støttes af de grimme sandheder om børnearbejde og forurening.

“Det er et ganske interessant tilfælde, hvor fordelene ved at gå over til grøn teknologi i nogle tilfælde opvejes, når man ser på mineproduktionen,” sagde Stefan Sabo-Walsh, leder af råvareforskning hos Verisk Analytics.

Lithiumtrekanten

Australien og Sydamerika, specifikt “lithiumtrekanten” bestående af Argentina, Chile og Bolivia, dominerer i øjeblikket 80-90 procent af lithiumproduktionen, ifølge James Whiteside, ledende konsulent i Wood Mackenzies metal- og minekonsulentteam.

Den sydamerikanske produktion er afhængig af saltvand, der trækkes op fra dybt inde i jorden. På saltvandsstederne spredes det saltholdige vand ud over store flader i et niveau på få meters dybde og efterlades til fordampning i månedsvis. Når det flyttes fra bassin til bassin, stiger koncentrationen af lithium langsomt, indtil det kan adskilles fra resten af saltvandet. Det rå lithium forarbejdes derefter til lithiumklorid, som kan anvendes i f.eks. batterier. I Australien koncentrerer de rå producenter sig om den mere energikrævende og dyrere hard rock mining, hvor lithium knuses ud af sten.

I 2016 steg lithiumproduktionen med 16 % i forhold til året før. Australien producerede det meste af den, 14.300 tons, hvoraf en stor del sendes til Kina til forarbejdning.

Den såkaldte “hvide guldrush” har gjort det muligt for batteriproducenter at opskalere produktionen og holde planer om gigafabrikker i støbeskeen. Men resultaterne har ikke været så positive for oprindelige folk som Atacama-samfundet i Sydamerika, hvilket har ført til protester med håndskrevne skilte med teksten “Vi spiser ikke batterier”, som The Washington Post rapporterer.

Indfødte folk i lithiumtrianglen er bekymrede for, at de store mængder vand, der er nødvendige for at producere lithium – op til en halv million galloner pr. ton – kan skære i den allerede begrænsede vandforsyning i de tørre og tørkeramte områder, hvor saltvandsanlæggene er beliggende. Disse bekymringer har udløst protester mod de store selskabers udnyttelse af ressourcerne. I 2012 indgav 33 oprindelige samfund krav om høring om lithiumudvikling til Argentinas højesteret.

“Man kan ikke vide, hvilken skade der kan ske”

Helle Abelvik-Lawson, der er ph.d.-studerende og forsker ved University of Essex, og som fokuserer på virkningerne af lithiumminedrift i Bolivia og Argentina, sagde, at mange – men ikke alle – samfund lærer at leve med den aktivitet og udvikling, som mineselskaberne medfører, fordi de også leverer arbejdspladser. “Det vigtigste er, at lokalsamfundene, hvis de skal have denne massive industri, ønsker at være involveret,” sagde hun.

Men der er også lokalsamfund, sagde hun, “som er helt imod det.”

Ifølge Abelvik-Lawson er de nuværende virkninger af lithiumminedrift i lille skala relativt minimale. Men efterhånden som efterspørgslen stiger voldsomt, kan det ændre sig, hvordan virksomhederne øger produktionen. “Der er bekymringer,” sagde hun. “Så snart noget virkelig bliver opskaleret, er det ikke til at sige, hvilken slags skade i stor skala der kan ske.”

Brændeanlæg bruger generelt lidt energi, fordi solen bearbejder lithium fra bassinerne. Men Whiteside sagde, at den seneste stigning i efterspørgslen har ansporet praksis med “direkte skibsfart af malm” fra stenminesteder til Kina i de sidste tre til seks måneder. For at fremskynde processen sendes mere råmateriale ud, før det bliver koncentreret.

“Det betyder, at energiforbruget til transport er meget højere – ca. tre gange så højt”, sagde Whiteside. “Det vil ikke være omkostningskonkurrencedygtigt på lang sigt, men i øjeblikket, hvor priserne er, hvor de er, er der incitamenter til den slags produktion.”

Lithiumbaserede batterier kræver også råmaterialer som kobolt, nikkel og grafit, hvilket komplicerer forsyningskæden yderligere. Uretfærdigheder på arbejdsmarkedet i forbindelse med udvinding af kobolt er veldokumenteret. Over 20 procent af eksporten fra Den Demokratiske Republik Congo, verdens største producent, kommer fra uregulerede håndværksmæssige miner, som ofte beskæftiger børn. I forbindelse med råmaterialer som nikkel og grafit er de producerende lande udsat for vandforurening og skovrydning.

Skalering og masseproduktion af litiumbatterier er kompleks, men de menneskerettigheds- og miljømæssige faldgruber i forbindelse med deres produktion vil gøre det endnu mere komplekst for producenter og slutbrugere. Råmaterialet stammer fra miner over hele verden, og det er ikke altid let at identificere dets oprindelse. For virksomheder, der sælger etisk mærkevarer inden for cleantech-produkter som elbiler og solcelle-plus-lagring, bliver det nødvendigt at finde bedre valgmuligheder, efterhånden som batterianvendelsen fortsætter med at eksplodere – eller risikere at blive udsat for tilbageslag.

Batterioboomet

I henhold til Bloomberg New Energy Finance vil den globale batteriproduktionskapacitet blive fordoblet inden 2021 til mere end 278 gigawatt-timer om året. Litium-ion-batterier forventes også at blive 43 procent billigere samme år.

Mens producenterne af alternative batterier har forsøgt at give lithium-modellerne kamp til stregen i de seneste år, har det været en tabt kamp, til dels på grund af teknologiens enkelhed og fleksibilitet. Chokerende lave priser på litiumbaserede batterier vil fortsat være den vigtigste faktor, der driver teknologiens dominans ind i fremtiden – så længe producenterne kan holde lithiumet på plads.

Reserverne i forhold til produktionen for lithium (den resterende mængde af en ikke-fornybar ressource, udtrykt i tid) er i hundredevis, hvor det for de fleste udvundne råvarer er i titusindvis,” sagde Whitehouse. “Der er mange ressourcer derude.”

“I løbet af det næste kommende årti er der helt sikkert nok … lithium,” tilføjede han. “Spørgsmålet er, hvor lang tid det vil tage for disse kilder at komme online.”

Bekymringen stammer ikke fra de kendte reserver, som der er masser af. Whiteside, der arbejder på en Wood Mackenzie-undersøgelse om lithiummarkedet, beskriver lithiums udbuds- og efterspørgselskurve som følger en traditionel vej. Selv om batteripriserne er ved at nå nye lavpunkter, stiger priserne (i øjeblikket omkring 12.000 dollars pr. ton), og det samme gælder efterspørgslen. For at imødekomme denne efterspørgsel har producenterne planlagt projekter rundt om i verden. Men fordi udvinding af lithium er så tidskrævende, og mange af disse projekter først vil være færdige om flere år, vil den høje efterspørgsel og det begrænsede udbud sandsynligvis fortsætte indtil videre, ifølge Whitehouse.

“Der vil være cyklusser på markedet,” tilføjede han. “Jeg er sikker på, at markedet på et tidspunkt vil bevæge sig ind i et overudbud, simpelthen på grund af antallet af projekter, der udvikles.”

Men indtil videre er batteriproducenterne sultne efter alt det litium, de kan få. Søgningen efter etisk udvundet lithium vil sandsynligvis kun øge efterspørgslen og priserne.

En anden vej fremad

Der er andre måder at udvide lithiumproduktionen på uden at være afhængig af den tvivlsomme arbejds- og miljøpraksis, der nu er endemisk i lithiumminedriftsprocessen.

Selskaber, herunder MGX Minerals, der er baseret i Canada, arbejder på at finde tilgængelige og underudnyttede litiumlagre. MGX har fra 2016 afprøvet et nanofiltreringssystem, der anvender et sæt højt specialiserede membraner til passivt at si lithium fra spildevand. Ifølge administrerende direktør Jared Lazerson returnerer MGX-systemet 70 procent af lithium og tager kun en dag i stedet for den traditionelle månedlange tidsramme.

Så vidt har MGX indgået partnerskaber med virksomheder som Canadian Natural Resources Limited i Alberta, og der arbejdes på et kommercielt anlæg, der kan behandle 7.500 tønder spildevand om dagen og give en betydelig mængde lithiumkarbonatækvivalent.

MGX’s proces renser det vand, der er tilbage fra traditionelle olieaktiviteter, og det giver et afkast. En attraktiv sidegevinst kunne være at få de traditionelle energimagasiner ind i folden.

“Olieselskaberne er meget, meget traditionelle i deres tankegang, men de holder øje med, hvad der foregår,” sagde Lazerson. “Det gør dem lidt nervøse, og det får dem til at se på disse meget alvorligt.”

Med hensyn til at bringe ansvarlighed til traditionel minedrift, vil det sandsynligvis falde til virksomheder og virksomhedskoalitioner, sagde Sabo-Walsh. Han sagde, at tidligere eksempler omkring konfliktmineralerne guld, wolfram, tin og tantal, som er reguleret af Dodd-Frank-loven, kan være en lærestreg for partnerskaber på tværs af industrien omkring udveksling af oplysninger om leverandørpraksis, vurderingsspørgeskemaer og miljøklassificeringer. Overvejelser om, hvor litium ender, efter at det er brugt, kan også få producenterne til at være mere opmærksomme på produktionsprocessen.

“Der skal være nogle samtaler og planlægning fra bilvirksomhedernes side om, hvad slutanvendelsen af lithium-ion-batterier vil være”, sagde Whiteside. “Det er noget, som mange bilvirksomheder slet ikke overvejer.”

I sidste ende, efterhånden som produktionen øges, bliver virksomhederne nødt til at gøre ansvarlighed til en gennemgående del af et batteris levetid. Selv om verdens litiumlagre vil være nok til at give næring til en storstilet lagringsrevolution, er de nuværende omkostninger alt andet end ubetydelige.

Tilhør GTM til et dybdegående dyk i det spirende indenlandske energilagringsmarked på U.S. Energy Storage Summit 2017. Forsyningsvirksomheder, finansfolk, reguleringsmyndigheder, teknologiske innovatorer og lagerpraktikere vil alle mødes til to hele dage med dataintensive præsentationer, analytikerledede panelsessioner med industriledere og omfattende netværksdannelse på højt niveau. Få mere at vide her.