Rośnie produkcja baterii litowo-jonowych, ale jakim kosztem?

Photo Credit: Dimitry B./Flickr

W swoim pierwszym masterplanie Tesla Motors, Elon Musk napisał, „Nadrzędnym celem Tesla Motors (i powodem, dla którego finansuję firmę) jest pomoc w przyspieszeniu przejścia z gospodarki opartej na kopalni i spalaniu węglowodorów w kierunku gospodarki opartej na energii słonecznej, która moim zdaniem jest podstawowym, ale nie jedynym, zrównoważonym rozwiązaniem.”

Już ponad dekadę później wygląda na to, że to zrównoważone rozwiązanie jest w zasięgu ręki — wdrożenia energetyki słonecznej kwitną, a Tesla przewodzi w rozprzestrzenianiu się pojazdów elektrycznych, które mogą pracować na odnawialnie generowanych elektronach.

Ale gdy czysta energia rozkwita, rozwiązania firm produkujących pojazdy elektryczne i akumulatory mają o wiele więcej wspólnego z górnictwem, niż sugerowałby manifest Muska. Choć eksplozja pojazdów elektrycznych i magazynowania energii pozwoli krajom polegać na energii o mniejszej emisji dwutlenku węgla, wydobycie niezbędnych składników do produkcji opłacalnych baterii litowo-jonowych zazwyczaj pozostawia po sobie zniszczenia środowiskowe i ludzkie.

Liderzy branży zbliżyli się do rozwiązania, jak przechowywać energię i zasilać samochody bez paliw kopalnych na dużą skalę, ale dopiero zaczynają zmagać się z moralnymi implikacjami przemysłu czystej energii wspieranego przez brzydkie prawdy o pracy dzieci i zanieczyszczeniu środowiska.

„To dość interesujący przypadek, w którym korzyści z przejścia na zieloną technologię są przeważone, w niektórych przypadkach, gdy spojrzymy na produkcję kopalni”, powiedział Stefan Sabo-Walsh, szef działu badań towarów w Verisk Analytics.

Trójkąt litowy

Australia i Ameryka Południowa, a konkretnie „trójkąt litowy” Argentyny, Chile i Boliwii, obecnie dominują w 80-90% produkcji litu, według Jamesa Whiteside’a, konsultanta zarządzającego w zespole Wood Mackenzie zajmującym się doradztwem w zakresie metali i górnictwa.

Produkcja południowoamerykańska opiera się na solankach wyciąganych z głębi ziemi. W miejscach wydobycia solanki, słona woda jest rozprowadzana na dużych powierzchniach na poziomie kilku stóp głębokości i pozostawiana do odparowania przez miesiące. Przemieszczając się od stawu do stawu, stężenie litu powoli wzrasta, aż do momentu, gdy można go oddzielić od reszty solanki. Surowy lit jest następnie przetwarzany na chlorek litu, który jest wykorzystywany w takich zastosowaniach jak baterie. W Australii surowi producenci koncentrują się na bardziej energochłonnym i kosztownym górnictwie twardej skały, gdzie lit jest kruszony z kamieni.

W 2016 roku produkcja litu wzrosła o 16 procent w stosunku do roku poprzedniego. Australia wyprodukowała większość z niego, 14 300 ton metrycznych, z których znaczna część jest wysyłana do Chin do przetwarzania.

Tak zwana „gorączka białego złota” pozwoliła producentom baterii na skalowanie produkcji i utrzymanie planów gigafaktur w realizacji. Ale jej wyniki nie były tak pozytywne dla rdzennych mieszkańców, takich jak społeczność Atacama w Ameryce Południowej, wywołując protesty z odręcznymi znakami z napisem „Nie jemy akumulatorów”, jak donosi The Washington Post.

Rdzenni mieszkańcy trójkąta litowego martwią się, że wysoki poziom wody potrzebnej do produkcji litu — aż pół miliona galonów na tonę — może ograniczyć i tak już ograniczone zasoby wody w jałowych i dotkniętych suszą obszarach, w których znajdują się solanki. Obawy te wywołały protesty przeciwko eksploatacji zasobów przez duże firmy. W 2012 r. 33 społeczności tubylcze skierowały do Sądu Najwyższego Argentyny wezwania do konsultacji w sprawie rozwoju litu.

„Nie wiadomo, jakiego rodzaju szkody mogą zostać wyrządzone”

Helle Abelvik-Lawson, doktorantka i badaczka na Uniwersytecie Essex, która skupia się na skutkach wydobycia litu w Boliwii i Argentynie, powiedziała, że wiele — ale nie wszystkie — społeczności uczą się żyć z działalnością i rozwojem, który przynoszą firmy wydobywcze, ponieważ zapewniają one również miejsca pracy. „Główną rzeczą jest to, że społeczności, jeśli mają mieć ten ogromny przemysł, chcą być w niego zaangażowane,” powiedziała.

Ale są też społeczności, powiedziała, „które są temu całkowicie przeciwne.”

Według Abelvik-Lawson, obecny wpływ wydobycia litu na małą skalę jest stosunkowo minimalny. Ale w miarę wzrostu popytu, jak firmy rozwijają produkcję, może to zmienić. „Istnieją obawy,” powiedziała. „Jak tylko coś naprawdę skaluje się, nie wiadomo, jakiego rodzaju szkody na dużą skalę mogą zostać wyrządzone.”

Brynowe witryny generalnie zużywają niewiele energii, ponieważ słońce przetwarza lit z basenów. Ale Whiteside powiedział, że niedawny wzrost popytu pobudził praktykę „bezpośredniego wysyłania rudy” z miejsc wydobycia kamienia do Chin w ciągu ostatnich trzech do sześciu miesięcy. Aby przyspieszyć proces, więcej surowca jest wysyłane, zanim zostanie skoncentrowany.

„Oznacza to, że zużycie energii do transportu jest znacznie wyższa – mniej więcej trzy razy wyższe,” powiedział Whiteside. „W dłuższej perspektywie nie będzie to konkurencyjne cenowo, ale obecnie, przy obecnych cenach, ten rodzaj produkcji jest stymulowany.”

Akumulatory na bazie litu wymagają również surowców takich jak kobalt, nikiel i grafit, które dodatkowo komplikują łańcuch dostaw. Niesprawiedliwości pracy w wydobyciu kobaltu są dobrze udokumentowane. Ponad 20 procent eksportu z Demokratycznej Republiki Konga, światowego producenta, pochodzi z nieuregulowanych kopalni rzemieślniczych, które często zatrudniają dzieci. W przypadku surowców takich jak nikiel i grafit, kraje produkujące borykają się z zanieczyszczeniem wody i wylesianiem.

Skalowanie i masowa produkcja baterii litowych jest skomplikowana, ale prawa człowieka i pułapki środowiskowe związane z ich produkcją uczynią ją jeszcze bardziej skomplikowaną dla producentów i użytkowników końcowych. Surowiec pochodzi z kopalni na całym świecie, a identyfikacja jego pochodzenia nie zawsze jest łatwa. Dla firm sprzedających etycznie markowe produkty z zakresu czystych technologii, takie jak samochody elektryczne i baterie słoneczne plus akumulatory, konieczne będzie poszukiwanie lepszych wyborów, ponieważ zużycie baterii nadal rośnie – lub ryzykowanie reakcji zwrotnej.

Boom na baterie

Według Bloomberg New Energy Finance, globalna zdolność produkcyjna baterii podwoi się do 2021 r. do ponad 278 gigawatogodzin rocznie. Oczekuje się również, że do tego samego roku baterie litowo-jonowe będą o 43 procent tańsze.

Pomimo że twórcy alternatywnych baterii próbowali w ostatnich latach dać modelom litowym szansę, była to przegrana bitwa, częściowo z powodu prostoty i elastyczności tej technologii. Szokująco niskie ceny akumulatorów na bazie litu pozostaną głównym czynnikiem napędzającym dominację tej technologii w przyszłości – tak długo, jak producenci będą w stanie utrzymać lit.

Stosunek rezerw do produkcji dla litu (pozostała ilość nieodnawialnego zasobu, wyrażona w czasie) jest w setkach, gdzie dla większości wydobywanych towarów jest to w dziesiątkach,” powiedział Whitehouse. „Tam jest dużo zasobów.”

„W ciągu najbliższej dekady, jest zdecydowanie wystarczająco dużo … litu”, dodał. „Pytanie brzmi, jak długo potrwa, zanim te źródła pojawią się w sieci.”

Obawy nie wynikają ze znanych rezerw, których jest mnóstwo. Whiteside, który pracuje nad studium Wood Mackenzie na temat rynku litu, opisuje krzywą podaży i popytu litu zgodnie z tradycyjną ścieżką. Chociaż ceny baterii osiągają nowe minima, ceny rosną (obecnie około 12 000 USD za tonę), podobnie jak popyt. Aby zaspokoić ten popyt, producenci planują projekty na całym świecie. Ale ponieważ wydobycie litu jest tak czasochłonne, a wiele z tych projektów nie zostanie ukończonych przez lata, wysoki popyt i ograniczona podaż prawdopodobnie utrzymają się na razie, według Whitehouse.

„Na rynku będą cykle”, dodał. „Jestem pewien, że w pewnym momencie rynek przejdzie w nadpodaż, po prostu ze względu na liczbę rozwijanych projektów.”

Ale na razie producenci baterii są głodni całego litu, który mogą dostać. Poszukiwanie etycznie wydobywanego litu prawdopodobnie tylko zwiększy popyt i ceny.

Inna droga naprzód

Istnieją inne sposoby na rozszerzenie produkcji litu bez polegania na wątpliwych praktykach pracy i ochrony środowiska, które są obecnie endemiczne w procesie wydobycia litu.

Firmy, w tym MGX Minerals, z siedzibą w Kanadzie, pracują nad znalezieniem dostępnych i nie w pełni wykorzystywanych magazynów litu. Począwszy od 2016 roku, MGX testuje system nanofiltracji, który wykorzystuje zestaw wysoce wyspecjalizowanych membran do pasywnego przesiewania litu ze ścieków. Według CEO Jareda Lazersona, system MGX zwraca 70 procent litu i zajmuje zaledwie jeden dzień, a nie tradycyjne wielomiesięczne ramy czasowe.

Do tej pory MGX nawiązał współpracę z firmami takimi jak Canadian Natural Resources Limited w Albercie i pracuje nad komercyjnym zakładem, który mógłby przetwarzać 7 500 baryłek ścieków dziennie i przynieść znaczną ilość ekwiwalentu węglanu litu.

Proces MGX oczyszcza wodę pozostałą po tradycyjnych operacjach naftowych i przynosi zyski. Atrakcyjną korzyścią uboczną może być wprowadzenie tradycyjnych majors energetycznych do owczarni.

„Firmy naftowe są bardzo, bardzo tradycyjne w swoim myśleniu, ale obserwują, co się dzieje”, powiedział Lazerson. „To ich trochę denerwuje i sprawia, że patrzą na to bardzo poważnie.”

W zakresie odpowiedzialności za tradycyjne górnictwo, to prawdopodobnie spadnie do firm i koalicji korporacyjnych, powiedział Sabo-Walsh. Powiedział, że przeszłe przykłady otaczające minerałów konfliktu złota, wolframu, cyny i tantalu, które są regulowane przez Dodd-Frank ustawy, może zawierać lekcje dla partnerstwa w całej branży wokół dzielenia się informacjami na temat praktyk dostawców, kwestionariuszy oceny i rankingów środowiskowych. Rozważania na temat tego, gdzie trafia lit po jego wykorzystaniu, mogą również sprawić, że producenci będą bardziej uważni na proces produkcji.

„Firmy motoryzacyjne muszą prowadzić rozmowy i planować, jakie będą końcowe zastosowania akumulatorów litowo-jonowych” – powiedział Whiteside. „Jest to coś, czego wiele firm motoryzacyjnych nawet nie bierze pod uwagę”.

W ostateczności, w miarę wzrostu produkcji, firmy będą musiały uczynić rozliczalność linią przelotową żywotności akumulatora. Choć światowe zasoby litu wystarczą, aby napędzić rewolucję w magazynowaniu energii na dużą skalę, obecne koszty nie są wcale nieistotne.

Dołącz do GTM, aby zapoznać się z rodzącym się krajowym rynkiem magazynowania energii podczas konferencji U.S. Energy Storage Summit 2017. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, finansiści, regulatorzy, innowatorzy technologiczni i praktycy w dziedzinie magazynowania spotkają się na dwóch pełnych dniach prezentacji bogatych w dane, sesjach panelowych prowadzonych przez analityków z liderami branży oraz intensywnym networkingu na wysokim poziomie. Dowiedz się więcej tutaj.