Produktionen av litiumjonbatterier ökar kraftigt, men till vilket pris?

Foto: Dimitry B./Flickr

I sin första masterplan för Tesla Motors skrev Elon Musk: ”Det övergripande syftet med Tesla Motors (och anledningen till att jag finansierar företaget) är att hjälpa till att påskynda övergången från en kolväteekonomi som bygger på gruvdrift och förbränning till en solenergi-ekonomi, som jag anser vara den primära, men inte enda, hållbara lösningen.”

Vidare ett drygt decennium senare ser det ut som om den hållbara lösningen är inom räckhåll – solcellsinstallationer blomstrar och Tesla leder utvecklingen mot en större spridning av elbilar som kan drivas med förnybart genererade elektroner.

Men samtidigt som den rena energin blomstrar har lösningarna från elbilsföretag och batteritillverkare haft mycket mer med gruvdrift att göra än vad Musks manifest kan antyda. Även om en explosion av elbilar och energilagring kommer att göra det möjligt för länder att förlita sig på mindre koldioxidintensiv energi, lämnar utvinningen av viktiga ingredienser för att tillverka kostnadseffektiva litiumjonbatterier i allmänhet miljöförstöring och mänsklig förödelse i sitt kölvatten.

Industrins ledare har kommit närmare en lösning på hur man kan lagra energi och driva bilar utan fossila bränslen i stor skala, men de har bara börjat ta itu med de moraliska konsekvenserna av en industri för ren energi som stöds av fula sanningar om barnarbete och föroreningar.

”Det är ett ganska intressant fall där fördelarna med att gå över till grön teknik i vissa fall uppvägs när man tittar på gruvproduktionen”, säger Stefan Sabo-Walsh, chef för råvaruforskning vid Verisk Analytics.

Litiumtriangeln

Australien och Sydamerika, särskilt ”litiumtriangeln” med Argentina, Chile och Bolivia, dominerar för närvarande 80-90 procent av litiumproduktionen, enligt James Whiteside, managing consultant på Wood Mackenzies konsultgrupp för metaller och gruvor.

Den sydamerikanska produktionen är beroende av saltlake som dras upp från djupt inne i jorden. Vid saltlakeplatser sprids det salta vattnet ut över stora ytor på en nivå av några få meters djup och lämnas att avdunsta i månader. Genom att flytta från damm till damm ökar koncentrationen av litium långsamt tills det kan separeras från resten av saltvattnet. Det obehandlade litiumet bearbetas sedan till litiumklorid för att användas i tillämpningar som batterier. I Australien koncentrerar sig råvaruproducenterna på den mer energiintensiva och kostsamma hårdstensbrytningen, där litium krossas ur stenar.

Under 2016 ökade litiumproduktionen med 16 procent jämfört med föregående år. Australien producerade det mesta, 14 300 ton, varav en stor del skickas till Kina för bearbetning.

Den så kallade ”vita guldrushen” har gjort det möjligt för batteritillverkare att skala upp produktionen och hålla planerna på gigafabriker i gång. Men resultaten har inte varit lika positiva för ursprungsbefolkningar som Atacama-samhället i Sydamerika, vilket har lett till protester med handskrivna skyltar med texten ”Vi äter inte batterier”, som Washington Post rapporterar.

Urbefolkningar i litiumtriangeln oroar sig för att de höga vattennivåerna som krävs för att framställa litium – så mycket som en halv miljon gallon per ton – kan minska den redan begränsade vattenförsörjningen i de torra och torra områden där saltlakeplatserna är belägna. Dessa farhågor har lett till protester mot storföretagens exploatering av resurserna. År 2012 tog 33 urfolkssamhällen krav på samråd om litiumutveckling till Argentinas högsta domstol.

”Det går inte att säga vilken typ av skada som kan uppstå”

Helle Abelvik-Lawson, doktorand och forskare vid University of Essex som fokuserar på konsekvenserna av litiumbrytning i Bolivia och Argentina, sade att många – men inte alla – samhällen lär sig att leva med den aktivitet och utveckling som gruvbolagen för med sig, eftersom de också ger arbetstillfällen. ”Det viktigaste är att samhällena, om de ska ha en sådan här massiv industri, vill vara delaktiga”, sade hon.

Men det finns också samhällen, sade hon, ”som är helt emot det.”

Enligt Abelvik-Lawson är de nuvarande konsekvenserna av småskalig litiumbrytning relativt minimala. Men i takt med att efterfrågan skjuter i höjden kan det förändras hur företagen ökar produktionen. ”Det finns farhågor”, sade hon. ”Så snart något verkligen skalas upp kan man inte säga vilken typ av storskalig skada som kan uppstå.”

Bränselokaler förbrukar i allmänhet lite energi eftersom solen bearbetar litiumet från bassängerna. Men Whiteside sade att den senaste tidens uppgång i efterfrågan har sporrat praxis att ”direktskjuta malm” från bergsbrytningsplatser till Kina under de senaste tre till sex månaderna. För att påskynda processen skickas mer råmaterial ut innan det koncentreras.

”Det innebär att energiförbrukningen för transport är mycket högre – ungefär tre gånger högre”, säger Whiteside. ”Det kommer inte att vara kostnadskonkurrenskraftigt på lång sikt, men för närvarande, med de priser som råder, uppmuntras den typen av produktion.”

Litumbaserade batterier kräver också råvaror som kobolt, nickel och grafit, vilket ytterligare komplicerar försörjningskedjan. Arbetsrättsliga orättvisor vid utvinning av kobolt är väldokumenterade. Över 20 procent av exporten från Demokratiska republiken Kongo, världens största producent, kommer från oreglerade hantverksmässiga gruvor som ofta sysselsätter barn. När det gäller råvaror som nickel och grafit måste de producerande länderna hantera vattenförorening och avskogning.

Skalering och massproduktion av litiumbatterier är komplicerat, men de mänskliga rättigheterna och miljörelaterade fallgroparna i samband med tillverkningen kommer att göra det ännu mer komplicerat för producenter och slutanvändare. Råmaterialet kommer från gruvor runt om i världen, och det är inte alltid lätt att identifiera dess ursprung. För företag som säljer etiskt märkta cleantech-produkter som elbilar och sol-plus-lagring kommer det att bli nödvändigt att hitta bättre alternativ när batterianvändningen fortsätter att explodera – eller riskera att få mothugg.

Batteriboom

Enligt Bloomberg New Energy Finance kommer den globala kapaciteten för batteritillverkning att fördubblas fram till 2021 till mer än 278 gigawattimmar per år. Litiumjonbatterier förväntas också bli 43 procent billigare samma år.

Och även om tillverkarna av alternativa batterier har försökt ge litiummodellerna en chansning under de senaste åren har det varit en förlorad kamp, delvis på grund av teknikens enkelhet och flexibilitet. Chockande låga priser för litiumbaserade batterier kommer att förbli den viktigaste faktorn för att driva teknikens dominans in i framtiden – så länge producenterna kan fortsätta att leverera litium.

Reserverna i förhållande till produktionen för litium (den återstående mängden av en icke-förnybar resurs, uttryckt i tid) är i hundratal, medan den för de flesta utvunna råvaror är i tiotals”, sade Whitehouse. ”Det finns många resurser där ute.”

”Under det kommande decenniet finns det definitivt tillräckligt med … litium”, tillade han. ”Frågan är hur lång tid det kommer att ta för dessa källor att komma igång.”

Oroheten härrör inte från kända reserver, som det finns gott om. Whiteside, som arbetar på en Wood Mackenzie-studie om litiummarknaden, beskriver litiums utbud- och efterfrågekurva som följer en traditionell väg. Även om batteripriserna når nya bottennivåer, stiger priserna (för närvarande runt 12 000 dollar per ton), liksom efterfrågan. För att möta denna efterfrågan har tillverkarna planerat projekt runt om i världen. Men eftersom det är så tidskrävande att utvinna litium, och många av dessa projekt inte kommer att vara färdiga förrän om flera år, kommer den höga efterfrågan och det begränsade utbudet sannolikt att fortsätta för tillfället, enligt Whitehouse.

”Det kommer att finnas cykler på marknaden”, tillade han. ”Jag är säker på att marknaden någon gång kommer att hamna i ett överutbud, helt enkelt på grund av antalet projekt som utvecklas.”

Men för tillfället är batteritillverkarna hungriga efter allt litium de kan få. Sökandet efter etiskt utvunnet litium kommer sannolikt bara att öka efterfrågan och priserna.

En annan väg framåt

Det finns andra sätt att utöka litiumproduktionen utan att förlita sig på de tvivelaktiga arbets- och miljöpraktiker som nu är endemiska inom litiumbrytningsprocessen.

Företag som MGX Minerals, med säte i Kanada, arbetar för att hitta tillgängliga och underutnyttjade litiumlager. Från och med 2016 har MGX testat ett nanofiltreringssystem som använder en uppsättning högspecialiserade membran för att passivt sålla bort litium från avloppsvatten. Enligt vd Jared Lazerson returnerar MGX-systemet 70 procent av litiumet och tar bara en dag, i stället för den traditionella månadslånga tidsramen.

Hittills har MGX samarbetat med företag som Canadian Natural Resources Limited i Alberta, och man arbetar på en kommersiell anläggning som skulle kunna bearbeta 7 500 fat avloppsvatten per dag och ge en betydande volym litiumkarbonatekvivalenter.

MGX:s process renar det vatten som blir över från traditionell oljeverksamhet och ger avkastning. En attraktiv sidovinst skulle kunna vara att få traditionella stora energibolag med i bilden.

”Oljebolagen är mycket, mycket traditionella i sitt tänkande, men de tittar på vad som händer”, säger Lazerson. ”Det gör dem lite nervösa och får dem att se allvarligt på detta.”

För att få till stånd ett ansvarsutkrävande inom traditionell gruvdrift kommer det troligen att falla på företag och företagskoalitioner, sade Sabo-Walsh. Han sade att tidigare exempel kring konfliktmineraler av guld, volfram, tenn och tantal, som regleras av Dodd-Frank-lagen, kan ge lärdomar för branschgemensamma partnerskap kring utbyte av information om leverantörspraxis, bedömningsenkäter och miljöklassificeringar. Om man tar hänsyn till vart litiumet tar vägen efter att det har använts kan tillverkarna också bli mer uppmärksamma på produktionsprocessen.

”Fordonsföretagen måste föra vissa samtal och planera om hur litiumjonbatterier kommer att slutanvändas”, säger Whiteside. ”Det är något som många bilföretag inte ens tänker på.”

I slutändan, när produktionen ökar, kommer företagen att behöva göra ansvarsskyldigheten till en genomgående del av ett batteris livslängd. Även om världens litiumlager kommer att räcka till för att driva en storskalig lagringsrevolution är de nuvarande kostnaderna allt annat än försumbara.

Häng med GTM för en djupdykning i den spirande inhemska energilagringsmarknaden på U.S. Energy Storage Summit 2017. Nätverk, finansiärer, tillsynsmyndigheter, teknikinnovatörer och lagringsaktörer kommer alla att samlas för två heldagar med dataintensiva presentationer, analytikerledda panelsessioner med branschledare och omfattande nätverkande på hög nivå. Läs mer här.