SamochodyElektryczne.org

Rowery elektryczne

Zasoby litu na świecie

W związku z coraz powszechniejszym stosowaniem akumulatorów litowo-jonowych, a więc takich, które zawierają lit, pojawia się pytanie o wielkość zasobów tego surowca


Obecnie w nowych samochodach elektrycznych najchętniej stosowane są różne odmiany akumulatorów litowo-jonowych, gdyż właściwie tylko one zapewniają pojazdom dobre osiągi. Ponieważ produkcja aut elektrycznych na skalę masową będzie się w przyszłości wiązała ze sporym wzrostem zapotrzebowania na akumulatory litowo-jonowe, wiele osób zastanawia się, czy na świecie istnieje wystarczająca ilość litu potrzebnego do ich produkcji.

Lit (Li) jest najlżejszym metalem, należącym do grupy metali alkalicznych. W akumulatorach (zależnie od typu) wykorzystywany jest zarówno lit w postaci metalicznej jak i związki litu z innymi pierwiastkami.

Zasoby litu na świecie

Lit jest bardzo rozpowszechnionym, ale zarazem i rozproszonym pierwiastkiem. Do rzadkości należą miejsca jego koncentracji. W wodzie morskiej znajdują się prawdopodobnie miliardy ton mocno rozcieńczonego litu, którego nie da się pozyskiwać na skalę przemysłową (ilości śladowe).

Skoncentrowany lit występuje głównie w skałach w górnych warstwach Ziemi jako np. krzemian litu oraz w solnych jeziorach jako węglan litu (ang. lithium carbonate) oraz chlorek litu (ang. lithium chloride). Można go pozyskiwać metodami górniczymi lub za pomocą odparowywania solanki - co jest znacznie tańsze (zawierającą lit solankę odparowuje się w specjalnych sadzawkach na świeżym powietrzu). Więcej na temat różnych form występowania litu można przeczytać w [13].

Większość źródeł przyznaje, że ponad połowa światowych zasobów litu znajduje się w Ameryce Południowej, w dużej mierze w Boliwii (w Salar de Uyuni) - najbiedniejszym kraju tego regionu.

Należy jednak zauważyć, że różne organizacje publikują często rozbieżne dane na temat wielkości zasobów litu na świecie (zależnie co i w jakiej koncentracji jest uważane za zasób). W Tabeli 1 zostały zebrane dane z kilku źródeł.

Szacowane zasoby litu na świecie w tonach według różnych źródeł
PaństwoZasoby wg [3]Zasoby wg [6]Zasoby wg [12]Zasoby wg [15]
Argentyna brak danych 2 000 000 2 710 000 6 000 000
Australia 220 000 260 000 262 800 1 603 000
Austria brak danych brak danych 100 000 113 000
Boliwia 5 400 000 5 400 000 5 500 000 5 400 000
Brazylia 910 000 910 000 85 000 123 000
Finlandia brak danych brak danych 14 000 13 000
Hiszpania brak danych brak danych brak danych 72 000
Irlandia brak danych brak danych brak danych 13 000
Kanada 360 000 360 000 255 600 1 073 000
Kongo brak danych brak danych brak danych 1 145 000
Chile 3 000 000 3 000 000 6 900 000 7 520 000
Chiny 1 100 000 1 100 000 3 350 000 6 173 000
Portugalia brak danych brak danych brak danych 10 000
Rosja brak danych brak danych 1 000 000 2 480 000
Serbia brak danych brak danych brak danych 957 000
USA 410 000 410 000 5 936 000 6 620 000
Zair brak danych brak danych 2 300 000 brak danych
Zimbabwe 27 000 27 000 56 700 57 000
Razem 11,4 mln 13,5 mln 28,5 mln 39,3 mln
Tabela 1: Szacowane zasoby litu na świecie w tonach według różnych źródeł

W [8] firma Chemetall podaje, że całkowite zasoby litu na świecie wynoszą 28 mln ton (ekwiwalent 150 mln ton węglanu litu), a zapotrzebowanie wynosi około 23 tys. ton (ekwiwalent 122 tys. ton węglanu litu). O zasobach 28 mln ton litu w bardzo różnej postaci mówi także źródło [12].

W źródle [9] zauważono, że jeszcze w wielu państwach na świecie nie oszacowano/nie ujawniono zasobów litu i w rzeczywistości mogą być one znacznie większe.

Ponadto możliwe, że lit będzie można pozyskiwać także przy okazji innych procesów przemysłowych. W źródle [11] wspomina się o możliwości pozyskiwania węglanu litu z wód geotermalnych w Kalifornii za pomocą nowej metody opracowanej przez firmę Simbol Mining i Lawrence Livermore National Laboratory.

Produkcja litu na świecie

Największymi producentami litu na świecie są: Chemetall (USA/Chile), SQM (Chile), Admiralty Resources (Australia i Ameryka Południowa) oraz CITIC Guoan Lithium (Chiny).

Roczna produkcja litu w tonach wg [3]
PaństwoProdukcja w 2007r.Produkcja w 2008r.
Argentyna 3 000 3 200
Australia 6 910 6 900
Boliwia 0 0
Brazylia 180 180
Kanada 707 710
Chile 11 100 12 000
Chiny 3 010 3 500
Portugalia 570 570
USA utajniono utajniono
Zimbabwe 300 300
Razem 25 800 27 400
Tabela 2: Roczna produkcja litu w tonach wg [3]

W źródle [3] utajniono produkcję litu w USA ze względu na to, że operuje tam tylko jedna firma i opublikowanie danych ponoć mogłoby być dla niej niekorzystne. Prawdopodobnie jednak produkcja w USA nie przekracza kilku procent światowej produkcji.

Źródło [9] podaje, że obecnie tylko około 20% wyprodukowanego litu jest wykorzystywane do produkcji akumulatorów (głównie dla urządzeń przenośnych).

W źródle [5] można znaleźć informacje, że Boliwia chciałaby w 2013/2014 uruchomić produkcję litu na poziomie 30 tys. ton rocznie (oraz produkować w kraju także akumulatory). Trudno obecnie przewidzieć, czy plan dojdzie do skutku, szczególnie że produkcja w innych krajach może zostać zwiększona znacznie mniejszym kosztem. Więcej na temat perspektyw wydobycia litu w Boliwii można przeczytać w interesujących artykułach [4] i [5].

W źródle [6] podaje się, że zasoby litu są niewystarczające, aby w dłuższej perspektywie móc produkować na skalę masową duże pakiety akumulatorów litowo-jonowych dla samochodów elektrycznych.

Recykling akumulatorów litowo-jonowych

Obecnie na świecie prowadzone są badania nad możliwością recyklingu akumulatorów litowo-jonowych na skalę masową. W źródle [8] firma Chemetall szacuje, że w wyniku recyklingu można będzie odzyskać około 50% litu ze zużytego akumulatora litowo-jonowego.

Oznacza to, że po około 15 latach użytkowania pakietu akumulatorów (najpierw w pojeździe, a później jako stacjonarny magazyn energii) będzie można odzyskać połowę zawartego w nim litu. Wielokrotny recykling na przestrzeni 100 lat może pozwolić na przynajmniej dwukrotne wykorzystanie tego samego materiału.

Zapotrzebowanie na lit dla akumulatorów

Zależnie od typu akumulatora litowo-jonowego, a w zasadzie zastosowanej pary elektrochemicznej, można obliczyć minimalną zawartość litu przypadającą na 1 kWh zgromadzonej energii. Ponieważ zawartość litu jest proporcjonalna do pojemności ogniwa wyrażonej w Ah, łatwo zauważyć, że ogniwa o wyższym napięciu średnim będą zawierały mniej litu w przeliczeniu na jednostkę zgromadzonej energii (energia w Wh to iloczyn pojemności ogniwa w Ah i napięcia średniego w V).

Minimalne zawartości litu obliczone dla przykładowych akumulatorów litowo-jonowych
Materiał katodyNapięcie [V]Zawartość litu przypadająca na 1 kWh [kg / kWh]
LiFePO4 3,2 0,081
LiCoO2 3,6 0,072
LiMn2O4 3,7 0,070
Tabela 3: Minimalne zawartości litu obliczone dla przykładowych akumulatorów litowo-jonowych

W rzeczywistości jednak ilość litu w akumulatorach jest znacznie większa niż minimalna w idealnym akumulatorze (około dwukrotnie większa).

W [16] podaje się, że pakiet akumulatorów litowo-jonowych firmy AESC dla samochodów elektrycznych Renault Fluence Z.E. i Renault Kangoo Express Z.E. o pojemności 20 kWh zawiera jedynie 3 kg litu. Oznacza to mniej więcej 0,15 kg litu na 1 kWh energii.

W prezentacji firmy Chemetall [8] znajdują się podobne dane, mówiące że średnio akumulatory litowo-jonowe potrzebują około 0,6 kg węglanu litu na 1 kWh, czyli około 0,113 kg litu na 1 kWh.

W [5] można znaleźć przytoczoną wypowiedź prezesa firmy Ener1 (spółki matki producenta akumulatorów litowo-jonowych EnerDel), który powiedział że "Ilość litu w baterii litowo-jonowej jest bardzo mała w porównaniu z innymi substancjami – to tylko 3 do 4 procent naszych kosztów materiałowych." oraz "Do roku 2020 nie powinno być z nim problemów."

Zapotrzebowanie na akumulatory dla samochodów elektrycznych

W prezentacji [8] przeprowadzono obliczenia zapotrzebowania akumulatorów litowo-jonowych (a więc i litu) dla samochodów elektrycznych i hybrydowych mających 10% udział w rynku. Zależnie od wariantu, czy wśród tych 10% aut więcej jest samochodów elektrycznych ze średniej wielkości pakietami, czy hybrydowych z mniejszymi pakietami, litu powinno wystarczyć na 1000-1300 lat. Łatwo jednak zauważyć, że jeśli auta elektryczne będą miały większy udział w rynku (na przykład 50%) i będą wyposażone w pakiety większe niż skromne 25 kWh to zasoby litu wyczerpią się odpowiednio kilkakrotnie szybciej.

Źródło [9] powołuje się na analizy naukowców z Argonne National Laboratory, według których w 2030r. zapotrzebowanie na lit dla akumulatorów litowo-jonowych użytych w samochodach elektrycznych i hybrydowych sięgnie 28 000 ton, czyli wyniesie mniej więcej tyle ile cała obecna produkcja. Zarówno źródła [8] jak i [9] odnotowują, że dzięki recyklingowi akumulatorów zapotrzebowanie na produkcję litu po roku 2030r. nie będzie rosło już tak gwałtownie.

Poniżej znajduje się tabela, w której podjęto próbę oszacowania zapotrzebowania na akumulatory litowo-jonowe i lit w zależności od liczby samochodów elektrycznych.

Zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe i lit dla samochodów elektrycznych
Liczba aut elektrycznych [-] Śr. wielkość pakietu akumulatorów [kWh] Łączna energia zgromadzona w pakietach [kWh] Zapotrzebowanie na lit [t] (przy zał. 0,15 kg Li na 1 kWh)Zapotrzebowanie na lit [t] (przy zał. 0,11 kg Li na 1 kWh)
1 000 5 5 000 0,75 0,55
10 10 000 1,50 1,10
15 15 000 2,25 1,65
20 20 000 3,00 2,20
25 25 000 3,75 2,75
30 30 000 4,50 3,30
40 40 000 6,00 4,40
50 50 000 7,50 5,50
75 75 000 11,25 8,25
100 100 000 15,00 11,00
1 000 000 5 5 000 000 750 550
10 10 000 000 1 500 1 100
15 15 000 000 2 250 1 650
20 20 000 000 3 000 2 200
25 25 000 000 3 750 2 750
30 30 000 000 4 500 3 300
40 40 000 000 6 000 4 400
50 50 000 000 7 500 5 500
75 75 000 000 11 250 8 250
100 100 000 000 15 000 11 000
10 000 000 5 50 000 000 7 500 5 500
10 100 000 000 15 000 11 000
15 150 000 000 22 500 16 500
20 200 000 000 30 000 22 000
25 250 000 000 37 500 27 500
30 300 000 000 45 000 33 000
40 400 000 000 60 000 44 000
50 500 000 000 75 000 55 000
75 750 000 000 112 500 82 500
100 1 000 000 000 150 000 110 000
Tabela 4: Zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe i lit dla samochodów elektrycznych

Studiując Tabelę 4 można zauważyć, że roczna produkcja miliona samochodów elektrycznych z niewielkimi pakietami 20 kWh będzie skutkowała zapotrzebowaniem na lit w wysokości 2-3 tys. ton (co stanowi około 10% obecnej produkcji).

Jeśli kiedykolwiek w przyszłości roczna produkcja aut elektrycznych z pakietami 50 kWh sięgnie 10 mln aut, zapotrzebowanie na lit wyniesie 55-75 tys. ton (przy czym potencjalnie po kilkunastu latach około połowa zostanie odzyskana ze zużytych akumulatorów). Pakiet o pojemności nieco ponad 50 kWh ma na przykład samochód elektryczny Tesla Roadster.

Gdybyśmy chcieli produkować 10 mln samochodów elektrycznych o zasięgu przynajmniej 500 km (z pakietami 100 kWh) to zapotrzebowanie na lit sięgnie 110-150 tys. ton. Oznacza to, że produkcja litu tylko dla pojazdów elektrycznych będzie 4-5x większa od obecnej, zaspokajającej wszystkie potrzeby świata. Pakiet gromadzący niecałe 100 kWh energii elektrycznej będzie miała najdroższa wersja samochodu elektrycznego Tesla Model S.

Zużywając 150-200 tys. ton litu rocznie i zakładając jego zasoby na 15 mln ton (nieco więcej niż podają źródła [3] i [6]) wystarczy go na 75-100 lat. Jeśli założymy wielkość zasobów litu na 30 lub 40 mln ton (wg źródeł [12] i [15]) to z pewnością nie zdołamy go zużyć przez 100 albo i 200 lat produkując samochody elektryczne z pakietami akumulatorów litowo-jonowych 100 kWh.

Podsumowanie

Do tej pory na świecie nie prowadzono szczególnie intensywnych poszukiwań litu ze względu na to, że obecna jego produkcja w stosunku do znanych rezerw jest niewielka. Możliwe, że w przyszłości zostanie potwierdzonych nie kilkanaście, lecz kilkadziesiąt milionów ton litu, występującego w różnych postaciach i koncentracjach (co będzie oczywiście decydowało o opłacalności jego wydobycia).

Do czasu nim produkcja samochodów elektrycznych, wyposażonych we względnie duże pakiety akumulatorów, osiągnie skalę miliona aut rocznie, prawdopodobnie ulepszona zostanie także technologia produkcji akumulatorów (być może zmniejszy się zawartość litu na jednostkę pojemności) oraz opracowane zostaną nowe metody ich recyklingu, co pozwoli odzyskać przynajmniej 50% litu.

Ponadto nie ma pewności, że akumulatory litowo-jonowe zdominują rynek na dłużej niż kilkadziesiąt lat. Nie można również wykluczyć, że będą one stosowane równolegle z innymi typami akumulatorów, w których lit nie występuje.

Biorąc pod uwagę powyższe, należy stwierdzić, że zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe i lit będzie w najbliższych latach wzrastać w dużej mierze ze względu na rosnącą liczbę samochodów elektrycznych i hybrydowych. Niemniej jednak ilość zasobów litu na świecie nie powinna spędzać nam snu z powiek. Era samochodów elektrycznych ma bowiem szanse trwać znacznie dłużej niż era aut spalinowych.



Specjalne podziękowania za pomoc w przygotowaniu artykułu dla yarrossa

Źródła

Komentarze (5)

Możliwość dodawania komentarzy jest dostępna jedynie dla zarejestrowanych użytkowników.

  • Graf

Ponieważ artykuł dotyczy dalekiej przyszłości, a w fazie wdrożenia są nowe metody pozyskiwania biopaliw (algi), można przypuszczać, że w dającej przewidzieć się perspektywie pojazd elektryczny będzie współistniał z pojazdem spalinowym. O nastaniu takiej czy innej ery w motoryzacji zdecydują i tak względy ekonomiczne.
  • butz

@Graf
Z jakich surowców miałby być produkowany ten alkohol, aby mógł być wytworzony w ilościach, które znacząco wpłynęłyby na branże transportową?
  • Graf

W ostatnim zdaniu powyższego artykułu jego autor nie bierze pod uwagę zastosowania alkoholu etylowego i butylowego do napędu środków transportu.
  • BL-50

bardzo ciekawy artykuł. Szkoda, że w Polsce nie prowadzi się badań w tym kierunku, przynajmniej nic mi na ten temat nie wiadomo. Na pewno w kopalniach soli występuje również lit, i może warto byłoby coś na ten temat napisać. Wydaje mi się, że w Polsce produkuje się smary litowe, (np słynny ŁT-4), które były chyba produkowane na bazie polskiego litu.
  • leon

na świecie w 2010 roku wyprodukowano 78 mln pojazdów [1] a skoro auta elektryczne mają zastąpić spalinowe należy liczyć, że w perspektywie 25 lat produkowane będzie przynajmniej tyle samo aut elektrycznych co spalinowych obecnie, więc kolejnych źródeł szukać należało by już...

[1] http://www.autoinfo.pl/1-swiatowa-produkcja-samochodow-w-liczbach-2010