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.

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).

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).

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.

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.