Drumul de la dependența de petrol la dependența de litiu. E o schimbare bună?

Lucrurile sunt cât se poate de clare: singura soluție de a stopa poluarea este de a renunța la combustibilii fosili (cărbuni, petrol, gaze). Ceea ce înseamnă că trebuie găsită o altă soluție pentru stocarea energiei. Momentan, litiul pare să fie cea mai bună soluție. Dar, oare, avem suficient litiu pentru a renunța la combustibilii fosili?

litiu productie dependenta - ecoprofit 0

Actualmente, societatea umană se bazează pe folosirea intensivă a combustibililor fosili: aproape 70% din energia produsă pe plan mondial folosește cărbuni, peste 90% din vehicule folosesc petrolul, iar circa 50% din necesarul de încălzire este asigurat de gaze. În aceste condiții, poluarea este pe un trend ascendent, iar efectele se anunță dintre cele mai dezastruoase, într-un viitor mai mult sau mai puțin îndepărtat (ori apropiat, nimeni nu poate estima exact).

litiu productie dependenta - ecoprofit 101
Energia regenerabilă trebuie stocată în multe cazuri. De aceea avem nevoie de baterii

Din fericire, există soluții alternative la combustibilii fosili: curentul electric se poate produce din energii regenerabile, iar vehiculele cu motoare pe benzină și motorină pot fi înlocuite cu mașini electrice. Însă și pentru stocarea curentului produs din energii regenerabile, și pentru propulsia vehiculelor electrice, avem nevoie de baterii.

Iar tehnologia cea mai populară la această oră este cea a bateriilor bazate pe litiu, în special cea a bateriilor litiu-ion. Despre zăcămintele de cărbuni, petrol sau gaze știm că se vor termina la un moment dat – rezervele de petrol se estimează că sunt primele care se vor epuiza, din cauza consumului foarte ridicat. Ceea ce ridică o întrebare importantă: cum stăm cu rezervele de litiu, dacă aceasta este soluția de înlocuire a combustibililor fosili?

Cum se obține litiul?

Litiul se obține prin două căi: prin extragerea din minerale sau prin extragerea din sarea marină.

litiu productie dependenta - ecoprofit 102
Obținerea litiului din minerit este soluția mai poluantă și mai scumpă

În primul caz, litiul este combinat în principal cu aluminiu, silicon și oxigen, deci se obține oarecum convențional, exploatând mine unde se găsesc așa numitele minerale spodumenă sau petalită/castorită. Extragerea litiului din aceste minerale presupune mai întâi încălzirea acestor minerale la temperaturi foarte ridicate (circa 1.000 de grade Celsius), pentru a le putea disocia. Apoi se obține clorura de litiu prin procese care implică utilizarea de acid sulfuric sau acid clorhidric. Din păcate, aceste etape sunt poluante, deci, pentru a afecta mediul cât mai puțin, sunt necesare costuri mai ridicate pentru controlul proceselor și izolarea chimicalelor.

litiu productie dependenta - ecoprofit 103
Obținerea litiului în ”salinele” speciale e ieftină și nu dăunează mediului, dar durează mult

În al doilea caz, se utilizează sarea din apa de mare, care conține în mod natural clorură de litiu. În spații special amenajate se stochează această apă sărată, care necesită perioade lungi, de circa un an, pentru evaporarea lichidului. Apoi se îndepărtează magneziul și alte elemente cu ajutorul varului și astfel rămâne clorura de litiu.

Față de soluția mineritului, soluția extragerii din apa sărată este nepoluantă, dar prezintă dezavantajul unei durate mult mai lungi de timp în care se poate obține o anumită cantitate de litiu.

Ca o paranteză, dacă stăm să comparăm procesele de extracție și producere a carburanților din petrol cu cele în urma cărora litiul ajunge în baterii, gradul de poluare și efectele negative asupra mediului sunt mult mai reduse în al doilea caz. Așa încât gradul de poluare al bateriilor bazate pe litiu, una dintre principalele acuzații la adresa mașinilor electrice, este, de fapt, insignifiant față de arderea carburanților în motoarele convenționale.

Cât de mari sunt rezervele de litiu?

litiu productie dependenta - ecoprofit 104Conform celor mai recente statistici ale Institutului American de Geologie, rezervele de litiu sunt estimate la circa 13,5 milioane de tone pe plan mondial. Însă această valoare ia în considerare în principal minereurile de litiu, deoarece o estimare realistă a litiului extras din sarea de mare este aproape imposibilă. Dacă la începutul anilor ’90 aproape tot litiul era extras prin metoda salină, în ultimii ani cererea explozivă a dus la creșterea exploatării în mine. Așa că, în 2014,, 50% din litiul comercializat în lume provenea din mine, așa încât costul mai mare de producție explică în parte și creșterea de circa 1,5 USD/kg, survenită în ultimii 5 ani.

În ce privește resursele de litiu, se estimează că, la nivel global, acestea totalizează 40 de milioane de tone de minereu. Iată care sunt țările care se estimează că au cele mai bogate rezerve de litiu:

litiu productie dependenta - ecoprofit 2
Două treimi din rezervele de litiu pe plan mondial sunt localizate în America de Sud

În teorie, resursele de litiu sunt arhisuficiente și ar putea fi exploatate pentru următorii 350 de ani, dacă producția globală s-ar situa la circa 40.000 de tone anual. Însă trendul producției se estimează că va crește de la 5-6% pe an până acum la peste 8-10% până în 2025. Poate și mai mult, lucrurile evoluează extrem de repede.

O imagine mai clară privind producția de litiu din principalele țări în ultimii cinci ani avem mai jos:

litiu productie dependenta - ecoprofit 3
SURSA FOTO: Statista

Cât de mare este consumul de litiu?

Ei bine, aici am ajuns la miezul problemei. Litiul este utilizat într-o mulțime de aplicații, nu doar în baterii. O imagine mai clară a destinației litiului în 2014 avem în graficul de mai jos:

litiu productie dependenta - ecoprofit 4
Domeniile de utilizare a litiului în 2014 (sursa foto: USGS)

De fapt, 2014 a fost primul an în care bateriile au depășit 30% din utilizarea totală a litiului. Vorbim de bateriile pentru laptopuri, smartphone-uri și alte device-uri mobile, pentru mașini electrice și hibride, dar și pentru alte tipuri de vehicule electrice (biciclete și scutere), precum și pentru soluțiile de stocare a energiei din sectorul rezidențial.

litiu productie dependenta - ecoprofit 105
Bateriile pentru device-urile mobile sunt cele mai numeroase

Nu doar atât: față de 2010, când s-au folosit circa 6.500 de tone de litiu pentru baterii, în 2014 au fost necesare peste 11.000 de tone de litiu – deci vorbim de o creștere de 70% în 5 ani (circa 14% pe an)! În condițiile în care creșterea cererii de baterii în anii următori este prognozată să ajungă chiar și la 50% pe an, rezultă că va fi nevoie de o cantitate mult mai mare de litiu.

Cea mai importantă influență în domeniul bateriilor bazate pe litiu o are Tesla, care în curând va pune în funcțiune prima Gigafactory, super-uzina care, până în 2020, ar trebui să asigure anual circa 500.000 de baterii pentru mașinile Tesla și pentru sistemele de stocare de energe Powerwall.

litiu productie dependenta - ecoprofit 106
Gigafactory va deveni cel mai mare consumator de litiu din lume

Necesarul de litiu pentru Gigafactory, dacă uzina ar lucra la capacitate maximă, ar fi de circa 25.000 de tone în fiecare an. Deci, în 2020, Gigafactory ar trebui să consume dublul cantității de litiu care a fost folosit în 2014 în toate bateriile din lume. La care se mai adaugă și creșterea cererii din partea celorlalți constructori auto, dar și din partea producătorilor de aparate electronice.

Conform lui Elon Musk, pentru a înlocui total cele un miliard de vehicule cu motoare cu ardere internă (deci propulsia pe bază de petrol) cu vehicule electrice (deci propulsie cu baterii), sunt necesare 200 de Gigafactory. Care, într-un an, ar însemna un consum de 5 milioane de tone de litiu! Cum rezervele mondiale de litiu sunt estimate acum la circa 40 de milioane de tone, cele 200 de Gigafactory ar epuiza resursele de litiu în doar 8 ani…

Deci vom epuiza total litiul?

Spre deosebire de carburanții obținuți din petrol, care se consumă pur și simplu prin ardere, producând și poluarea atmosferei, litiul din baterii este reciclabil în proporție de aproape 100%. Apar, însă, niște probleme: recuperarea litiului din bateriile uzate costă acum de 5 ori mai mult decât producerea lui prin metoda salină. Iar conținutul de litiu din bateriile litiu-ion este, în mod neașteptat, foarte redus: maximum 3%.

Reciclarea bateriilor cu litiu va rezolva, în mare parte, problema resurselor limitate de litiu

De fapt, în acest moment cele mai multe firme care se ocupă de reciclarea bateriilor litiu-ion câștigă mai mult din recuperarea altor materiale rare, precum cobaltul, cadmiul sau nichelul. Însă, odată cu creșterea masivă a cererii pentru litiu, reciclarea lui va deveni mult mai importantă, în primul rând pentru producătorii de baterii. Care este foarte probabil să creeze cicluri proprii de preluare a bateriilor uzate, în acest fel fiind mai puțin dependenți de furnizorii externi de materie primă.

Pe de altă parte, în anumite domenii se poate recurge și la înlocuirea litiului cu alte materiale. De exemplu, în cazul lubrifianților, litiul poate fi substituit cu suspensii de calciu sau aluminiu. În cazul ceramicii și al sticlei, se pot utiliza fluxuri de sodiu și potasiu, iar aliajelor de tip aluminiu-litiu din structura materialelor compozite le pot lua locul fibrele polimerice.

În ce privește bateriile, anodul poate fi realizat din calciu, magneziu, mercur sau zinc. Este adevărat, și acestea sunt materiale care nu se găsesc din abundență, dar se poate ajunge la un echilibru din punct de vedere tehnologic astfel încât să se evite epuizarea resurselor de litiu.

Vom deveni dependenți de litiu?

Față de tehnologia actuală, bazată pe combustibilii fosili, noile tehnologii alternative sunt mai flexibile, iar gradul de inovație este mult mai mare. Practic, la fiecare maximum 3-5 ani o anumită tehnologie primește îmbunătățiri majore, dar apar și soluții alternative pentru tehnologia respectivă.

litiu productie dependenta - ecoprofit 107
Bateria solidă va crește autonomia și va fi mai sigură

În cazul bateriilor bazate pe litiu, marea evoluție va consta din trecerea de la bateria cu electrolit lichid la bateria solidă. Aceasta rezolvă problema instabilității la creșterea temperaturii a electrolitului lichid, dar promite și o reducere a gabaritului și a cantității de materiale necesare pentru construcție.

În același timp, lumea transporturilor se schimbă radical. Deși acum ideea de automobil personal este dominantă (iar în țările în puternică dezvoltare, precum China sau India, numărul autoturismelor crește exploziv), pe viitor se estimează că, până în 2030, paradigma se va schimba complet datorită mașinilor autonome și a sistemelor de tip car-sharing.

litiu productie dependenta - ecoprofit 108
Mașinile autonome vor schima total lumea transporturilor și eficiența bateriilor

Adică eficiența în transporturi va crește într-o asemenea măsură, încât nu va mai fi necear un număr așa de mare de baterii, cum se estimează acum în cazurile pesimiste. Deci și necesarul de litiu va rămâne în limite rezonabile. Rămâne, însă, un destul de mare semn de întrebare referitor la situația geo-politică: cum resursele de litiu sunt concentrate în câteva zone bine definit pe glob, există riscul repetării istoriei conflictelor cauzate de goana după resurse.

Una dintre ipoteze este aceea că țările care dețin cele mai multe resurse de litiu vor forma o alianță după modelul OPEC, al marilor țări producătoare de petrol. Iar această alianță (să-i spunem LPEC – Lithium Producing and Exporting Countries) ar putea avea un rol hotărâtor privind domeniul energetic mondial.

O lume fără petrol și poluare este mai bună, iar litiul este soluția

Cel mai probabil, LPEC ar fi formată din Chile, Argentina și Bolivia, cărora li s-ar alătura fără probleme China și Rusia. Adică LPEC ar deveni un pol total opus de putere față de OPEC, unde lider este SUA, alături de țările arabe, Canada și Norvegia. Iar, pe fondul noilor probleme legate de poluare (practic, încălzirea globală devine ”dușmanul” comun al tuturor națiunilor), alianțele, strategiile și parteneriatele geopolitice vor arăta cu totul altfel. În opinia multora, mai bine decât acum.

Cu alte cuvinte, trecerea de la o societate dependentă de petrol la una oarecum dependentă de litiu ar fi un pas nesperat de bun pe care l-ar face omenirea. Mai ales într-un moment de cumpănă, în care puterile lumii par, în sfârșit, să realizeze efectele negative ale dependenței de până acum de combustibilii fosili. Evident, lucrurile nu se vor schimba peste noapte, iar tranziția va dura cel puțin două decenii. Timp în care putem să ne obișnuim cu ideea că, în sfârșit, facem un mare pas înainte.