Hamarosan a lítium mozgatja a világot?

„A kőszén mozgatja a világot. A gyors haladás lelke őtőle jön; vasút, gőzhajó tőle kölcsönzi csodaerejét; minden gép, mely alkot, teremt, a kőszén által él…” – olvashatjuk Jókai Mór klasszikus sorait a Fekete gyémántok című regényében. A mű születése után közel másfél évszázaddal a párizsi székhelyű Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) kiadott „Renewables 2017” című tanulmánya pedig arról ad hírt, hogy 2016-ban a világon duplájára nőtt a fotovoltaikus áramtermelő kapacitás. A világon hónapról-hónapra egyre több, lítiumos-akkumulátorral működő elektromos autó talál gazdára. Talán nem túlzás azt állítani, hogy hamarosan a lítium mozgatja a világot.

Elektromos autók

2015-ben világszerte egy millió elektromos személyautót használtak, 2016-ban már két millió gurult az utakon. A növekedésben minden bizonnyal szerepet játszottak a különböző kormányok vásárlásösztönző programjai. A világon még így is csak a személygépkocsik 0,2 százaléka villanymeghajtású. Az elektromos mobilitásban Norvégia jár az élen, ahol az autók 29 százaléka elektromos meghajtású. Norvégiát követi a sorban Hollandia (6,4%), Svédország (3,4%), valamint Kína, Franciaország és Anglia (1,5-1,5%). Az IEA számításai szerint 2020 és 2025 között az elektromos autók száma elérheti a 40-70 millió darabot. Ezt az előrejelzést a Nemzetközi Energiaügynökség az egyes országok nemzeti célirányzataira és az autógyárak prognózisaira alapozza. Egyre többen vásárolják majd ezeket az autókat, amelyek egyre több kilométert tudnak megtenni egy feltöltéssel, lehetővé téve akár egy ország átszelését megállás nélkül.

Az indiai kormány azt tervezi, hogy a benzin- és dízel hajtású autókat végképp száműzik az utakról, 2030-ra csak elektromos autókkal közlekednek. Az elektromos autók egyre nagyobb teret hódítanak a világon, az előrejelzések szerint 2030-ra a mostani 1%-os szintről akár 30%-ra is növekedhet az arányuk az autók piacán.

Az IEA tanulmánya szerint a következő öt évben kétszeresére nő az elektromos járművek áramfogyasztása. 2022-re várhatóan ezer gigawattal nő majd a megújuló energiaforrásokra épülő áramtermelés, ami nagyjából a jelenleg aktív szenes áramtermelő kapacitás fele. 2017-ben 12 százalékkal több megújuló energiaforrásra épülő új áramtermelési kapacitást kapcsolnak hálózatra, mint tavaly, aminek többségét a fotovoltaikus (napelemes, PV) forrás teszi ki. A megújuló áramtermelési források növekedésének kétharmad részét három ország adja: Kína, India és az Amerikai Egyesült Államok. Földünk napelemes áramtermelési kapacitása 2022-re már meg fogja haladni India és Japán mai teljes áramtermelési kapacitását. A megújuló energiaforrásokra támaszkodó áramtermelés növelésében Kína élenjár, 2022-ig a 360 gigawattos globális kapacitásnövekedés 40 százalékát fogja adni. Kína már túlteljesítette a 2020-ra tervezett napelemes kapacitásnövelési célját is, de a szélerőművei által termelt elektromos energia mennyisége is több már, mint ahogyan azt előzetesen tervezte.

Lítium nélkül nem megy

Az elektromos autókat fejlesztő mérnökök számára a legnagyobb kihívás az elektromos motor meghajtásához szükséges villamos energia hatékony tárolása. Ezekben az autókban az energiát lítiumion-akkumulátorban tárolják. Számos kísérlet folyik a világon a biztonságos, a hosszabb élettartamú és a több áram tárolására alkalmas akkumulátorok kifejlesztésére. 2020-ban a világon a lítiumion-akkumulátorok 62%-át Kínában gyártják majd, de az Amerikai Egyesült Államok, Dél-Korea és Lengyelország is komoly piaci szereplő.

Egy kis kémia és fizika

A lítiumion-akkumulátorokban a töltés tárolásáról lítiumionok gondoskodnak, amelyek töltéskor a negatív, szénalapú elektródához, kisütéskor pedig a pozitív fém-oxid-elektródához vándorolnak. Az újratölthető lítiumion-akkumulátorok élettartama véges. Ennek az az oka, hogy az akkumulátor lemerülésekor lezárul egy töltésciklus, de a félig lemerült akkumulátor újratöltése is egy töltésciklust jelent, így idővel az akkumulátor kapacitása lassan csökken. Például a notebookhoz készített Li-ion-akkumulátoroknak általában 300 teljes töltésciklus után már kevesebb mint 80%-os a kapacitásuk. A nagyobb autógyártók is csak bonyolult eljárásokkal tudták nyolc év fölé tornászni a lítiumion-akkumulátorok életciklusát.

Az Apple magyarázata

A lítiumion-akkumulátort akkor töltheted, amikor csak szeretnéd. Nem kell megvárnod a teljesen lemerülését ahhoz, hogy újratölthesd. Az Apple lítiumion-akkumulátorai töltési ciklusokban működnek. Egy töltési ciklus akkor fejeződik be, amikor felhasználtál (lemerítettél) az akkumulátorkapacitás 100%-ának megfelelő mennyiséget, de nem feltétlenül egyetlen töltés alkalmával. Előfordulhat például, hogy egyik nap az akkumulátorkapacitás 75%-át használod fel, majd éjszaka teljesen újratöltöd. Ha a következő nap 25%-ot használsz fel, akkor felhasználtad összesen a 100%-ot, és a két nap használata összeadódik egyetlen töltési ciklussá. Egy ciklus befejezése több napig is tarthat. Bármilyen típusú akkumulátor kapacitása lecsökken bizonyos számú újratöltés után. A lítiumionos akkumulátorok esetében is minden teljes töltési ciklus során egy kicsit csökken a kapacitás. Az Apple lítiumion-akkumulátorai úgy lettek megtervezve, hogy eredeti kapacitásuk legalább 80%-át megőrizzék sok töltési cikluson át. Ezek a ciklusszámok termékenként eltérnek. (https://www.apple.com/hu/batteries/why-lithium-ion)

A lítium (Li) az alkálifémek közé tartozó kémiai elem, elnevezése a görög lithosz (=kő) szóból származik. Elemi állapotban lágy, ezüstfehér színű fém. A lítium a vágásfelületén fémesen csillog, de ha nedves levegővel érintkezik, akkor a korrodálódás miatt ezüstszürke, majd fekete lesz. A természetben csak vegyületeiben fordul elő. A lítium pegmatit ásványokban és (a lítiumion oldhatósága miatt) óceánokban található, ezért gyakran nyerik ki telített sósvízből és agyagból.

Fokozódik a lítium iránti kereslet

2013 óta a lítium ára duplájára nőtt a világon, mert egyre több akkumulátor készül. Az előrejelzések szerint az áremelkedés folytatódik, ugyanis a kereslettel nem tart lépést a kínálat. Jelenleg 9 000 USD a lítium tonnánkénti ára, de az előrejelzések szerint hónapokon belül meghaladhatja a 10 ezer dollárt is. További áremelkedésre lehet számítani, mert az elmúlt két évtizedben nem bukkantak jelentős lítium-lelőhelyre.

A világ legnagyobb lítium-termelői (2016)

1. Ausztrália (14 300 millió tonna)
2. Chile (12 000 millió tonna)
3. Argentína (5 700 millió tonna)

Bolívia, Argentína és Chile alkotják a „lítium háromszöget”. Argentína Salar del Hombre Muerto mellett jelentős lítium-készletek vannak, mennyiségük a becslések szerint legalább 75 évig elegendő.

4. Kína (2000 millió tonna)

Miközben Kínában a lítium előállítása nem számottevő, az elektromos járművek iparának köszönhetően a világ legnagyobb lítium-fogyasztója. 

5. Zimbabwe (900 millió tonna)

A magántulajdonban levő zimbabwei Bikita Minerals a világ legnagyobb ismert lítium-készletével rendelkezik. További kitermelők: Portugália, Brazília (200 millió tonna), USA.

A nehéz hozzáférhetőség miatt egyik országban sem fokozható a bányászat, kivételnek számít a kínai Tianqi Lithium és az amerikai Albemarle cég közös beruházása: hamarosan a duplájára növelik a kitermelést az ausztráliai Greenbushes lelőhelyen, így a világ lítium-termelésének 30 százaléka innen származik majd. A legnagyobb lítium-tartaléka Chilének, Kínának, Argentínának és Ausztráliának van.

A részvénypiac haszonélvezői

A részvénypiacokon a chilei Sociedad Quimica y Minera (SQM), és az amerikai Albemarle cég húz igazán nagy hasznot a lítium iránti növekvő keresletből (5. ábra). Az előbbi papírjait 110, az utóbbiét 70 százalékkal magasabb árfolyamon jegyezték október elején, mint január 1-jén. Az Albemarle az idei évre 2,90 és 3,05 milliárd dollár közötti nettó árbevételre számít, az egy részvényre jutó eredménye pedig 4,20 és 4,40 dollár között mozog.

Az olcsó kobalt és az emberi jogok

A kobalt szintén fontos nyersanyag, a természetben elemi állapotban nem fordul elő, csak vegyületeiben, a lítiumion-akkumulátorok elektródájaként használják, de megnöveli a lítium-ion akkumulátorok kapacitását is. A ritka fém tonnánkénti ára jelenleg 58 000–62 000 dollár között mozog. De az sem lehetetlen, hogy teljesen elszáll az ára: a világ kobaltkészletének 60%-a Kongóban van, a maradék nagyobbik részén pedig a Közép-afrikai Köztársaság és Zambia osztozik. Ezek viszont olyan fejlődő országok, amelyekben évtizedek óta polgárháborúk és békés időszakok váltják egymást. Egyre több világcég (például az Apple és a Tesla) próbál más beszállítókat találni, jelenleg Kanada az egyetlen alternatívájuk, ahol viszont jóval költségesebb a kobalt kitermelése.

Egyes számítások szerint 2020-ban a lítiumion-akkumulátoroknak már a 75%-a tartalmaz kobaltot. 2016-ban a világon 100 ezer tonna kobaltra volt szükség, ennek felét az elektromos autókban, okostelefonokban, hordozható számítógépekben és vezeték nélküli motoros szerszámokban használt akkumulátorok gyártására használtak.

A világ legnagyobb kobalttermelői (2016)

1. Kongói Demokratikus Köztársaság (66 000 millió tonna)

• A Kongói Demokratikus Köztársaság a Föld kobalttermelésének mintegy 53 százalékát adja. A szegény, életüket a kobalt bányászatából tengető emberek tízezrei mit sem sejtenek abból az őrületből, aminek a középpontjában az olcsó kobalt áll. Az újratölthető lítiumion-akkumulátorokhoz nélkülözhetetlen ásványi anyagát termelik ki, amit olyan vállalatok, mint az Apple, a Samsung és a nagyobb autógyártók használnak fel okostelefonok, laptopok és elektromos járművek gyártásához. A világ növekvő kobalt iránti keresletét kielégítő vállalatok bányászai gyakran veszélyes és embertelen körülmények között dolgoznak, közöttük sok a gyermek. Többségük kéziszerszámot használ, gyakorta biztonsági intézkedések nélkül dolgoznak. A kibányászott kobaltot először kereskedők vásárolják fel, akik eladják a Congo Dongfang bányászati társaságnak, ami a Zhejiang Huayou Cobalt bányásztársaság leányvállalata. Így kerül az anyag Kínába, ahol aztán tovább értékesítik az akkumulátor-gyártóknak, akik legyártják a lítiumion-akkumulátorokat.
• Az Amnesty International 87 egykori és jelenlegi kobaltbányásszal készített interjút, akik közül 17 kiskorú volt. A gyerekek azt mondták, hogy átlagosan 12 órát dolgoztak a bányákban, nehéz súlyokat cipelve, napi 1-2 dolláros fizetésért. Egy 14 éves fiú azt mesélte el, hogy voltak 24 órás váltások is az alagutakban. Egyes számítások szerint a Kongói Demokratikus Köztársaság bányáiban kb. 40 000 kiskorú dolgozik.
• Az Apple a jelentést követően megerősítette, hogy továbbra is zéró toleranciával viseltetnek a gyermekmunka felé, legyen szó bármelyik beszállítóról. „A gyermekmunkát soha nem tűrtük el a beszállítóinktól, és büszkék vagyunk arra, hogy úttörők lehetünk az iparágban, ami a munkavédelmet illeti. Most is tucatnyi beszállítót értékelünk, hogy megfelelnek-e a munka- és környezetvédelmi elvárásainknak, ami nekünk is lehetőséget biztosít, hogy érvényesítsük a fenntarthatósággal kapcsolatos álláspontunkat.” Ha az Apple fényt derít arra, hogy a beszállítója kiskorúakat foglalkoztatott, akkor az alábbi lépésekre kötelezi: (1) azonosítja a munkást, elősegíti és fizeti a biztonságos hazajutását; (2) fizeti a munkás oktatását, amit a gyerek vagy annak családja választ; (3) továbbra is kifizeti a dolgozó bérét; (4) ha eléri a törvényes korhatárt, amitől kezdve már dolgozhat, munkát ajánl neki.

2. Kína (7 700 millió tonna) – Az ázsiai ország a világ vezető finomított, magas tisztaságú kobalt előállítója, és az Amerikai Egyesült Államok legfőbb kobaltszállítója.

3. Kanada (7 300 millió tonna) – A kanadai kobalt főként a nikkel- és rézbányászat mellékterméke. Az elkövetkező években az ország termelése valószínűleg bővül, mert új lelőhelyeket tártak fel.

4. Oroszország (6 200 millió tonna) – Az ország az elkövetkező években jelentősen növelni fogja kobalttermelését.

5. Ausztrália (5 100 millió tonna) – Az ausztrál kobalt a réz és a nikkel bányászatának mellékterméke. Az ország nikkelbányái az ország nyugati részén találhatók, leginkább a Kalgoorlie-Leonara régió környékén.

Mit hoz a jövő?

Lítiumból, kobaltból, grafitból és nikkelből az elkövetkező évtizedben egyre többet szippant majd fel az autóipar. A freiburgi Öko-Institut szerint jobban oda kellene figyelni az elektromos autók akkumulátoraihoz szükséges nyersanyagok utánpótlására és az elhasznált akkumulátorok újrahasznosítására. A világon van elegendő ezekből a nyersanyagokból, azonban a kitermelésük üteme nem tud lépést tartani a felhasználásuk ütemével. Ez tükröződik a lítium és a kobalt árának növekedésében. A tanulmány szerint megoldást jelentene az akkumulátorok újrahasznosításának fejlesztése.

Előrejelzések szerint az elektromos járműveket legalább 2030-ig a lítiumion-alapú akkumulátorok látják majd el energiával. Ennek megfelelően a lítium iránti kereslet ötszörösére is nőhet, de bő egy évtized múlva kobaltból is kétszer annyit szippant majd fel a gazdaság, mint ma. Az elektromos autók fejlesztőinek még egy problémát kell megoldaniuk: a lemerült akkumulátorok gyors feltöltését.

A TANÍTÁSHOZ AJÁNLJUK

Kérdések, feladatok

1. Melyek az elektromos autók széle körű elterjedésének hátráltató tényezői?
2. Valóban környezetkímélők az elektromos autók? Mik az előnyeik és a hátrányaik? Érveljetek az elektromos autók használata ellen és mellett!
3. Magyarázd meg a lítium és a kobalt árának változását!
4. Hogyan jut olcsón Kína az afrikai kobalthoz? Mi a leányvállalat szerepe a nyersanyag kereskedelmében?
5. Honnan származnak az okostelefonodba épített alkatrészek alapanyagai? Ábrázold térképen!
6. Tanulmányozd a https://finance.yahoo.com/chart/ALB oldalon elérhető árfolyamváltozást! Mely ismert tőzsdei kifejezéseket találod a diagramon? Hasonlítsd össze az interaktív diagramon Albemarle (ALB) és a Sociedad Quimica y Minera (SQM) részvényeinek változását!
7. Melyek az elektromos autók elektromos energiával történő feltöltésének jelenlegi nehézségei?
8. Nézz utána, mely nyersanyagok és milyen arányban nyerhetők ki az elhasznált lítiumion-akkumulátorok újrahasznosításával!