Сибкрай.ru

Для глобального перехода на «зеленую энергетику» миру элементарно не хватит металла

Для глобального перехода на «зеленую энергетику» миру элементарно не хватит металла

Потребность Европы в некоторых металлах вырастет в несколько раз по мере того, как страны будут корректировать свою экономику и достигать климатических целей в ближайшие десятилетия, что создает риск их нехватки, пишет Aftenposten.

К такому выводу пришли аналитики бельгийского университета KU Leuven, которые провели исследование по заказу европейской отраслевой ассоциации производителей металлов Eurometaux.

По прогнозам экспертов, потребность Европы к 2050 году в литии будет выше в 35 раз, в кобальте в 3,5 раза, а в редкоземельных элементах — в 3-6 раза. Эти металлы используются во всем, от электромобилей до возобновляемых источников энергии.

Европе к этому году также потребуется 1,5 млн тонн меди, что на 35% больше, чем сегодня, 4,5 млн тонн алюминия (+33%), 400 тыс. тонн никеля (+50%), 300 тыс. тонн цинка (+10-15%), 200 тыс. тонн кремния (45%).

«Европа должна в ближайшее время решить, как преодолеть надвигающийся разрыв в поставках первичных металлов для перехода к «зеленой» экономике», — заявила в пресс-релизе ведущий автор исследования Лисбет Грегуар.

В докладе также отмечается, что Европа может покрыть спрос на металл за счет увеличения собственного производства до 2040 года в дополнение к увеличению импорта.

Ранее Международное энергетическое агентство предупреждало, что мировые климатические амбиции несоизмеримы с поставками необходимых полезных ископаемых.

Ключевой вопрос всей «зеленой» энергетики: мы можем улучшить экологию с помощью внедрения солнечных батарей, однако в основе этих батарей будут литий и кобальт.

Эти металлы содержатся и в организме человека, и в природе, но в микродозах. А вот их добыча и последующая переработка на сегодняшний день порождают серьезные проблемы, они способны отравить большие территории.

Литий — наиболее легкий метал, третий элемент таблицы Менделеева, используемый в производстве всех аккумуляторных батарей для современных мобильных телефонов, портативных компьютеров и электромобилей. При неправильной эксплуатации литий, содержащийся в аккумуляторах, может попасть в атмосферу, а также самопроизвольно вступать в реакции с кислородом в воздухе и воспламеняться.

Во всем мире применяются разные технологии по их переработке, в том числе с получением вторичных материалов. Одним из технологических этапов является криогенная обработка для снятия остаточного заряда, который может сохраниться в батарее, рассказал Forbes президент ГК Корпорация «ГазЭнергоСтрой» Сергей Чернин. После этого использованные батареи помещают в специальные мельницы, там их дробят и выделяют металлы (алюминий, медь и сталь), из которых они состоят. Затем из камер батарей извлекают литий путем помещения их в ванны с едкими соединениями, растворяющими соли лития, которые отфильтровывают и используют в производстве карбоната лития (применяется в пиротехнике, производстве стекол и пластмасс). А оставшиеся побочные продукты могут применяться для восстановления кобальта, входящего в состав электродов.

Стоимость переработки литиевых аккумуляторов в России, по данным «ГазЭнергоСтрой», составляет от 600 до 2000 рублей за килограмм. Но существующие способы пока не получили широкого распространения, в том числе из-за технологических особенностей, а также в связи с отсутствием массового спроса на данные услуги и формированием партий отходов, приемлемых для промышленной переработки.

Однако вопрос переработки с последующим использованием лития стоит довольно остро: если в 2011 году, по данным Геологической службы США (USGS), на источники тока расходовалось 27% добытого лития (при этом на первом месте было производство керамики и стекла — 29%), то в 2017 году на производство батарей и аккумуляторов ушло уже 46% всего металла. С ростом индустрии электромобилей эти показатели продолжат расти. По подсчетам USGS, в 2017 году в мире добыли 43 000 т лития из 53 млн т мировых запасов.

Вторая проблема — кобальт. Проректор по исследованиям «Сколтеха», директор Центра электрохимического хранения энергии профессор Кит Стивенсон в беседе с Forbes отметил, что возможно это еще более важный материал для возобновляемой энергетики, хотя обычно все обращают внимание только на литий. Кобальта на планете меньше — около 7 млн т, а добывать его сложнее: он почти не разрабатывается в чистом виде, а все месторождения содержат его в виде примесей к меди, никелю, мышьяку или серебру. На сегодняшний день 63% этого металла добываются в Демократической Республике Конго, где на приисках работают в основном дети, что создает этические проблемы для потребителей аккумуляторов.

По данным Международного энергетического агентства, к 2040 году число электромобилей в мире вырастет примерно до 40 млн. Если учитывать, что на один аккумулятор для электромобиля уходит около 20 кг кобальта, то лишь на эту сферу уйдет 800 000 т металла. Сколько будет произведено к этому времени смартфонов и другой вычислительной техники, даже приблизительно трудно предсказать.

Стивенсон отметил, что только за последний год кобальт подорожал в 2,5 раза: цена выросла с $33 200 за тонну до $75 000. Крупнейшая в мире компания по добыче кобальта — швейцарская Glencore. Она добывает в год примерно столько же, сколько все независимые горняки, китайские компании, такие как China Molybdenum и Zhejiang Huayou, а также другие небольшие производители — около 30 000 т в год.

Однако, даже Glencore продает добытый металл китайским компаниям, которые, в свою очередь, перепродают его технологическим гигантам в виде аккумуляторов. Благодаря высокому спросу на аккумуляторы такого типа, Китай сумел установить контроль над мировым кобальтовым и литиевым рынками.

В дальнейшем ситуация может только усугубиться, причем не только в экологическом, но и в экономическом плане. Поэтому ученые во всем мире пытаются предложить альтернативу. Есть как безаккумуляторные способы запасания энергии. Например, подъем мешков с землей или закачка воды и получение энергии при последующем высвобождении их запасенной потенциальной энергии. Или новые виды аккумуляторов, но они еще в процессе разработки, и большинство из них также использует литий.

Одной из «зеленых» альтернатив аккумуляторам служат водородные двигатели. Использовав энергию солнца для разделения воды на кислород и водород, потом можно сжечь последний и вернуть затраченную энергию, а в качестве выхлопов будет только вода. Однако, пока это слишком затратный и недостаточно эффективный способ.

В настоящее время альтернативой могут служить кислотные и щелочные аккумуляторы, однако они нетехнологичны и еще менее экологичны: обладают существенно меньшим ресурсом и плотностью энергии, а значит большими габаритами и весом. Некоторые типы нелитиевых аккумуляторов негерметичны и требуют обслуживания или обладают длительным временем зарядки, требуют специального оборудования для аккумуляторных помещений. Такие батареи имеют в несколько раз меньший срок службы и при этом часто содержат в своем составе тяжелые металлы (к которым относится и кобальт). Еще одним элементом аккумуляторов будущего может стать никель: его больше (мировые запасы оцениваются в 300 млн т), и он (пока) дешевле ($12 600 за тонну).

Потребность Европы в некоторых металлах вырастет в несколько раз по мере того, как страны будут корректировать свою экономику и достигать климатических целей в ближайшие десятилетия, что создает риск их нехватки, пишет Aftenposten.

К такому выводу пришли аналитики бельгийского университета KU Leuven, которые провели исследование по заказу европейской отраслевой ассоциации производителей металлов Eurometaux.

По прогнозам экспертов, потребность Европы к 2050 году в литии будет выше в 35 раз, в кобальте в 3,5 раза, а в редкоземельных элементах — в 3-6 раза. Эти металлы используются во всем, от электромобилей до возобновляемых источников энергии.

Европе к этому году также потребуется 1,5 млн тонн меди, что на 35% больше, чем сегодня, 4,5 млн тонн алюминия (+33%), 400 тыс. тонн никеля (+50%), 300 тыс. тонн цинка (+10-15%), 200 тыс. тонн кремния (45%).

«Европа должна в ближайшее время решить, как преодолеть надвигающийся разрыв в поставках первичных металлов для перехода к «зеленой» экономике», — заявила в пресс-релизе ведущий автор исследования Лисбет Грегуар.

В докладе также отмечается, что Европа может покрыть спрос на металл за счет увеличения собственного производства до 2040 года в дополнение к увеличению импорта.

Ранее Международное энергетическое агентство предупреждало, что мировые климатические амбиции несоизмеримы с поставками необходимых полезных ископаемых.

Ключевой вопрос всей «зеленой» энергетики: мы можем улучшить экологию с помощью внедрения солнечных батарей, однако в основе этих батарей будут литий и кобальт.

Эти металлы содержатся и в организме человека, и в природе, но в микродозах. А вот их добыча и последующая переработка на сегодняшний день порождают серьезные проблемы, они способны отравить большие территории.

Литий — наиболее легкий метал, третий элемент таблицы Менделеева, используемый в производстве всех аккумуляторных батарей для современных мобильных телефонов, портативных компьютеров и электромобилей. При неправильной эксплуатации литий, содержащийся в аккумуляторах, может попасть в атмосферу, а также самопроизвольно вступать в реакции с кислородом в воздухе и воспламеняться.

Во всем мире применяются разные технологии по их переработке, в том числе с получением вторичных материалов. Одним из технологических этапов является криогенная обработка для снятия остаточного заряда, который может сохраниться в батарее, рассказал Forbes президент ГК Корпорация «ГазЭнергоСтрой» Сергей Чернин. После этого использованные батареи помещают в специальные мельницы, там их дробят и выделяют металлы (алюминий, медь и сталь), из которых они состоят. Затем из камер батарей извлекают литий путем помещения их в ванны с едкими соединениями, растворяющими соли лития, которые отфильтровывают и используют в производстве карбоната лития (применяется в пиротехнике, производстве стекол и пластмасс). А оставшиеся побочные продукты могут применяться для восстановления кобальта, входящего в состав электродов.

Стоимость переработки литиевых аккумуляторов в России, по данным «ГазЭнергоСтрой», составляет от 600 до 2000 рублей за килограмм. Но существующие способы пока не получили широкого распространения, в том числе из-за технологических особенностей, а также в связи с отсутствием массового спроса на данные услуги и формированием партий отходов, приемлемых для промышленной переработки.

Однако вопрос переработки с последующим использованием лития стоит довольно остро: если в 2011 году, по данным Геологической службы США (USGS), на источники тока расходовалось 27% добытого лития (при этом на первом месте было производство керамики и стекла — 29%), то в 2017 году на производство батарей и аккумуляторов ушло уже 46% всего металла. С ростом индустрии электромобилей эти показатели продолжат расти. По подсчетам USGS, в 2017 году в мире добыли 43 000 т лития из 53 млн т мировых запасов.

Вторая проблема — кобальт. Проректор по исследованиям «Сколтеха», директор Центра электрохимического хранения энергии профессор Кит Стивенсон в беседе с Forbes отметил, что возможно это еще более важный материал для возобновляемой энергетики, хотя обычно все обращают внимание только на литий. Кобальта на планете меньше — около 7 млн т, а добывать его сложнее: он почти не разрабатывается в чистом виде, а все месторождения содержат его в виде примесей к меди, никелю, мышьяку или серебру. На сегодняшний день 63% этого металла добываются в Демократической Республике Конго, где на приисках работают в основном дети, что создает этические проблемы для потребителей аккумуляторов.

По данным Международного энергетического агентства, к 2040 году число электромобилей в мире вырастет примерно до 40 млн. Если учитывать, что на один аккумулятор для электромобиля уходит около 20 кг кобальта, то лишь на эту сферу уйдет 800 000 т металла. Сколько будет произведено к этому времени смартфонов и другой вычислительной техники, даже приблизительно трудно предсказать.

Стивенсон отметил, что только за последний год кобальт подорожал в 2,5 раза: цена выросла с $33 200 за тонну до $75 000. Крупнейшая в мире компания по добыче кобальта — швейцарская Glencore. Она добывает в год примерно столько же, сколько все независимые горняки, китайские компании, такие как China Molybdenum и Zhejiang Huayou, а также другие небольшие производители — около 30 000 т в год.

Однако, даже Glencore продает добытый металл китайским компаниям, которые, в свою очередь, перепродают его технологическим гигантам в виде аккумуляторов. Благодаря высокому спросу на аккумуляторы такого типа, Китай сумел установить контроль над мировым кобальтовым и литиевым рынками.

В дальнейшем ситуация может только усугубиться, причем не только в экологическом, но и в экономическом плане. Поэтому ученые во всем мире пытаются предложить альтернативу. Есть как безаккумуляторные способы запасания энергии. Например, подъем мешков с землей или закачка воды и получение энергии при последующем высвобождении их запасенной потенциальной энергии. Или новые виды аккумуляторов, но они еще в процессе разработки, и большинство из них также использует литий.

Одной из «зеленых» альтернатив аккумуляторам служат водородные двигатели. Использовав энергию солнца для разделения воды на кислород и водород, потом можно сжечь последний и вернуть затраченную энергию, а в качестве выхлопов будет только вода. Однако, пока это слишком затратный и недостаточно эффективный способ.

В настоящее время альтернативой могут служить кислотные и щелочные аккумуляторы, однако они нетехнологичны и еще менее экологичны: обладают существенно меньшим ресурсом и плотностью энергии, а значит большими габаритами и весом. Некоторые типы нелитиевых аккумуляторов негерметичны и требуют обслуживания или обладают длительным временем зарядки, требуют специального оборудования для аккумуляторных помещений. Такие батареи имеют в несколько раз меньший срок службы и при этом часто содержат в своем составе тяжелые металлы (к которым относится и кобальт). Еще одним элементом аккумуляторов будущего может стать никель: его больше (мировые запасы оцениваются в 300 млн т), и он (пока) дешевле ($12 600 за тонну).



Читайте также