Аналитика - Актуальный вопрос

Третий элемент: битва за литий

11.05.22 12:42

Литий (Lithium) — химический элемент периодической системы Менделеева с атомным номером 3. Этот лёгкий и мягкий щелочной металл серебристого цвета даёт энергию мобильным телефонам, навигаторам и портативным компьютерам, а также используется для изготовления аккумуляторов для электромобилей.

Популярность литий-ионных систем хранения обусловлена тем, что по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторными батареями они позволяют в несколько раз быстрее накапливать и отдавать энергию, количество их циклов работы в три раза дольше, они компактны и не требуют обслуживания. Прогнозируется, что ежегодный спрос на литий-ионные батареи в ближайшие 10 лет вырастет в 10 раз и уже в 2031-м году составит более 2 тыс. ГВт*ч (2 ТВт*ч).

Электрифицированное будущее транспорта намного ближе, чем кажется. General Motors объявила, что планирует прекратить продажу автомобилей с бензиновым двигателем к 2035 году. Целью Audi является прекращение их производства к 2033 году, и многие другие крупные автомобильные концерны следуют их примеру. По данным Bloomberg, к 2040 году две трети мировых продаж легковых автомобилей будут приходиться на электрокары.

Цены на литий выросли в 5 раз за последний год.

Спрос стал значительно опережать предложение из-за нарушенных цепочек поставок во время пандемии. Усугубили ситуацию санкции против России в связи со специальной военной операцией на Украине.

Литиевая лихорадка

Крупнейшие в мире запасы лития находятся в Чили. В пустыне Атакама расположена череда бирюзовых водоемов: каждый из них напоминает огромный прямоугольный бассейн площадью 20 футбольных полей. Водоемы заполнены соляным раствором, выкачанным из подземных резервуаров. Получить литий из добытого раствора помогает палящее солнце пустыни: таким образом испаряется до 95% воды. Оставшийся раствор очищают с помощью химического процесса и отправляют полученное вещество производителям аккумуляторов.

Выпаривание лития в пустыне Атакама, Чили

В США из-за возросшего спроса на электромобили в технологию извлечения лития были вложены значительные средства. Миллионы долларов поступают не только от таких компаний, как General Motors, но и от Министерства энергетики США.

Сейчас основное внимание уделяется прямой экстракции лития (DLE). Эта технология направлена на извлечение лития из рассола с использованием фильтров и мембран. Хотя такие методы успешны, неясно, можно ли их масштабировать для коммерческого производства.

Технология DLE требует огромного количества питьевой воды и электричества. Прежде чем США смогут увеличить производство лития, потребуется четкий план. Поскольку ресурсы ограничены, это дает больше поводов для критики инвестиций в литий. Важным остается вопрос, способны ли США избавиться от зависимости от импорта лития из Аргентины, Чили, России и Китая?

В поисках геотермальных источников

Геотермальные технологии помогут извлечь большое количество лития, скрытого в природных горячих рассолах. По сути, это концентрированные солевые растворы, которые циркулируют в перегретых породах в таких местах, как Солтон-Си в Сан-Диего (Калифорния, США). Растворы улавливают многие элементы, содержащиеся в породе, в том числе литий.

С помощью этого метода решается ранее упомянутая проблема водоснабжения. Геотермальные электростанции используют тепло земли для производства пара. Это позволяет им запускать турбины, необходимые для производства электроэнергии.

Если текущие испытания пройдут успешно, 11 существующих ГеоЭС вдоль Солтон-Си могут производить достаточно металлического лития, чтобы удовлетворить весь спрос США 10 раз.

Наука прокладывает путь на рынок лития

Cypress Development Corp недавно объявила о результатах своего экспериментального завода по извлечению лития в долине Амаргоса, штат Невада. Литий, извлеченный с помощью ионного обмена, может похвастаться превосходной эффективностью разделения. При этом мажорные (основные) катионы (положительно заряженные ионы) превышали 98%. Результаты также показали предварительную степень извлечения от 83% до 85% в промытых хвостах.

Экстракция лития, выполненная с помощью процесса Lionex, составляет 98%. Возможно, наиболее важно то, что общее удаление примесей превысило 99%. Министр энергетики США Дженнифер Гранхольм отметила на конференции по энергетике в прошлом месяце, что технология DLE «меняет правила игры» и открывает «прекрасную возможность» для Соединенных Штатов.

Это не должно вызывать удивления у энергетических инсайдеров. Недавно компания Berkshire Hathaway Inc. Уоррена Баффета получила от Министерства энергетики США грант в размере 15 миллионов долларов США для тестирования технологии DLE. Опять же, местом проведения испытаний станет Солтон-Си в Калифорнии.

Исследования в Северной Америке

В 700 км от CentrePort Canada компания Snow Lake Lithium создает первую в мире полностью электрическую, полностью возобновляемую литиевую шахту. Тем временем компания Snow Lake Resources Ltd. заказала предварительное исследование для оценки предлагаемого создания завода по производству гидроксида лития в Южной Манитобе. Компания назвала исследование «стратегически важным шагом» на пути к созданию первого в Северной Америке полностью возобновляемого, полностью электрического и полностью интегрированного предприятия по переработке лития.

Начиная с этого месяца, исследование ускорит переход компании к коммерческому производству лития. Возможно, исследование определит технологии, инновации, навыки и потенциальных партнеров, необходимых для создания завода по производству гидроксида лития мирового класса в Манитобе.

Ожидается, что создание завода по производству гидроксида лития сильно повлияет на промышленность Северной Америки. В частности, это позволит интегрировать внутренние поставки важнейшего ресурса компаниям, производящим электромобили.

В ожидании будущего

Предполагаемые ресурсы Snow Lake Lithium в настоящее время составляют 11,1 млн метрических тонн при 1% Li₂O. У рудника есть дальнейшие планы по расширению своих ресурсов на основе текущей активной буровой кампании.

Упомянутое выше предварительное исследование началось в апреле 2022 года и должно быть завершено к весне 2023 года. Тем временем Snow Lake Lithium продолжит свою инженерную оценку и программу бурения на своем участке литиевого проекта Thompson Brothers. Руководство компании ожидает, что рудник перейдет на коммерческую добычу в конце 2024 года.

Акции крупнейших литиевых компаний подорожали вдвое за последний год

Sociedad Química y Minera de Chile подписала девятилетнее соглашение о поставках карбоната и гидроксида лития с LG Energy Solution, поставщиком аккумуляторов для Tesla и GM. Чилийская компания сообщила об увеличении капитала до $1,1 млрд, большая часть которого будет направлена на расширение производства карбоната лития. Ожидается, что в долгосрочной перспективе литиевая промышленность будет расти примерно на 20% в год, чему способствует рост продаж электромобилей и реализация задач по сокращению выбросов углерода в разных странах.

Albemarle Corporation из американской Северной Каролины объявила о планах расширения и долгосрочных контрактах по поставкам, полагая, что революция на рынке электромобилей и энергетический переход только начинаются. Albemarle намерена привлечь $1,3 млрд с помощью IPO — эти средства будут инвестированы в развитие литиевых производств в Сильвер-Пике (Невада), а также в Австралии, Чили и, возможно, в Китае.

Крупнейшие производители лития готовятся к растущему спросу на электромобили, который теперь формирует не только Tesla и GM, но и китайские стартапы. Компания NIO Limited, еще недавно находившаяся на грани банкротства, представила пару новых моделей, которые способны конкурировать с Tesla.

Ключевым фактором литиевого бума пока остаются автопроизводители, но они уже демонстрируют иные возможности применения литиевых автомобилей, помимо непосредственного источника энергии для электрокаров.

Та же NIO продвигает концепцию «батарея как услуга», когда покупатели электрокаров могут сдавать в аренду аккумулятор своего автомобиля и экономить $10 тысяч при покупке нового автомобиля, а также производитель предлагает покупателям возможность заменить батарею после нескольких лет использования. Это создает дополнительный спрос на батареи и, соответственно, на литий.

Первопроходец массового рынка электромобилей Tesla повышает ставки в сегменте солнечных батарей и аккумуляторов. Предлагаемые компанией домашние супер-аккумуляторы могут кардинально изменить способы хранения и распределения электроэнергии в будущем.

За первый квартал 2022 года Tesla поставила на рынок рекордное количество электрокаров — 310 048.

Принципиальную роль на рынке лития в ближайшие годы также может сыграть компания Blink Charging, производящая зарядные устройства для электромобилей. Стоимость акций компании за последний год значительно выросла, в том числе благодаря сотрудничеству с EnerSys, одним из старейших глобальных поставщиков систем и технологий хранения энергии для промышленного применения, и компанией Envoy Technologies. Майкл Д. Фаркас, основатель Blink, заявляет о готовности постоянно обновлять совместные продукты, чтобы обеспечить более эффективные и удобные варианты зарядки для растущего сообщества водителей электромобилей.

Таким образом, литий-ионные аккумуляторы уже являются критически важным элементом для энергетического сектора.

Ранее стоимость аккумуляторов очень быстро снижалась при одновременном увеличении спроса до такой степени, что, по утверждению Wall Street Journal, автопроизводители могли бы производить электромобили по цене обычных машин в течение ближайших пяти лет. По данным Bloomberg, к концу 2020 года цены на литий-ионные аккумуляторные батареи упали на 89% с 2010 года, а к 2023 году ожидалось их снижение еще на 27%. Однако на рынке произошел разворот из-за нехватки лития.

Получится ли у России производить литий?

Россия обладает крупными запасами лития, но больше 20 лет не добывала его, предпочитая более дешевый импорт.

Например, компания Uranium One Holding N.V. (организация госкорпорации «Росатом») в ноябре 2021 года заключила соглашение с Alpha Lithium Corporation о создании совместного предприятия для разработки литиевого месторождения Tolillar. Месторождение площадью 27 500 га расположено в аргентинской провинции Сальта, во всемирно известном «литиевом треугольнике» в Андах, где сосредоточены ресурсы гидроминерального сырья с высокой концентрацией лития (более половины мировых запасов).

Карбонат лития также импортировался в Россию из Чили, Китая и Боливии. Однако в текущей геополитической ситуации с поставками возникли проблемы.

25 апреля 2022 г. металлургический гигант «Норникель» объявил о намерении создать совместное предприятие с «Росатомом» по освоению литиевого месторождения Колмозерское в Мурманской области и дальнейшей глубокой переработке литиевого сырья.

Колмозерское — крупнейшее (18,9% отечественных запасов) и наиболее перспективное российское месторождение литиевых руд, в настоящее время находится в нераспределенном фонде.

Ранее «Газпром», «Иркутская нефтяная компания» (ИНК) и Министерство промышленности и торговли РФ подписали «дорожную карту» по реализации проекта по производству соединений лития из минерализованных подземных вод Ковыктинского газоконденсатного месторождения «Газпрома» в Иркутской области.

«Газпром» провел технико-экономическую оценку проекта, который, по предварительным оценкам, в перспективе может в значительной степени покрыть внутренний спрос на литий.

Батареи просят металл

В Калининградской области планируется наладить производство литиевых аккумуляторов мощностью выпускаемых устройств около 4 ГВт*ч в год. Площадка Балтийской АЭС, выбранная для строительства нового завода, находится в 12 км от города Немана, у границы с Литвой. Производство обеспечит потребности российских производителей электротранспорта в тяговых аккумуляторных батареях. Инвестпроект реализует АО «ТВЭЛ» - топливный дивизион госкорпорации «Росатом».

Литий-ионные батареи калининградского производства будут применяться в электромобилях, электробусах и спецтехнике. Завод также будет выпускать стационарные системы накопления энергии для электросетевого хозяйства и систем бесперебойного энергоснабжения промышленных предприятий.

В настоящее время в России есть только одно предприятие уровня гигафабрики – завод «Лиотех» в Новосибирской области. Его мощность составляет 1 ГВт*ч в год.

В 2021 году ПС 220 кВ «Сварочная» в Свердловской области стала пилотной площадкой для внедрения в российские магистральные сети систем резервного питания на литий-ионных накопителях, поставленных компаниией «Лиотех». Подстанция питает завод «Уральские локомотивы» (выпускает грузовые электровозы и скоростные поезда «Ласточка»). Использование литий-ионных аккумуляторов вдвое сократит время заряда и повысит экологическую безопасность. Аккумуляторные батареи и выпрямительно-зарядные устройства используются, в том числе, при полном отключении подстанции и обеспечивают работу релейной защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации.

Также для ПАО «Россети» «Лиотех» поставил в 2021 году 17 накопителей энергии, которые были установлены в Кировской, Курской, Орловской, Рязанской, Смоленской и Тамбовской областях, а также в Республике Удмуртия и других регионах России. Все СНЭ построены на отечественных компонентах. Уровень локализации составляет более 95%.

Система накопления электроэнергии, реализованная на базе литий-ионных аккумуляторов, оснащена полупроводниковым преобразователем мощности, выполняющим функции зарядного устройства и инвертора, а также автоматическими системами управления и учета электроэнергии, устройством защиты от перегрузок.

У накопителей есть две основных задачи — обеспечение надежности и улучшение качества электроэнергии.

Для обеспечения надежности СНЭ работает в качестве резервного источника питания. При пропадании сети (выхода значения параметров напряжения сети за допустимый диапазон) происходит разряд СНЭ на потребителя с выдачей электроэнергии в сеть. При восстановлении основного питания возобновляется питание нагрузки от сети, и происходит заряд СНЭ.

Для улучшения качества электроэнергии СНЭ поддерживает параметры напряжения сети в соответствии с заданными параметрами. При снижении требуемого уровня напряжения происходит разряд СНЭ в сеть с плавным регулированием разрядного тока до достижения заданного опорного напряжения и долговременного его поддержания.