Egyre több a villanyautó, de van-e elég lítium?

Jelen ismereteink szerint a lítium-ion akkumulátor a legjobb, és ezért a legelterjedtebb megoldás az energia tárolására, nem csupán az elektromos autókban, hanem számos elektronikai termékben is. Mivel egyelőre nem tudunk olyan anyagot, ami helyettesíteni tudná a lítiumot a teljesítmény romlása nélkül, az elektromos autózás kritikusai ezt a ráutaltságot használják ki az igazuk bizonyítása végett, mondván: „a villanyautózás nem életképes, mert a lítium el fog fogyni.” Érdekes módon azt már csak néhányan tudják, hogy egy Li-ion aksi más, véges mennyiségű ásványt is tartalmaz, amikből még kevesebb áll rendelkezésünkre, mint lítiumból, sőt, nem az akku az egyetlen alkatrész, mely bányászatot igénylő anyagot tartalmaz. De ha már a nyersanyagok végességét tárgyaljuk, akkor a kőolaj hajóját a legsürgősebb elhagynunk, így a lítiumra való átszállás akkor is jó ötletnek tűnik, ha tudjuk, hogy valamikor az is el fog süllyedni. A témában szerencsére rengeteg szakirodalom áll rendelkezésre – nem véletlenül, hiszen a kérdéses nyersanyagok a legnagyobb hozzáadott értékű iparágak, a high-tech elektronika és a gépipar alapját adják -, a legújabb kutatás pedig a belgiumi Transport & Environment civilszervezet által készült el. Ez alapján nézzük meg, hogy valóban gátat szabhat-e a lítium, és más anyagok hiánya az elektromos autók további gyártásának.

Nem csak a lítium létezik…

A Li-ion cellák egy pozitív elektródból (katód), egy negatív elektródból (anód), és elektrolitból épülnek fel. A katód 73%-ban nikkel, 14%-ban kobalt, 2%-ban alumínium, és csupán 11%-ban lítium. Az anód leggyakrabb teljes egészében grafit, a vezető szerepét betöltő elektrolit pedig Li-sókból, általában lítium-hexafluor-foszfátból (LiPF6) áll. De az akkumulátor mellett meg kell vizsgálni a villanymotort is, amely ritkaföldfémeket tartalmaz. Nevükkel ellentétben ezek az elemek nem kifejezetten ritkák, a probléma sokkal inkább az, hogy alacsony koncentrációban fordulnak elő a földkéregben, ami megnehezíti a kitermelésüket. A legtöbb elektromos autó motorjában egy úgynevezett neodímium-vas-bór (NdFeB) -típusú állandó mágnes dolgozik, ami többek között vasat, rezet, alumíniumot, kobaltot, nióbiumot, galliumot, terbiumot, neodímiumot, diszpróziumot, és prazeodímiumot tartalmaz, melyek közül az utóbbi három a legfontosabb ritkaföldfém az esetünkben. Nem elég tehát arról megbizonyosodnunk, hogy lítiumból van elég, mert ha a többi alkotóelemből fogyunk ki, az akkumulátor ára akkor is az egekbe fog szökni, míg végül kénytelenek leszünk más megoldást találni az energia tárolására.

EZT OLVASTAD MÁR?  A Honda is hátat fordít a dízelnek Európában
A Li-ion akku felépítése, Forrás: Business Insider

Készletek és kereslet – melyik (lesz) a nagyobb?

Ahhoz, hogy lássuk, elegendő mennyiség van-e az említett anyagokból, az USGS (United States Geological Survey) legfrissebb adatait hívjuk segítségül. Ebből kiderül, hogy a 2016-os lítium-kitermelés 35 000 tonna volt a világon, míg a rendelkezésre álló készletek össztömege 40 millió tonna. A Deutsche Bank számításai szerint ez akkor is elég lenne 185 évig, ha a piac a háromszorosára növekedne. Nem kell megijedni tehát, a lítium egy jó darabig nem fog minket gátolni az elektromos autózásban. A legnagyobb ismert készletek Bolívia, Argentína, Chile, Ausztrália és Kína területén vannak, a vezető kitermelő Ausztrália. A még nagyrészt érintetlen dél-amerikai lítium-háromszög a jövőben hatalmas figyelmet kaphat a növekvő kereslet következtében.

A legfőbb lítium-lelőhelyek a Földön, Forrás: Bloomberg

A kobalt bányászatának 65%-a a Kongói Demokratikus Köztársaságból származik, ami a nyersanyag egyenlőtlen eloszlásának, és az ország instabil politikai helyzetének következtében a későbbiekben problémához vezethet, így az is elképzelhető, hogy sokkal nagyobb hatással lesz az akkumulátorok árára, mint a lítium. Márpedig a kobalt fontos alapanyag számunkra: a legnagyobb fogyasztó, Kína összes kobaltfelhasználásának 80%-a aksik gyártására irányult 2016-ban.

A nyersanyag és a Li-ion akkumulátor árváltozásának összefüggése. Ha a lítium ára 300%-kal nő, az aksi ára akkor is csupán 2%-kal emelkedik. Más a helyzet a kobalt esetében… Forrás: Bloomberg

A grafit és a ritkaföldfémek esetében is kiemelt bökkenő, hogy 80%-uk Kínából származik, így az Európai Unió jelentős hátrányba kerülhet az aksik gyártásában, az ázsiai országot pedig fontos kereskedelmi előnyhöz juttatják az ásványok.

A ritkaföldfémek termelése országok szerint, Forrás: a tanulmány

Az International Energy Agency (IEA) legoptimistább forgatókönyve szerint 2020-ra 7,2 millió elektromos autó fogja járni az utakat. A legyártott NdFeB mágnesek alapján kiszámítható, hogy pontosan mennyi ritkaföldfémre lesz ekkor szükségünk. A kereslet 2020-ban a 2015-ös 14-szerese lesz, és ez elmondható az összes többi, a villanyautó gyártásához szükséges nyersanyagra is. A lítium-ion akku piaca például a következő 10 esztendőben várhatóan 21,7%-kal fog nőni évente, 15,9 GWh-ról 93,1 GWh-ra. Hasonló a helyzet a kobalt, nikkel, és grafit esetében is: bár 2030-ra hatalmas növekedés várható a kitermelésben, egyikük sem veszélyezteti az elektromos autózás jövőjét.

Minél több a villanyautó, annál több ritkaföldfémre van szükségünk (PM=állandó mágnes), Forrás: a tanulmány

Ami viszont tényleg okozhat némi fejtörést, az a réz. Egy elektromos autó átlagban négyszer annyi rezet használ, mint egy hagyományos kocsi, s habár a kereslete 2035-re „csupán” a duplájára növekedhet, a réz esetében ehhez új bányákra lenne szükség, ám az új lelőhelyek megtalálása, felmérése, és a kitermelés felfuttatása akár 30 évet is igénybe vehet, ami lassú helyzetfelismerés esetén akadályozhatja az autógyártást.

EZT OLVASTAD MÁR?  Utcai videón látható a Tesla Semi - ezúttal visszapillantó tükrökkel

A mennyiség nem probléma, de…

Mint láthattuk, valamennyi ásványból van annyi a bolygónkon, hogy a következő évtizedben, vagy akár tovább is, ne kelljen szűkölködnünk az elektromos kocsik gyártása során. Azonban, ahogy a kobalt és a grafit esetében, úgy a legtöbb ásványkincsnél Európa kerül hátrányba. Lítium bányászatára lehet némi esély Skandinávia, Csehország, vagy Portugália területén, kobaltot pedig a réz és nikkel melléktermékeként bányásznak Finnországban, de ennek mennyisége csekély. Éppen ezért a fenntartható nyersanyaghasználat érdekében elengedhetetlenné válik a jövőben, hogy ezeket az anyagokat helyettesíteni tudjuk. Erre már számos példát láthattunk, az LG például a kobaltfelhasználást igyekszik csökkenteni az akkumulátoraiban a teljesítmény javításával párhuzamosan, a BMW pedig kifejlesztett egy hibrid motort, mely 30-50%-kal kevesebb ritkaföldfémet igényel. Hosszútávon pedig lényeges fejlődés érhető el az újrahasznosítás arányának növelésével.

Továbbá nem szabad megfeledkezni a bányászat okozta környezetszennyezésről sem, melyet súlyosbít az a tény, hogy a szükséges nyersanyagok legnagyobb részben fejlődő országok területén helyezkednek el, ahol a környezetvédelmi előírások közel sem olyan szigorúak, mint a fejlettebb országokban. Egy tonna ritkaföldfém kitermelése például 75 tonna savas hulladékot hoz magával, melyek nem csupán a bánya körüli ökoszisztémát teszik tönkre, hanem vízfolyásba bekerülve több tíz, több száz kilométerrel arrébb is veszélyeztetik az emberi egészséget, s a termelés növekedésével a környezeti hatások hatványozottan fognak jelentkezni. Elengedhetetlen tehát a bányászati munkák szabályozása, minőségirányítási rendszerek, tanúsítványok használata.

Lítium kitermelés Chilében, Forrás: Business Insider

Összességében kijelenthető, hogy a rendelkezésre álló készletek nem fogják gátolni az elektromos közlekedésre való átállást a következő évtizedekben, viszont sokkal kiemeltebb szerepet kap a bányászat és a gyártás területisége, és a nyersanyagokkal való kereskedelem. A kőolajnál tapasztalt túlzott importfüggést elkerülendő, változatosabbá kell tenni a kínálatot, valamint csökkenteni, helyettesíteni szükséges a felhasznált fémeket, amihez nélkülözhetetlen a kutatás és az innováció, majd jöhet az újrahasznosítás és az újrahasználat. A bányászati tevékenységet pedig szigorú felügyelet alatt kell tartani, hogy elkerülhessük a kőolaj kitermelése során tapasztaltakhoz hasonló környezeti katasztrófákat.

Elektromos autót használsz?