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?  James Bond is villanyautóra vált
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?  Ott épít villanyautót a Dyson, ahol senki más

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?