Кризис литиевых аккумуляторов: нужна срочная замена

Мы привыкли менять смартфон раз в пару лет, покупаем умные пылесосы и с интересом посматриваем на электромобили. Но эксперты бьют тревогу. Если человечество не поумерит аппетиты, в ближайшие десятилетия на Земле иссякнут запасы сразу нескольких элементов. А без них производство аккумуляторов для современной электроники невозможно.

Нужно больше минералов!

На презентации Tesla Model 3 в марте 2016 года Илон Маск сделал нескромное заявление: «Чтобы производить 500 тысяч электромобилей в год, нам придётся закупить весь литий в мире». В одной «Тесле» используется около 7 кг лития. Это в 100 раз больше, чем в аккумуляторе ноутбука, и в 10 000 раз больше, чем в смартфоне.

В 2015-м всего за десять месяцев стоимость лития выросла в 3 раза: до $20 000 за тонну. Однако чуть позже она временно опустилась. Испугавшись дефицита, химические и горнодобывающие компании стали разрабатывать новые месторождения, которые должны обезопасить нас от нехватки лития.

В 2015 году цены на литий на глобальном рынке выросли в три раза

Например, только усилиями двух мировых промышленных гигантов — чилийского SQM и американского Albemarle — ежегодный объём производимого лития увеличится к 2025 году на 200 000 тонн. По оценкам экспертов, с 2019 по 2025 год добыча этого металла вырастет на треть: с 2,9 до 3,9 миллиона тонн.

По оптимистичным прогнозам, цены на литий снизятся к 2021 году до $7322, а затем немного подрастут — до 8155 долларов к 2025-му.

Рынок аккумуляторных элементов непредсказуем

Цены на литий порой меняются непредсказуемо, но основная проблема в другом. Ещё с 2015 года нависла угроза острого дефицита никеля и кобальта, аналитики тогда впервые обратили внимание на слишком высокие темпы потребления ресурсов. Запасы металлов стремительно иссякают, а их добыча становится экономически нецелесообразной.

Скорее всего, кобальта хватит до 2030 года, а никеля — до 2037-го. Взгляните на монструозные размеры завода Tesla Gigafactory в Неваде. Так вот, по данным Bloomberg, к 2030-му для покрытия всех нужд человечества придётся ежегодно добывать объём лития, кобальта и никеля, эквивалентный потребностям 35 таких мегафабрик.

Впечатляющие масштабы Tesla Gigafactory

Основная причина кризиса — электроавтомобили

Если бы не началось активное производство электротранспорта, темпы расхода аккумуляторных элементов оставались бы на приемлемом уровне ещё лет десять. Tesla — это только один бренд, самый нашумевший. Но на рынок выходит всё больше автогигантов. За один лишь июнь 2018-го продано 160 000 электромобилей! И отрасль не планирует сбавлять обороты. Если сейчас по планете колесит 2 млн электрокаров, то, по прогнозам экспертов, к 2020 году это число вырастет до 13 миллионов.

АКБ одной машины Tesla состоит из нескольких тысяч таких батареек

А ведь, кроме электромобилей, есть и безумное количество смартфонов, планшетов, квадрокоптеров, наушников, колонок, медицинских аппаратов и вагон других гаджетов. Одних только телефонов в прошлом году продали 1,5 млрд штук, что — в пересчёте на литий — эквивалентно 150 тыс. электромобилей.

Чем заменить современные АКБ

Крупные компании и государства, осознающие угрозу нехватки лития и редкоземельных металлов, предпринимают более или менее успешные попытки перехода на альтернативные источники энергии. Например, в Китае уже вовсю используют автобусы на железных катодах, но их эффективность далека от привычных литиевых батарей. Перечислим несколько перспективных разработок.

Водородные топливные элементы. Наибольшую заинтересованность в развитии такой технологии проявляет Toyota. Японцев можно понять: водород не даёт никаких вредных выбросов, обладает высочайшим КПД и идеально подходит для интеграции в автомобили (с конструктивной точки зрения). Проблема в том, что производство чистого водорода не обходится без ископаемого топлива, загрязняющего окружающую среду.

Водород наравне с электричеством претендует на звание главного источника энергии в автомобиле

Литиево-серные аккумуляторы. Их нельзя назвать разработкой далёкого будущего, поскольку первые батареи Li-S должны появиться в течение ближайших четырёх лет. Sony работает над технологией и утверждает, что новые АКБ будут иметь на 40% более высокую плотность энергии, чем современные. Проблема литиево-серных аккумуляторов кроется в быстро деградирующих электродах, что пока делает невозможным их применение в коммерческих устройствах.

Устройство литиево-серной батареи

Графеновые суперконденсаторы. Одна из самых многообещающих концепций. Суперконденсаторы могут намного эффективнее заряжать и удерживать энергию. Освоив подобную технологию, сможем значительно улучшить плотность хранения энергии — за счёт малого веса графена. К сожалению, лучшие умы человечества не одно десятилетие пытаются совладать с графеном, но до ощутимых успехов пока далеко.

Схема графенового суперконденсатора

Дороги с беспроводной зарядкой. Прототипы таких трасс уже существуют, но имеют мало общего с конечной задумкой. И лишь демонстрируют концепцию правильного использования пути, преодолеваемого транспортными средствами. Идея в том, чтобы рассматривать машину как «самоходную повозку», источником энергии которой должна служить сама дорога. Технически нам нужно лишить все автомобили аккумуляторов и бензобаков, непрерывно подпитывая их энергией посредством беспроводных зарядок, размещённых под дорожным полотном.

Идеальная дорога из солнечных батарей с беспроводной зарядкой

Добыча лития из морской воды. Проблему дефицита никеля и кобальта эта технология не решит. Зато может обеспечить мир литием и снизить цены на него. Суть заключается в следующем. Через субнанометровые поры в металлоорганической конструкции пропускается морская вода. На выходе, благодаря способности мембран удерживать ионы Li, получаем опреснённую воду и чистый литий.

Так литий добывают сейчас в горах Боливии

 Вывод

В ближайшие годы исчерпание запасов лития нам не грозит. Однако этот металл будет неуклонно дорожать, сокращая ценовой диапазон, в котором могут использоваться аккумуляторы Li-Ion. Что, в свою очередь, увеличит и общую стоимость мобильных устройств.

Скорее всего, индустрия будет испытывать острый дефицит других редкоземельных металлов, необходимых для производства батарей. Если лития хватит надолго, то запасы никеля и кобальта исчерпаются уже через 15-20 лет. По статистике, в среднем новый смартфон покупают каждые 3 года. Так что спустя 3-4 смены гаджета вы вполне можете попрощаться с дешёвыми АКБ. Или их станут делать из менее дорогих материалов, что приведёт к снижению автономности телефонов.

Нравится6
Комментарии (10)
  • нам писец . Готовимся Покупаем солнечные батареи точим мечи , и запасаемся хавкой на 50 лет и жить будем и еще тра...ь телрк
  • Или их станут делать из менее дорогих материалов, что приведёт к снижению автономности телефонов

    Или через 20 лет их станут делать из принципиально других материалов, что приведет к повышению автономности телефонов
  • почему нельзя всякий весь литий с помоек и переработать его когда его потребность заделает его археологическую добычу востребованной.
    я так тоу понимаю что он особо никуда не девается в отличии от вуглеводоров где надо будет затратить энергию чтоб структуру восстановить и таким образом кпд будет сильно в минусе.
    а так бы то не проблема. мобилки на золотой цепочке в жилетке будут показателем статусности и сохранять актуальность по 10-20 лет
    а вместо мещанских автомобилей буду атомные паровозы, вот. этого добра еще на 2000 лет хватит
  • Надо бы поумерить пыл современных интеллектуалов и перестать выпускать новые мобилы каждый год. Лучше сосредоточиться на надежности и делать новые модели с бОльшим числом новый технологий. А то ведь одно и то же продают каждый год покупателям, добавляя в начинку от 1% до 2% изменений. А иногда вообще ничего не меняют кроме внешнего вида и программного обеспечения. Про срок годности таких устройств я вообще молчу. А большинство богатого и не очень быдла только бы и радо покупать новую модель каждый год-два и радоваться иллюзии прогресса и "современности".
  • luckydanchik
    luckydanchik написал:
    жить будем и еще тра...ь телрк

    Ещё раз, что ты имел ввиду?
  • MunchkiN 616 написал:
    почему нельзя всякий весь литий с помоек

    Потому что никто не будет собирать аккумуляторы вручную на мусорном полигоне. Если бы население не валило явно опасные отходы вместе с бытовухой и на полигоне не давили бульдозерами всё подряд, это всё имело бы смысл, но сейчас...единственный вариант это скупать аккумуляторы у населения, организовывать приёмные пункты, тогда бомжи сами всё рассортируют и принесут. В каждой игрушке, в каждом гаджете литий, если скупать из расчёта 5 аккумуляторов = бутылка, то процесс пойдёт, себестоимость спирта ведь близка к нулю.
  • Вырастут цены на литий - произойдёт запуск месторождений, которые до этого были нерентабельными.
    Запасы металлов стремительно иссякают, а их добыча становится экономически нецелесообразной.

    Ну вот кто писал эту статью? Как добыча может становится нецелесообразной, если наблюдается рост цены на литий? Нецелесообразной может становиться разработка определённых месторождений, например, если там отработали верхние залежи, а для извлечения нижележащих нужно затратить огромные деньги. Но так и что? С ростом цены на литий и их можно будет извлечь.

    Ну и электрокары - странное решение. Ведь они тоже откуда-то должны брать энергию? Всё равно приходится жечь газ/уголь и т.д, чтобы получить её. Просто в месте, где распространён такой транспорт будет меньше выхлопных газов, но вот где-то в другом месте придётся выработать значительно больше энергии. Подойдёт разве что для того, чтобы понизить загрязнение в пределах крупного мегаполиса.
  • А нельзя из отработанных аккумуляторов забирать обратно литий? Или это так не работает?))
  • Mabel Pines
    Как только это станет экономически выгодным - сразу же разгребут все завалы. Осталось придумать такой процесс извлечения лития из отходов, чтобы с этого кто-то мог поиметь деньгу.
  • давно надо запретить такую ненужную хрень как электрокары - тогда и куча проблем исчезнет.
B
i
u
Спойлер