Электромобили поражают динамикой разгона. Смартфоны работают без подзарядки несколько суток. Ноутбуки, самокаты, электробусы, строительная техника — все эти устройства обязаны своей автономностью одному капризному металлу — литию. Даже дата-центры, обеспечивающие работу банков и соцсетей, питаются от литиевых аккумуляторов.
Политики в стремлении ускорить переход к «зеленой» экономике заявляют — литий и редкоземельные элементы скоро станут важнее нефти и газа. Эксперты прогнозируют четырехкратный рост спроса на литий к 2040 году. Уже в 2025 году по рыночной стоимости и востребованности литий стал самым популярным металлом мира. Он лежит в основе современной цивилизации, хотя большинство людей не представляет, как выглядит этот металл.
Литий открыли в 1817 году. Это мягкий серебристо-белый металл. Его высокая реакционная способность объясняет позднее открытие — в природе он встречается только в соединениях. Исследования применения лития в электрохимической промышленности велись с 1970 года. Тогда металл уже использовали в фармакологии, тяжелой промышленности и ядерной энергетике. В 1991 году Sony представила первый литий-ионовый аккумулятор — тот самый, что используется до сих пор. В XXI веке взрывное развитие мобильной электроники и электротранспорта резко увеличило спрос на такие источники энергии.
Сейчас более 50% добываемого лития идет на производство аккумуляторов. Эти батареи доказали свою эффективность и доступность для массового производства. Но вместе со спросом проявились проблемы добычи и утилизации, которые пока не имеют безопасного решения.
Основные месторождения лития находятся в высокогорьях на границах Боливии, Чили и Аргентины — так называемом «литиевом треугольнике». В отличие от планов многих стран начать добычу у себя, в Южной Америке это делают давно и уверенно. По данным Геологической службы США, в Боливии запасы около 23 млн тонн, в Аргентине — 22 млн тонн, в Чили — 11 млн тонн.
Самый легкий металл на Земле добывают из богатых литием рассолов. Они находятся в засушливых солончаках — долине Уюни в Боливии и пустыне Атакама в Чили.
Существует два метода добычи. Рудный применяют в основном в Китае. Гидроминеральный используют в Южной Америке. Рассольный способ дешевле. Он подразумевает закачку рассола в пруды на солончаках, выпаривание в течение 12-18 месяцев и обработку пресной водой кристаллов хлорида лития. Но этот процесс требует неимоверного количества воды. На добычу 1 тонны лития нужно более 2 млн литров пресной воды.
В чилийской пустыне Атакама литий добывают с 1983 года. Местные экологи накопили тревожную статистику. Из-за нехватки влаги, которая уходит на промывку лития, засушливые территории лишаются пастбищной травы. Это создает угрозу фермерским хозяйствам. Скорость потока воды в реке Сан-Педро с 2008 года снизилась с 1200 до 350 литров в секунду. Это грозит истощением водных запасов для населения. Популяция фламинго в Атакаме с момента начала добычи лития сократилась на 10%.
Процесс добычи, как видим, очень несовершенен. По данным компании Albemarle, работающей в Чили, потери лития при выпаривании и промывке солей достигают 45%. Превращаясь в пыль, литий ветрами поднимается в воздух и отравляет живые организмы. Химические стоки загрязняют реки и водоемы. Погибает рыба, питьевая вода становится непригодной. Человеку отравление литием грозит слепотой.
Международные компании разрабатывают альтернативные методы производства лития. Технологии прямой экстракции в колоннах имеют КПД 70-90%. Они извлекают больше лития из рассола, чем выпаривание. Однако потребление воды остается интенсивным. К тому же в сбросы добавляются химические отходы от использования растворителей. Потом, метод требует серьезных затрат электроэнергии. Возникает парадокс — тратить уйму электричества на компонент для батареек.
В Китае литийсодержащий слой залегает значительно глубже. Там используют карьерный метод добычи. Вред окружающей среде еще больше. Власти КНР до недавнего времени старательно замалчивали проблемы экологии. Это позволяло снизить себестоимость производства. Однако, по росту числа китайских стартапов в сфере альтернативной энергетики видно — в КНР лихорадочно ищут замену литиевым аккумуляторам. Слишком дорого его добыча обходится человеку и природе.
Помимо добычи, не меньшую головную боль представляет утилизация использованных литий-ионных батарей. Их можно перерабатывать, но отработанные батареи выделяют фтороводородную кислоту. Она обладает высокой коррозионной активностью. Может попадать в организм при вдыхании или через кожу. Фтороводородная кислота токсична для человека. Также в батареях литий смешан с тяжелыми металлами, тоже токсичными для живых организмов.
Сейчас с трудом утилизируют небольшие литиевые батареи от смартфонов. В недалеком будущем человечество столкнется с массовой утилизацией крупных батарей от электромобилей. Полномасштабный кризис еще впереди. Кто и где будет перерабатывать батареи в промышленных объемах, если все пересядут на электрокары? Со старыми покрышками толком не разобрались, а тут проблема куда серьезнее.
Главное: литий-ионные батареи пожароопасны при неправильном обращении. Поэтому, из-за нестабильности лития, их переработка осложняется. Металл быстро взаимодействует с водой и воздухом, воспламеняется и взрывается. Это особенно касается литий-полимерных аккумуляторов.
Транснациональная перерабатывающая компания Veolia с 2017 года отмечает рост на 38% числа пожаров из-за литиевых батарей в общих отходах. Конфедерация переработчиков стали Германии констатирует — около 90% всех пожаров на объектах утилизации отходов происходят по вине литиевых батарей.
Читайте также:
Россия возвращает себе статус аграрной державы: цифры и факты