PROIECT EDITORIAL FEL, DEDICAT MATERIALELOR CRITICE: Litiu (George TECUȘAN)

Echipa Future Energy Leaders România, platforma de tineret al Comitetul Național Român al Consiliului Mondial al Energiei (CNR-CME), a lansat un nou proiect editorial dedicat materialelor critice, care vor fi indispensabile în procesul de tranzitie energetică. Am publicat deja articole din partea FEL despre grafit, nichel.  Vom mai publica articole despre cobalt şi cupru. 

Citiți astăzi articolul despre litiu. 

 

Autor: George TECUȘAN conduce entitatea din România a unei companii cu activitate la nivel regional care este concentrată pe dezvoltarea de proiecte în energie regenerabilă și sisteme de stocare a energiei electrice. Experiența în domeniul energetic este acumulată în România și în Franța, în ariile de dezvoltare de proiecte, cercetare-dezvoltare, și analize de piață. George este inginer cu specializare în energii regenerabile și tranziție energetică, obținută la École Polytechnique, Paris. Parcursul academic a fost început la Universitatea Politehnica București, cu studii în inginerie aerospațială și industrială.

“Tranziția energetică presupune trecerea de la moduri de a produce energie cu un impact negativ major asupra mediului la moduri cu un impact redus asupra acestuia. Această schimbare presupune folosirea unor noi instrumente și echipamente, dar și crearea unor lanțuri de aprovizionare care să susțină noile industrii: producția de panouri solare și turbine eoliene, procesarea metalelor rare, producția de sisteme de stocare a energiei etc. Noua paradigma energetică a generat o nouă clasă de mărfuri de importanță strategică: elementele chimice critice pentru tranziția energetică. Acest articol își propune să prezinte pe scurt ce este litiul, unde se folosește și cine îl deține, pentru a aduce în atenția publicului larg acest metal și a îi evidenția importanța pentru deceniile următoare” – George TECUȘAN.

I. Ce este litiul și unde se folosește?

Litiul (Li) este elementul chimic cu numărul atomic 3, fiind cel mai ușor metal, cu o densitate de aproximativ 0.534 g/cm³. Litiul face parte din grupa 1 a tabelului periodic, cunoscută sub numele de metale alcaline. Litiul este un metal alb-argintiu, strălucitor, bun conducător de electricitate și căldură.

II. Aplicație în industrie

Datorită proprietăților sale chimice și fizice unice, litiul are numeroase aplicații industriale:

• Baterii litiu-ion: litiul este esențial în fabricarea bateriilor folosite pe scară largă în telefoane mobile, laptopuri, vehicule electrice și sisteme de stocare a energiei din surse regenerabile.
• Industria sticlei și ceramicii: litiul este utilizat pentru a reduce punctul de topire și a îmbunătăți proprietățile mecanice și termice ale sticlei și ceramicii.
• Industria aerospațială: datorită greutății reduse și capacității de stocare a energiei, aliajele pe bază de litiu sunt folosite în construcția aeronavelor și a sateliților, contribuind la reducerea greutății.
• Metalurgia aluminiului: litiul este folosit ca aditiv în procesul de producție a aluminiului, pentru a îmbunătăți eficiența energetică și pentru a reduce emisiile de gaze.
• Lubrifianți pe bază de litiu: compușii de litiu sunt utilizați în fabricarea lubrifianților grași pentru a proteja piesele metalice împotriva uzurii și coroziunii.

III. Unde se găsește litiul?

La nivel global, rezervele de litiu sunt în continuă creștere, ajungând la aproximativ 303.5 milioane de tone în primul trimestru din 2024, ceea ce reprezintă o creștere cu 52% față de începutul anului 2021. Cele mai mari rezerve sunt concentrate în Bolivia (23 milioane de tone), Argentina (22 milioane de tone) și Statele Unite (14 milioane de tone), conform celor mai recente date. [1][2] În Europa, rezervele de litiu sunt mai modeste, Germania, Cehia și Serbia fiind primele 3 deținătoare ale acestei resurse, care au rezerve de aproximativ 3.8, 1.3, și respectiv 1.2 milioane de tone.

Exploatarea litiului are implicații geopolitice semnificative la nivel global, cum ar fi:

• Controlul resurselor și competiția geopolitică: „Triunghiul litiului” din America de Sud (Chile, Argentina și Bolivia) deține aproximativ 50-60% din rezervele globale de litiu. Pe lângă acestea, Australia este un important producător, iar China controlează o mare parte din procesarea litiului.
• Dependența de lanțurile de aprovizionare din China: deși China nu are cele mai mari rezerve de litiu, este un actor dominant în procesarea acestui metal și în producția de baterii. Aproximativ 60-70% din procesarea globală a litiului are loc în China, ceea ce face multe țări să depindă de capacitatea acesteia de rafinare și producție.
• Impactul asupra țărilor producătoare: în țările care dețin mari rezerve de litiu, exploatarea acestora ridică probleme legate de suveranitate, control asupra resurselor și impact asupra comunităților locale. Bolivia, de exemplu, a încercat să își maximizeze controlul asupra industriei de litiu, întârziind exploatarea pe scară largă pentru a obține condiții economice mai favorabile. În alte locuri, precum Chile, au apărut tensiuni legate de impactul ecologic al extracției litiului, deoarece procesele de minerit pot consuma mari cantități de apă, afectând comunitățile locale și ecosistemele.
• Reglementări și politici comerciale: diferite țări și blocuri economice au început să dezvolte strategii pentru a asigura accesul la resursele de litiu și alte materiale critice. De exemplu, Uniunea Europeană a lansat inițiative pentru a reduce dependența de importurile de litiu [3] și a promova o industrie autohtonă de baterii.

1. Rolul litiului în tranziția energetică

Litiul joacă un rol esențial în tranziția energetică datorită utilizării sale în bateriile litiu-ion, care sunt critice pentru stocarea energiei din surse regenerabile. Iată câteva aspecte-cheie ale rolului litiului în această tranziție:

• Bateriile pentru vehicule electrice: bateriile litiu-ion sunt cele mai comune în vehiculele electrice.
• Stocarea energiei regenerabile, la scară mică și mare: litiul este vital în bateriile utilizate pentru stocarea energiei produse de sursele regenerabile intermitente, dar și la scară mică, cum ar fi sistemele de stocare a energiei casnice, în combinație cu panourile solare.
• Dezvoltarea rețelelor inteligente: bateriile litiu-ion sunt esențiale și pentru dezvoltarea rețelelor electrice inteligente, care permit gestionarea și distribuția mai eficientă a energiei.

1. Prețul litiului

Din 2010 și până azi, evoluția prețului carbonatului de litiu poate fi împărțită în 3 perioade [4]:

• 2010 – 2016 – perioada cu preț relativ stabil, în care acesta a variat între 5 180 și 8 650 USD/tonă (prețuri medii anuale)
• 2017 – 2020 – perioadă în care s-a văzut o dublare față de anul 2016, ajungând în 2018 la prețul mediu anual de 16 000 USD/tonă
• 2021 – 2023 – perioadă marcată de o puternică volatilitate, prețul mediu anual maximal fiind înregistrat în anul 2022 (68 100 USD/tonă), urmat apoi de o scădere considerabilă a prețului până la un preț mediu anual de 46 000 USD/tonă în 2023, rămânând însă la valori ridicate în comparație cu anii anteriori

 

IV. Reciclarea litiului

Reciclarea litiului și a produselor care îl conțin este un proces complex, având în vedere că litiul este un element esențial în bateriile litiu-ion, folosite pe scară largă în aparatele electronice. Exista mai multe procese posibile de reciclare, care însă nu sunt lipsite de provocări, cum ar fi costurile ridicate și eficiența anumitor tehnologii sau metode.

• Metoda pirometalurgică: implică arderea bateriilor la temperaturi foarte ridicate într-un cuptor special. Acest proces topește metalul din baterii, iar metalele prețioase (cupru, cobalt, nichel) sunt colectate. Totuși, litiul nu este recuperat în formă pură prin această metodă, fiind pierdut sub formă de zgură.
• Metoda hidrometalurgică: acest proces implică dizolvarea bateriilor într-un lichid acid sau bazic pentru a extrage materialele. Materialele sunt tratate chimic pentru a separa și purifica litiul, cobaltul, cuprul, și alte metale prețioase. Această metodă este mai eficientă în recuperarea litiului și a altor metale decât pirometalurgia.
• Reciclarea directă: o metodă mai recentă care urmărește refolosirea directă a componentelor bateriei, fără a descompune complet materialele. Metoda presupune refacerea materialelor active, cum ar fi electrozii, pentru a fi reutilizate în baterii noi.
• Purificarea litiului: litiul recuperat este purificat și convertit în compuși de litiu (cum ar fi carbonatul de litiu sau hidroxidul de litiu) care pot fi folosiți din nou pentru fabricarea de baterii noi.

Importanța reciclării litiului este fundamentală prin două dimensiuni: conservarea resurselor naturale și reducerea poluării.

În concluzie, litiul este esențial pentru tranziția energetică prin rolul critic pe care îl joacă în componența bateriilor pentru stocarea energiei electrice. Caracterul intermitent și greu predictibil al surselor regenerabile de producție de electricitate plasează bateriile pe un loc fruntaș ca importanță în tranziția energetică. Pentru noi, europenii, este însă foarte important să construim lanțuri de aprovizionare cu riscuri cât mai reduse.

Bibliografie:

[1] – https://worldpopulationreview.com/country-rankings/lithium-reserves-by-country

[2] – https://carboncredits.com/global-lithium-reserves-and-resources-surge-52-in-q1-2024/

[3] – https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal/green-deal-industrial-plan/european-critical-raw-materials-act_en

[4] – https://www.statista.com/statistics/606350/battery-grade-lithium-carbonate-price/