Постановка подобного вопроса у некоторых людей может вызвать недоумение или скептическую улыбку. Ведь литий считается сейчас самым востребованным минералом. Сфера его потребления обширна и имеет тенденцию экспоненциального роста. Достаточно отметить, что он критически важный компонент для аккумуляторных батарей, которые пользуются популярностью благодаря своей реактивности, легкости и способности к перезарядке. Без них трудно представить развитие высокотехнологичных отраслей промышленности, таких как микроэлектроника и возобновляемая энергетика.
Но доминантой усиления мирового рынка лития в обозримой перспективе должно стать производство электромобилей. В настоящее время лидером данного направления автомобилестроения является Китай. Электрокары уже занимают 15% автопарка страны. В течение 5 лет этот показатель составит 50%. Не менее амбициозные планы у ведущих автоконцернов мира. Британские, итальянские, французские, немецкие, шведские и чешские фирмы планируют к 2035 году полностью отказаться от машин с двигателями внутреннего сгорания. По этому пути идут также США и Южная Корея. Особняком держится лишь Япония, которая по-прежнему делает ставку на использование водорода в качестве энергоносителя.
Использование электротяги вместо бензина и дизеля послужило основанием называть литий нефтью ХХI века. По расчетам экспертов, глобальный рынок транспортных средств с электродвигателями возрастет в 5,5 раза с 227 миллиардов до 1,31 триллиона американских долларов.
Практически 80% от общего объема аккумуляторных батарей производится в Китае. Эта страна недавно вышла на 3 место в мире по выпуску лития, уступая только Австралии (55%) и Чили (14%). В конце 2022 года КНР приступила к разработке крупного месторождения лития в Соноре (Мексика). Это при том, что в августе 2022 года парламент этой страны объявил литий стратегическим сырьем и ввел запрет на разведку и добычу его залежей иностранными компаниями. Исключение сделано лишь китайскому гиганту Ganfeng Lithium, который заключил соглашение об освоении месторождения с мексиканской государственной компанией LitioMx еще до принятия закона.
В январе 2023 года китайский консорциум, в который вошли Xinjiang TBEA Group, Fusion Enertech, Brunp («дочка» крупнейшего в мире производителя автомобильных аккумуляторов CATL), горнорудная China Molybdenum, CITIC Guoan Group и China Railway International Group выиграл конкурс на добычу лития в Боливии. Работать он будет параллельно с российской Uranium One Group, входящей в «Техснабэкспорт» корпорации «Росатом».
США и Великобритания достаточно спокойно отреагировали на новые контракты Китая и России в Мексике и Боливии, несмотря на то, что в течение многих лет именно они играли главные роли в освоении литиевых залежей в странах Латинской Америки. Тем более что контракт с Боливией стал для России базовым источником поставок металла, поскольку Чили и Аргентина приостановили отгрузку лития из-за опасения санкций со стороны США. Китай ограничивает экспорт лития в РФ в связи с тем, что сам испытывает в нем дефицит.
Американцы не стали применять к Боливии никаких санкционных мер, так как не видят в соглашениях страны со своими ведущими оппонентами на мировой арене никакой опасности для себя. Администрация США убеждена, что использование аккумуляторных батарей на основе лития если не тупиковый, то далеко не самый перспективный вариант технического и технологического прогресса.
При всех положительных свойствах литиевые источники электроэнергии имеют существенные недостатки. Их производство связано с большим расходом воды. На 1 тонну металла требуется более 2,2 млн тонн воды. Это наносит вред окружающей среде. Кроме того ограничивает разработку литиевых месторождений только странами с преимущественно теплым климатом. Это обусловлено тем, что современная технология получения лития предусматривает откачку рассолов из подземных хранилищ с дальнейшим его выпариванием под солнечными лучами. Поэтому наиболее удобные для освоения месторождения металла расположены в Боливии, Чили, Аргентине и Австралии, где добыча может вестись круглогодично. Прежние лидеры в производстве данного вида химического элемента США и Россия (Советский Союз) вынуждены были прекратить разработку литиевых месторождений, поскольку извлекали его из твердых пород (процесс чрезвычайно дорогостоящий).
Но главным недостатком литиевых аккумуляторов является выделение большого количества тепла. Это снижает КПД аккумулятора и требует внедрения дополнительных мер для защиты элементной базы. Поэтому ученые ведут исследования по созданию альтернативных литий-ионным аккумуляторам источников электропитания. Перспективным представлялось применения ванадия, так как он – единственный химический элемент, способный накапливать и отдавать электрический ток. Литиевые аппараты состоят из двух и более компонентов. Однако плотность энергии ванадия существенно уступает литию.
Большие надежды связываются с возможностью создания аккумуляторов на основе натрия. Металл входит в ту же щелочную группу, что и литий. Но он экологически менее вреден, по цене дешевле лития и в нем нет дефицита для производителей. Однако пока обнадеживающих результатов не получено. Наиболее интенсивные исследования ведутся в РФ. Основная проблема связана с тем, что натриево-ионные аккумуляторы уступают литиевым аналогам по мощности, так как имеют низкое номинальное напряжение. Кроме того, натрий в три раза тяжелее лития. Это затруднит применение натриевой продукции в гаджетах и электромобилях. По этой же причине не подходит использование железа, хотя по окислительным параметрам оно превосходит литий.
Интересные лабораторные результаты получены при создании батарей с использованием магния. Плотность энергии у него выше в сравнении с литием. За счет химических и физических особенностей элемента аппараты способны вырабатывать почти в 2 раза больше электрической энергии. Но пока исследования находятся в зачаточном состоянии.
Внимание экспертного сообщества привлекла разработка фирмы EnZinc (США) по производству цинковых аккумулирующих изделий. Не перезаряжаемые батареи из этого металла известны давно. Но первые результаты исследований по замене в аккумуляторах лития на более дешевый и экологичный цинк появились в 2021 году. Компания уже продемонстрировала первые опытные модели батарей с емкостью 460 Вт•ч/кг, что почти в 4 раза (120 Вт•ч/кг) превышает показатель литий-ионных аппаратов. Стоимость цинковых энергонакопителей составляет 100 долларов США за кВт, в то время как цена самых простых литий-ионных батарей превышает 200 американских долларов за кВт.
EnZinc приступила к реализации программы серийного производства цинковой продукции для использования в электронике, автомобилестроении, электроэнергетике и других отраслях экономики. Несмотря на разработку многочисленных вариантов создания новых источников питания, по принципу действия они мало чем отличаются от литий-ионных батарей. Выигрывая по одним техническим характеристикам, уступают литиевым аналогам по другим показателям.
В связи с этим ученые ряда стран, прежде всего США и РФ, решили пойти по концептуально иному пути, который в обозримой перспективе сместит с «пьедестала» литий. Основная идея связана с устранением фундаментальных недостатков источников питания. Устройства, использующие аккумуляторы, становятся сложнее. Потребляемое количество энергии увеличивается, значительная ее часть превращается в тепловую. Решение проблемы кроется в снижении аппаратом энергопотребления. Для достижения этой цели корпорация IBM создала компактный 2-нм (нм – нанометры) процессор.
В 2021 году компания IBM объявила о создании 2-нм процессора. Массачусетский технологический институт и TSMC (Тайвань) вплотную приблизились к созданию 1-нм чипов. Серьезный удар по литию будет нанесен с началом масштабного выпуска атомных аккумуляторов. На данном направлении лидирующие позиции принадлежат России и США.
Технологические гиганты «Росатом», Московский институт стали и сплавов, американская Nano Diamond Battery работают над конструированием источников питания с применение изотопов углерода-16, никеля-63 и водородр-3 (трития). В случае с тритием литий все же необходим, так как тяжелый водород (Н3) получают путем облучения этого металла.
Атомные источники электрической энергии долговечны. Срок их службы зависит от периода полураспада изотопа. Для трития он составляет 12,5 лет, для углерода на порядок больше. Изделия по всем параметрам превосходят аналоги. Они уже применятся в медицине (например, кардиостимуляторы), космической отрасли и атомной промышленности. Имеются образцы батарей для смартфонов и ноутбуков. Проектируются атомные аккумуляторы для электромобилей. Таким образом, дальнейший технический прогресс в этой сфере существенно сузит область применения лития.
