Értékes alapanyagok az elemek számára Az elektronikus mobilitás drága vállalkozás lehet
A lítiumot és a kobaltot az elektromobilitás kulcsfontosságú elemének tekintik. A két fém a lítium-ion akkumulátorokban található, amelyek nagy energiasűrűségük miatt az újratölthető akkumulátorok között erőműnek számítanak. Már szinte az összes mobiltelefont, okostelefont és laptopot ellátják villamos energiával, és egyre inkább elektromos kerékpárral és elektromos autóval is. Az elektromobilitás piaca pedig csak most kezd fellendülni. A lítium és a kobalt világpiaci ára ennek megfelelően megugrott. Az összes nagyobb autóipari csoport most megpróbálja biztosítani az áhított anyagokhoz való hozzáférést.
De a globális tartalékok korlátozottak, és némelyikük a világ politikailag instabil régióiban található. A szakértők már régóta figyelmeztetnek arra, hogy mindkét fém iránti kereslet globális növekedése hamarosan hiányhoz vezethet, és ezáltal költségrobbanáshoz vezethet az alapanyagok piacán. Az elemek belátható időn belül megfizethetetlenné válhatnak, habár áraik az utóbbi időben erősen visszaestek, félő. Egy új tanulmányban a Karlsruhe Műszaki Intézet és az ulmi Helmholtz Intézet tudósai megvizsgálták, hogy is zajlik valójában a nyersanyagellátás, várhatók-e szűk keresztmetszetek és áremelkedések.
Ha újratölthető áramforrásokról van szó, a lítium és a kobalt jelenleg nincs megkerülve. A lítium a legkönnyebb fém a periódusos rendszerben, ugyanakkor ideális elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Az alkálifém nagy mennyiségben van jelen a katód anyagában, nevezetesen a kobalttal együtt kevert oxid formájában. Az anyagok kombinációja végül biztosítja az akkumulátor hosszú élettartamát, energia- és energia-sűrűségét. A kis akkumulátorok csak viszonylag kis mennyiségben tartalmaznak alkálifémet: a mobiltelefon csak 2-3 grammot tartalmaz. Az elektromos autóhoz azonban több kilogrammra van szükség. A kobalt esetében hasonló a helyzet.
A lítium-alapú elemek drágulhatnak
Még most, még mielőtt az elektromobilitás korszaka valóban elkezdődött volna, a lítium és a volfrám iránti kereslet óriási, amint azt a Daniel Buchholz-szal dolgozó kutatók írják a „Nature Reviews Materials” című folyóiratban. Az amerikai kartográfiai ügynökség, az USGS által a tanulmányban idézett friss jelentés szerint a 2017-ben előállított 35 000 tonna lítiumból 46 százalékot használtak fel az elemek gyártásához. 2025-ben ennek legalább 70 százalékosnak kell lennie. Az azonosított lítiumkészleteket világszerte 14,3 millió tonnára becsülik. A kobalt esetében a tavaly kitermelt mennyiség körülbelül felét használták fel akkumulátorokban. A kereslet várhatóan 2025-ben is növekedni fog.
Noha a globális lítiumkészletek kétharmada Dél-Amerika három országában (Chile, Bolívia, Argentína) koncentrálódik, Buchholz kutatói a rendelkezésre álló tartalékokat elegendőnek és biztonságosnak tartják az elkövetkező évtizedekre. A növekvő kereslet kielégítéséhez azonban növelni kell a termelést - esetleg akár a tízszeresét is. A három dél-amerikai ország reagált a megnövekedett keresletre és nagy termelő létesítményeket hozott létre.
A karlsruhei és ulmi tudósok sokkal kritikusabbnak ítélik meg a kobaltkészleteket. Noha nagy mennyiségek a szunnyadó földön fekszenek, a rendelkezésre állás elsősorban földrajzilag korlátozott. A világszerte bányászott átmeneti fém több mint felét jelenleg a Kongói bányákban tárják fel, ezt az országot évek óta polgárháború tépi. A politikailag rendkívül bizonytalan helyzet miatt félni kell ennek a fontos fémnek a szűk keresztmetszetétől és az áremelkedéstől a kutatók szerint. Kiutat látnak a nikkelben és más kevésbé értékes fémekben. Nagyrészt helyettesíthetik az elektródák kobaltját. Ha a kobaltigényt is így lehetne csökkenteni, a lítiumigény változatlan maradna. A lítium-alapú akkumulátorok ára tehát mindenképpen várható az elkövetkező években. A tudósok környezetbarátabb és olcsóbb alternatívát látnak a nátrium alapú akkumulátorokban. A nátrium, amely szintén alkálifém, csaknem ezerszer olyan gyakran fordul elő, mint a nátrium-klorid vagy a karbonát a földkéregben, és könnyebben és környezetbarátabban bomlik le, mint a lítium.
Azonban a csak három éve piacon lévő nátrium-ion akkumulátorok technikai fejlesztéseket és anyagoptimalizálást igényelnek a súly csökkentése és alacsony energiasűrűségük növelése érdekében. Ez a jelenlegi lítium technológia körülbelül felét teszi ki. A kutatók szerint az alapanyagok hiánya és azok drágulása valószínűleg növeli a lítium és kobalt nélkül nélkülöző akkumulátor rendszerek fejlesztésére nehezedő nyomást. A tanulmány részletes költségelemzése azonban azt is megmutatja: Az alacsony alapanyagárak ellenére a nátrium-alapú akkumulátorok gyártása elvileg aligha lesz olcsóbb, mint a lítium tároló rendszerek gyártása.