Lit jest jednym z metali, które znalazły się na liście w rozporządzeniu Unii Europejskiej w sprawie surowców krytycznych Critical Raw Materials Act (CRMA) obowiązującym od wiosny zeszłego roku. Dokument ten jest reakcją UE na niespokojną sytuację geopolityczną i zarazem refleksją po pandemii. Rozumiejąc, że czynniki zaburzające łańcuchy dostaw kluczowych surowców wpływają na ciągłość działania strategicznych sektorów gospodarki i możliwości ich rozwoju, zdecydowano się na podjęcie działań mających zabezpieczyć kraje członkowskie UE przed skutkami podobnych zdarzeń w przyszłości.
Groźny monopol jednego państwa
Zapotrzebowanie na surowce krytyczne zwiększa się nie tylko w Unii Europejskiej, ale i globalnie, napędzane digitalizacją i dekarbonizacją gospodarek. Wśród ich kluczowych odbiorców wymienia się przemysł, energetykę odnawialną, lotnictwo, branżę kosmiczną i obronność. Ich dostępność w Europie jest kluczowa dla możliwości spełnienia do 2030 roku celów klimatycznych i w zakresie cyfryzacji, jakie postawiła sobie UE. Oczekuje się, że w związku z nimi przykładowo popyt na gal wykorzystywany w produkcji półprzewodników wzrośnie w Unii Europejskiej do 2050 roku siedemnastokrotnie, na metale ziem rzadkich sześciokrotnie do 2030 roku i siedmiokrotnie do 2050, a w przypadku litu – odpowiednio aż dwunastokrotnie i dwudziestojednokrotnie!
Tymczasem w zakresie dostaw surowców krytycznych Europa opiera się głównie na imporcie i to często z jednego kraju lub regionu. Przykładowo 97% magnezu wykorzystywanego w UE pochodzi z Chin, Turcja dostarcza nam 98% boranu, a RPA pokrywa 71% zapotrzebowania Unii na metale z grupy platynowców. Uzależnienie od jednego dostawcy to zresztą problem globalny. Na przykład 63% kobaltu wykorzystywanego na świecie do produkcji baterii wydobywa się w Demokratycznej Republice Konga, a 60% rafinuje w Chinach, podobnie jak aż 100% metali ziem rzadkich, które są globalnie wykorzystywane do produkcji magnesów trwałych.
Jest to niebezpieczne z kilku powodów. Na przykład w razie zaburzeń łańcuchów dostaw na skutek pandemii, konfliktu zbrojnego lub klęski żywiołowej na ogromną skalę pojawiają się opóźnienia i przerwy. Monopol jednego państwa bądź regionu na dostarczanie konkretnego surowca może także stać się narzędziem szantażowania jego odbiorców przez dostawcę. Na takie właśnie zagrożenia Unię Europejską ma przygotować CRMA.
Cele CRMA
Rozporządzenie UE w sprawie surowców krytycznych ma zapewnić bezpieczeństwo ich dostaw. W tym celu CRMA opiera się na czterech filarach. Po pierwsze, zostały w nim zdefiniowane priorytety w zakresie wzmocnienia łańcuchów dostaw surowców krytycznych. W ramach ich dookreślenia w dokumencie przedstawiono listę surowców krytycznych i dodatkowo spis tych strategicznych oraz podano docelowe wartości wskaźników charakteryzujących możliwości państw członkowskich w zakresie wydobycia, przetwórstwa i odzyskiwania surowców krytycznych oraz ukierunkowujących dywersyfikację ich importu.
Jeżeli chodzi o te drugie, założono, że wydobycie, przetwórstwo i recykling w UE każdego surowca z listy powinny wynosić co najmniej odpowiednio 10%, 40% i 25% jego rocznego zużycia w UE. Oprócz tego nie więcej niż 65% jego rocznego zużycia w Unii może opierać się na dostawach z jednego państwa trzeciego. Z kolei w ramach rozróżnienia między krytycznymi a strategicznymi surowcami za te drugie uznane zostały te wykorzystywane w sektorach kluczowych jak energetyka odnawialna, technologie cyfrowe, lotnictwo i obronność, których prognozowany wzrost popytu w porównaniu z aktualnym poziomem ich podaży, w połączeniu z trudnościami ze zwiększeniem produkcji, stworzy prawdopodobnie ryzyko problemów z ich dostawami w niedalekiej przyszłości. Obie listy, liczące obecnie 16 surowców strategicznych i 34 krytyczne, mają być aktualizowane przynajmniej co 3 lata.
Drugim filarem CRMA są środki mające na celu poprawę obiegu zamkniętego oraz efektywniejsze wykorzystanie surowców krytycznych. Oprócz tego, żeby wzmocnić odporność łańcuchów dostaw, rozporządzenie określa rozwiązania w zakresie ich monitorowania i łagodzenia ryzyka zakłóceń oraz wymiany informacji i koordynacji między państwami członkowskimi w zakresie zapasów. Aby z kolei zdywersyfikować import UE ma m.in. rozszerzać sieć partnerów strategicznych, zawierając umowy handlowe z krajami, które już produkują lit i tymi, które mają jego udokumentowane złoża z projektami inwestycji w ich eksplorację w toku, jak Argentyna, Kanada, Chile, Demokratyczna Republika Konga, Grenlandia (Dania), Namibia, Norwegia, Rwanda czy Uzbekistan. Poza tym zwalczane będą nieuczciwe praktyki handlowe w zakresie surowców krytycznych. Zwiększyć ma się również skuteczność egzekwowania dotyczących ich przepisów.
Techniki wydobycia litu
Lit w CRMA wpisano zarówno na listę surowców krytycznych, jak i strategicznych. Podkreśla to jego znaczenie dla gospodarki UE. Niestety, do osiągnięcia celów, które zostały postawione w tym rozporządzeniu, przed państwami członkowskimi daleka droga. Według European Lithium Institute Unia Europejska aktualnie importuje ponad 80% nieprzetworzonego i aż 100% przetworzonego litu. Obniżenie tych wartości, nie mówiąc już o zapewnieniu pełnej samowystarczalności, będzie bardzo trudne ze względu na specyfikę europejskich złóż tego surowca.
(źródło: IDTechEx)
2. Udział różnych metod ekstrakcji litu w 2035 roku
(źródło: IDTechEx)
Lit wydobywa się dwoma metodami, dokonując jego ekstrakcji z twardych minerałów skalnych lub z solanki. Jak się okazuje, udział obu typów złóż w całkowitej produkcji Li nie jest proporcjonalny do ich wielkości. Chociaż bowiem zasoby solanki stanowią około 60% światowych rezerw litu, odpowiadają jedynie za około 35% jego światowej produkcji. Natomiast niszczące dla środowiska wydobycie twardych skał, których jest mniej, ponieważ stanowią zaledwie około 30% światowych zasobów Li, jest źródłem ponad 60% jego globalnej produkcji. Wynika to stąd, że potencjał solanki pozostaje w znacznym stopniu niewykorzystany. Jest to skutkiem specyfiki techniki pozyskiwania z niej litu.
Jego ekstrakcja odbywa się w specjalnych zbiornikach odparowujących, trwa od roku do dwóch lat, przy wydajności na poziomie zaledwie 40‒60%. Ani pod względem szybkości, ani wydajności ten sposób nie może konkurować z metodą wydobycia litu ze skał twardych. Poza tym, oprócz zasobów solanki w odpowiedniej ilości, na opłacalność oraz wykonalność wydobycia tą techniką wpływają warunki klimatyczne oraz dostępność gruntów do zagospodarowania pod infrastrukturę zbiorników odparowujących. Spełnienie tych wymogów jednocześnie jest ograniczone do określonych lokalizacji.
Metody niekonwencjonalne
W związku z szybko rosnącym zapotrzebowaniem na lit tradycyjna metoda jego pozyskiwania z solanki traci na znaczeniu na rzecz niekonwencjonalnych technik bezpośredniej ekstrakcji DLE (Direct Lithium Extraction). Są szybsze, wydajniejsze i nie wymagają korzystania ze zbiorników do odparowania. Oprócz tego prawdopodobnie umożliwią również wykorzystanie szerszego zakresu rodzajów solanki, takich jak na przykład solanki geotermalne. Jest to kluczowa zaleta w kontekście specyfiki europejskich zasobów Li.
Obecnie najbardziej znana i sprawdzona komercyjnie technika DLE polega na adsorpcji. Jest ona wykorzystywana m.in. w eksploracji złóż litu w Argentynie i Chinach. W tym przypadku używa się sorbentów na bazie aluminium do wychwytywania litu i wody w celu uwolnienia soli litu, zwykle chlorku litu, w procesie desorpcji. Roztwór zawierający wymyty lit jest określany jako eluat. Drugą najbardziej rozwiniętą techniką jest wymiana jonowa.
Metoda ta do wychwytywania litu wykorzystuje sorbenty na bazie manganu albo tytanu. Sole litu (chlorek litu lub siarczan litu) są uwalniane przez wymywanie kwasem, na przykład solnym. Istotną zaletą techniki wymiany jonowej jest możliwość ekstrakcji litu z solanek o jego niższej zawartości (poniżej 100 mg/l) i wytwarzania eluatu o jego wyższych stężeniach (zwykle ponad 2000 mg/l), bez konieczności stosowania technik wstępnego lub końcowego zagęszczania. Wyzwaniem jest jednak wymóg użycia kwasów oraz zużywanie się z czasem materiałów jonowymiennych. To hamuje komercjalizację tej metody.
Europejskie zasoby litu
Inne metody DLE też są we wczesnej fazie rozwoju. Przykładowo ekstrakcja rozpuszczalnikowa i membranowa są dopiero na etapie pierwszych demonstracji, podczas gdy elektrochemiczne i chemiczne wytrącanie pozostają jeszcze w fazie testów laboratoryjnych. Konieczne są dalsze prace w celu rozwinięcia tych technik, w tym pod względem opłacalności, jeżeli mają konkurować z tradycyjną metodą odparowywania solanki. Brak też niestety jak na razie dowodów na to, że sprawdzą się w przypadku niekonwencjonalnych zasobów, jak solanki geotermalne, chociaż, jak pisaliśmy, jest to prawdopodobne.
Jest to kluczowe dla przyszłości wydobycia Li w UE, ponieważ zasoby solanki litowej w Europie są klasyfikowane właśnie jako niekonwencjonalne w odróżnieniu od tych, które można odparowywać. Są to przede wszystkim solanki geotermalne zlokalizowane pod ziemią, m.in. we Francji i w Niemczech. Ze względu na ich wysokie temperatury (typowo od +120 do +300°C) i właściwości chemiczne tradycyjna technika ich odparowywania w zbiorniku w tym przypadku się nie sprawdzi. W tym typie zasobów pokłada się jednak duże nadzieje na rozwinięcie lokalnego wydobycia Li, szczególnie że dodatkowo energię geotermalną można by wykorzystać do zasilania procesów jego przetwarzania na miejscu.
Bez odpowiednich metod ekstrakcji litu niestety nie uda się odblokować potencjału europejskich zasobów solanki geotermalnej. Pozostanie wówczas opieranie się na wydobyciu Li w kopalniach, co obecnie ma miejsce wyłącznie w Portugalii i to nie na użytek produkcji akumulatorów, ale na potrzeby przemysłu ceramicznego. To na pewno jednak nie zapewni Europie samowystarczalności.
Monika Jaworowska
