صناعة الليثيوم: الحاجة إلى تحسين البصمة الكربونية واستهلاك المياه

مواد أولية في بطارية السيارة باستخدام مثال 200 كجم. المصدر ISE AG

بغض النظر عن كيمياء البطاريات التي ستسود في السيارات الكهربائية في السنوات القادمة: سيظل الليثيوم مكونًا لا يمكن الاستغناء عنه في بطاريات القيادة في المستقبل. سيزداد الطلب على المعدن الخفيف بشكل كبير في السنوات القادمة - ومعه المشاكل البيئية المرتبطة بالتعدين.

على الرغم من جائحة كوفيد والحرب في أوكرانيا ، فإن الطلب على السيارات الكهربائية يكتسب زخمًا. ليس أقلها لأن السياسيين في العديد من البلدان قد حددوا تاريخ انتهاء صلاحية لإنتاج سيارات الاحتراق - حدد الاتحاد الأوروبي موعدًا نهائيًا هو 2035.

في عام 2022 ، ستكون أكثر من 17 مليون سيارة كهربائية (بما في ذلك السيارات الهجينة الموصولة بالكهرباء) على الطرقات في جميع أنحاء العالم ، نصفها في الصين. في عام 2021 ، بلغ عدد المسجلين الجدد في جميع أنحاء العالم سبعة ملايين. في ألمانيا ، تريد الحكومة الفيدرالية مضاعفة عدد المركبات التي تعمل بالكهرباء إلى 2030 مليونًا بحلول عام 15. وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، من أجل تحقيق الحياد المناخي العالمي بحلول عام 2050 ، يجب أن تكون ملياري سيارة كهربائية على طرق العالم.

اختناقات الليثيوم أمر لا مفر منه

وبالتالي فإن الحركة الكهربائية هي المحرك الرئيسي للطلب على الليثيوم. وفقًا لتقديرات صناعة الليثيوم ، يأتي ثلاثة أرباع الطلب على الليثيوم من بطاريات السيارات الكهربائية. في عام 2021 ، بلغ إنتاج الليثيوم العالمي ما يقرب من 100.000 طن من معدن الليثيوم النقي. بزيادة قدرها 21 في المئة مقارنة بالعام السابق. ارتفع الاستهلاك أكثر في عام 2021 بمقدار الثلث إلى 93.000 طن. تتوقع شركة Fastmarkets المحللة أن يكون الطلب أعلى قليلاً من العرض في وقت مبكر من العام المقبل. ومن المتوقع أن يتكثف هذا الاتجاه باطراد حتى عام 2030. من حوالي عام 2028 ، يتوقع العديد من المحللين نقصًا خطيرًا في منتجات الليثيوم التي تعمل بالبطاريات.

تؤدي كهربة التنقل من أجل حماية المناخ إلى سباق أكثر شراسة للوصول إلى "الذهب الأبيض" في ضوء النقص المتوقع. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، تبرز أهمية تعدين معادن البطاريات بطريقة صديقة للبيئة ومسؤولة اجتماعيًا. يهتم مصنعو السيارات الألمان بشكل خاص بالليثيوم المستدام ، لأسباب ليس أقلها قانون سلسلة التوريد. لأن السيارات "النظيفة" نظيفة تمامًا مثل سلسلة التوريد الخاصة بها. إذن من أين يأتي الليثيوم في السيارات الكهربائية المصنوعة في ألمانيا وما البصمة التي يتركها التعدين والمعالجة الإضافية؟ وفقًا للشركة ، يأتي الليثيوم في السيارات الكهربائية من Mercedes Benz AG ومجموعة فولكس فاجن من أستراليا وتشيلي ، بينما تأتي BMW من أستراليا والأرجنتين.

الإسبودومين ، خام حاملي الليثيوم

يأتي أكثر من نصف "الذهب الأبيض" المستخرج من جميع أنحاء العالم حاليًا من أستراليا ، حيث تم استخراج 55.000 ألف طن من الليثيوم العام الماضي. يُستخرج الليثيوم من الإسبودومين ، وهو خام يحتوي على الليثيوم ، في التعدين المكشوف الكلاسيكي. براتب ستة في المائة ، فإن الودائع الأسترالية جذابة للغاية. أستراليا الغربية هي أيضًا موطن لأكبر منجم لليثيوم في العالم ، Greenbushes ، المملوك للولايات المتحدة والصينيين والأستراليين. تمتلك شركة البيرمارلي الأمريكية العملاقة للكيماويات 49 في المائة ، ومنتج الليثيوم الصيني تيانكي 26,01 في المائة وشركة التعدين الأسترالية IGO 24,99 في المائة. تقدر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية احتياطيات أستراليا بنحو 5,7 مليون طن.

بواسطة سفينة ديزل إلى الصين

ومع ذلك ، لم تتم معالجة خام الليثيوم في أستراليا. يتم إحضارها إلى الصين بواسطة سفن تعمل بالديزل. من أجل جعل الليثيوم مناسبًا للبطاريات ، يتم تسخين الخام إلى 1000 درجة مئوية في محطات تحويل كثيفة الاستهلاك للطاقة ، وعادة ما يتم تشغيلها بالفحم ، ومعالجتها بمواد كيميائية للحصول على كربونات الليثيوم أو هيدروكسيد الليثيوم.

وفقًا لحسابات روسكيل ، تنبعث تسعة أطنان من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من مكافئ كربونات الليثيوم المكرر (LCE). مع زيادة الطلب على الليثيوم هذا العقد ، تتوقع روسكيل أن انبعاثات الكربون من إنتاج الليثيوم ستزيد ستة أضعاف بحلول عام 2. على الرغم من أن إنتاج السيارات الكهربائية أكثر كثافة من ثاني أكسيد الكربون من إنتاج سيارات الاحتراق ، توصلت العديد من الدراسات إلى استنتاج مفاده أنها تقلل من حقيبة الظهر CO2 على مدار عمر السيارة وتكون عمومًا أكثر ملاءمة للمناخ من محركات الاحتراق. ومع ذلك ، لا تزال الأسئلة بلا إجابة ، مثل مدى كفاءة إنتاج البطاريات وما هي مصادر الطاقة التي سيتم استخدامها لشحن العدد المتزايد من السيارات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لتوصية الشركة المصنعة ، يجب استبدال البطاريات كل ثماني إلى عشر سنوات.

بعد كل شيء ، يمكن أن يتحسن توازن ثاني أكسيد الكربون في الليثيوم الأسترالي قريبًا أثناء النقل. منذ مايو ، كان المشروع المشترك الصيني الأسترالي Tianqi Lithium Energy Australia أول مصفاة لتكرير الليثيوم في أستراليا لإنتاج هيدروكسيد الليثيوم. كما شيد المنافس الأمريكي ألبيرمارلي مصفاة لتكرير الليثيوم على بعد 2 كيلومتر شمال منجم جرينبوشيس. لكن ستمضي بضع سنوات قبل أن تتمكن المصفاتان من معالجة سعة كافية وستغادر أطنان كثيرة من خام الليثيوم الموانئ الأسترالية إلى الصين.

البصمة الكربونية لليثيوم آخذة في الازدياد

يقدر مختبر أرجون الوطني ، وهو معهد أبحاث تابع لوزارة الطاقة الأمريكية ، نسبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من كربونات الليثيوم في بطارية ليثيوم أيون بنحو أربعة بالمائة. تشير شركة الاستشارات الإدارية Minviro ، المتخصصة في تحليلات دورة الحياة للتعدين ، إلى توقعات السوق التي تفترض أنه سيتم استبدال كربونات الليثيوم بشكل متزايد بهيدروكسيد الليثيوم في المستقبل لأنه يضمن مدى أطول بسبب كثافة الطاقة العالية. من أجل الحصول على هيدروكسيد الليثيوم ، من الضروري إجراء عمليات إضافية ، والتي ترتبط باستهلاك أعلى للطاقة وبالتالي انبعاثات أعلى.

ومع ذلك ، فإن الانبعاثات الناتجة عن إنتاج هيدروكسيد الليثيوم تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على مصدر الليثيوم. في تحليل دورة الحياة ، قام Minviro بحساب الانبعاثات من مصادر مختلفة. يأتي هيدروكسيد الليثيوم من فئة البطارية ، والذي يأتي من رواتب الأرجنتين ، في المقدمة بثمانية أطنان من ثاني أكسيد الكربون لكل طن. عند 2 طناً ، يحتوي هيدروكسيد الليثيوم من الإسبودومين الأسترالي على انبعاثات تقارب ضعف تلك الانبعاثات. إذا لم تتمكن صناعة الليثيوم من تقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير أثناء الإنتاج ، فإن النسبة المنسوبة إلى الليثيوم في البطارية ستزيد من أربعة إلى 15 إلى 20 في المائة.

الإجهاد المائي في مثلث الليثيوم

يعتبر إنتاج الليثيوم في أمريكا الجنوبية أكثر ملاءمة للمناخ. يقع 70 في المائة من احتياطيات الليثيوم في العالم في ما يسمى بمثلث الليثيوم ، والذي يمتد عبر الهضاب الجافة في تشيلي والأرجنتين وبوليفيا. يتم كسب المعدن الخفيف هنا من المياه المالحة التي يتم ضخها من عمق عدة مئات من الأمتار إلى السطح في أحواض التبخر. محتوى الليثيوم في المحلول الملحي أقل بكثير من واحد بالمائة. يستغرق الأمر ما يصل إلى اثني عشر شهرًا لتبخر كمية كافية من الماء قبل زيادة محتوى الليثيوم إلى ستة بالمائة. على الرغم من أن عملية التبخر تستغرق وقتًا طويلاً ، إلا أنها تستخدم الطاقة الشمسية الطبيعية فقط ، والتي لها تأثير إيجابي على توازن ثاني أكسيد الكربون. يتم إنتاج مرحلة أولية من كربونات الليثيوم القادرة على استخدام البطاريات في الموقع ، ويتم بعد ذلك شحن معظمها أيضًا إلى الصين للمعالجة. في حين أن البصمة الكربونية لا تزيد عن ثلث تلك الموجودة في الليثيوم من الإسبودومين الأسترالي ، فإن استخراج الطاقة الشمسية يضع ضغطًا على أنظمة المياه في المنطقة القاحلة للغاية. يتم استخدام ما يصل إلى مليوني لتر من الماء لطن واحد من الليثيوم.

مثلث الليثيوم داخل المنطقة القاحلة بأمريكا الجنوبية

يأتي 70 في المائة من الليثيوم المشتق من المحلول الملحي من مناطق مصنفة على أنها عالية المخاطر على المياه من قبل أطلس مخاطر المياه التابع لمعهد الموارد العالمية. اشتكى السكان ، ومعظمهم من السكان الأصليين الذين عاشوا على حافة الصحراء من الزراعة وتربية الحيوانات لعدة قرون ، من نقص المياه منذ استخراج الليثيوم على نطاق واسع. بين عامي 2000 و 2015 ، تم سحب 21 في المائة من المياه من منطقة أتاكاما أكثر مما تم توفيره عن طريق الأمطار أو المياه الذائبة.

أنظمة المياه الجوفية الصندوق الأسود

يلاحظ السكان أيضًا انخفاضًا في عدد طيور الفلامنجو ، التي تعيش في بحيرات الملح على ارتفاعات تصل إلى 4000 متر. تتكاثر الحيوانات التي تتكيف مع المياه شديدة الملوحة وتتغذى على الأرتيميا. تؤكد دراسة أجراها باحثون بريطانيون هذا العام ملاحظات السكان. وفقًا للمؤلفين ، انخفض عدد الحيوانات في سالار دي أتاكاما ، حيث يتركز تعدين الليثيوم ، بنسبة عشرة إلى اثني عشر بالمائة. يعزون الخسارة إلى تعدين الليثيوم لأنه ، وفقًا للباحثين ، ظل عدد طيور النحام ثابتًا في مناطق مماثلة حيث لا يتم استخراج الليثيوم. يغير التعدين تركيزات الملح في سلالم ، مما يؤثر على النظام البيئي.

يشك العلماء أيضًا في أن إزالة كميات كبيرة من المياه المالحة لها تأثير سلبي على خزانات المياه العذبة المجاورة لأنها تغرق وتصبح مملحة. تنكر شركتا Albermarle و SQM ، اللتان تستخرجان الليثيوم في تشيلي ، أن انخفاض المياه له علاقة بإنتاج الليثيوم. على الرغم من أن شيلي شهدت جفافا فريدا تاريخيا لمدة اثني عشر عاما ، لا تكاد توجد أي دراسات تتعامل مع البحث في أنظمة المياه الجوفية وتأثيرات تعدين الليثيوم.

تحاول شركات تصنيع السيارات الألمانية Mercedes-Benz و Volkswagen و BMW تسليط الضوء على أجزاء من سلاسل التوريد الخاصة بها من خلال إجراء الدراسات والدخول في حوار مع أصحاب المصلحة المحليين. هذا العام ، أصدرت جامعة ماساتشوستس أمهيرست وجامعة ألاسكا أنكوراج دراسة بتكليف من BMW و BASF. توصلت إلى استنتاج مفاده أن استخراج المياه المالحة أثناء تعدين الليثيوم لا يرتبط بالتغيرات في المياه السطحية أو في المياه الجوفية. وجد المؤلفون أن الماء في النظم البيئية يزيد عمره عن 65 عامًا. وهذا يعني أن أنظمة المياه تستجيب للتغيرات في استخدام المياه والمناخ بشكل أبطأ بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. قد تمر عقود قبل أن تظهر آثار تعدين الليثيوم في أنظمة المياه ، الأمر الذي يتطلب مراقبة دقيقة.

على عكس تشيلي ، حيث تم استخراج الليثيوم منذ الثمانينيات ، يعد تعدين الليثيوم على نطاق واسع جديدًا نسبيًا في الأرجنتين المجاورة. منذ عام 1980 ، يقوم مشروع مشترك بين شركة التعدين الأسترالية Allkem وتاجر المعادن الياباني Toyota Tsusho والحكومة الإقليمية بإنتاج الليثيوم من Salar Olaroz-Cauchari. وهناك أيضا عدد من مشاريع التعدين في طور الإعداد. ويشكو جيران Salar Olaroz-Cauchari الآن أيضًا من مشاكل إمدادات المياه. وبالتعاون مع العلماء والمنظمات غير الحكومية ، يطالبون بوقف تعدين الليثيوم في الأرجنتين حتى تتم دراسة أنظمة المياه الجوفية وتأثيرات تعدين الليثيوم بشكل أفضل. لكن حكومة الدولة المثقلة بالديون لديها مصلحة كبيرة في كسب لقمة العيش من تعدين الليثيوم. في هذا العام فقط قررت شركة الغاز والنفط المملوكة للدولة YPF استخراج الليثيوم نفسه في فيامبالا ، غرب مقاطعة كاتاماركا.

تعتمد BMW على DLE

يعتبر DLE ، استخراج الليثيوم المباشر ، بديلاً أكثر صداقة للبيئة لأحواض التبخير. تستخدم شركة Livent الأمريكية هذه الطريقة بنجاح لسنوات عديدة في Salar de los Muertos في الأرجنتين. تضمن الطريقة الاستخدام المستدام للمياه وتقليل التأثير على النظم البيئية المحلية ، كما تؤكد مجموعة BMW ، التي وقعت عقد توريد متعدد السنوات مع Livent في عام 2021 بقيمة 285 مليون يورو. بالإضافة إلى ذلك ، توفر شركة Livent ، التي يشمل عملاؤها Tesla ، بيانات مهمة عن الدراسة التي بدأتها BMW حول تعدين الليثيوم المسؤول ، وفقًا للمجموعة.

يشتمل DLE على عدد من التقنيات المختلفة التي يتم من خلالها استخلاص الليثيوم من المحلول الملحي. وتشمل هذه التقنيات الترسيب الكيميائي أو الامتزاز أو الاستخلاص بالمذيبات أو تقنيات الأغشية. التحدي هو أن DLE يجب أن يتكيف مع مصدر الليثيوم ذي الصلة لأن التركيب المعدني للمحاليل الملحية يختلف اختلافًا كبيرًا. لذلك لا يمكن تحويل الإجراء الحي من شخص إلى آخر إلى رواتب أخرى. Livent هي واحدة من الشركات القليلة التي تنتج الليثيوم تجاريًا باستخدام DLE. لا تزال شركات مثل Australian Vulcan Energy ، التي تريد تعدين الليثيوم في Rheingraben الألمانية ، تبحث عن تقنية DLE المناسبة التي يمكن استخدامها أيضًا على نطاق واسع.

معهد الأرض النادرة والمعادن ، نوفمبر 2022

يرجى متابعتنا ووضع إعجاب على: