Lityum endüstrisi: karbon ayak izi ve su tüketiminde iyileştirme ihtiyacı
200 kg'lık bir örnek kullanarak bir araba aküsünde ham maddeler. Kaynak İMKB AG
Önümüzdeki yıllarda elektrikli otomobillerde hangi pil kimyası geçerli olursa olsun: Lityum, gelecekte sürücü pillerinde vazgeçilmez bir bileşen olmaya devam edecek. Hafif metale olan talep önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artacak ve bununla birlikte madencilikle ilgili ekolojik sorunlar da artacak.
Covid pandemisine ve Ukrayna'daki savaşa rağmen elektrikli otomobillere olan talep ivme kazanıyor. Pek çok ülkedeki politikacılar yanmalı araba üretimi için bir son kullanma tarihi belirledikleri için - AB, 2035 için bir son tarih belirledi.
2022'de yarısı Çin'de olmak üzere 17 milyondan fazla elektrikli otomobil (fişli hibrit otomobiller dahil) dünya çapında yollarda olacak. 2021'de dünya çapında yeni kayıt sayısı yedi milyondu. Almanya'da federal hükümet, elektrikle çalışan araç sayısını 2030 yılına kadar ikiye katlayarak 15 milyona çıkarmak istiyor. Uluslararası Enerji Ajansı'na göre, 2050 yılına kadar küresel iklim nötrlüğüne ulaşmak için iki milyar elektrikli otomobilin dünya yollarında olması gerekiyor.
Lityum darboğazları kaçınılmaz
Bu nedenle elektromobilite, lityum talebinin önemli bir itici gücüdür. Lityum endüstrisinden yapılan tahminlere göre, lityum talebinin dörtte üçü elektrikli otomobiller için pillerden geliyor. 2021'de küresel lityum üretimi neredeyse 100.000 ton saf lityum metaliydi. Bir önceki yıla göre yüzde 21 artış. Tüketim 2021'de daha da artarak üçte bir oranında 93.000 tona yükseldi. Analist firma Fastmarkets, talebin gelecek yılın başlarında arzdan biraz daha yüksek olmasını bekliyor. Bu eğilimin 2030 yılına kadar istikrarlı bir şekilde yoğunlaşması bekleniyor. 2028 civarından itibaren birçok analist, pille çalışabilen lityum ürünlerinde ciddi kıtlıklar bekliyor.
İklimin korunması adına mobilitenin elektrifikasyonu, öngörülebilir kıtlık nedeniyle "beyaz altına" erişim için giderek daha agresif bir yarışa yol açıyor. Ancak aynı zamanda, pil metallerinin çevre dostu ve sosyal açıdan sorumlu bir şekilde çıkarılmasının önemi öne çıkıyor. Özellikle Alman otomobil üreticileri, tedarik zinciri yasası nedeniyle sürdürülebilir lityumla çok ilgileniyor. Çünkü “temiz” arabalar ancak tedarik zincirleri kadar temizdir. Peki, Almanya'da üretilen elektrikli arabalardaki lityum nereden geliyor ve madencilik ve ileri işlemler geride nasıl bir ayak izi bırakıyor? Şirkete göre, Mercedes Benz AG ve Volkswagen Group'un elektrikli araçlarındaki lityum Avustralya ve Şili'den, BMW ise Avustralya ve Arjantin'den geliyor.
Lityum içeren bir cevher olan Spodumene
Şu anda dünya çapında çıkarılan "beyaz altının" yarısından fazlası, geçen yıl 55.000 ton lityumun çıkarıldığı Avustralya'dan geliyor. Lityum, klasik açık ocak madenciliğinde lityum içeren bir cevher olan spodumenden çıkarılır. Yüzde altı maaşla, Avustralya mevduatları çok cazip. Batı Avustralya aynı zamanda ABD, Çinliler ve Avustralyalıların sahibi olduğu dünyanın en büyük lityum madeni Greenbushes'a da ev sahipliği yapıyor. ABD'li kimya devi Albermarle yüzde 49'a, Çinli lityum üreticisi Tianqi yüzde 26,01'e ve Avustralyalı madencilik şirketi IGO yüzde 24,99'a sahip. ABD Jeoloji Araştırması, Avustralya'nın rezervlerinin 5,7 milyon ton olduğunu tahmin ediyor.
Çin'e dizel gemi ile
Ancak lityum cevheri henüz Avustralya'da işlenmedi. Dizel motorlu gemilerle Çin'e getiriliyor. Lityumu piller için uygun hale getirmek için cevher, genellikle kömürle çalışan enerji yoğun dönüştürme tesislerinde 1000 santigrat dereceye kadar ısıtılır ve lityum karbonat veya lityum hidroksit elde etmek için kimyasallarla işlenir.
Roskill'in hesaplamalarına göre, bir ton rafine lityum karbonat eşdeğeri (LCE) başına dokuz ton CO2 salınıyor. Bu on yılda artan lityum talebiyle Roskill, lityum üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarının 2 yılına kadar altı kat artacağını tahmin ediyor. Elektrikli arabaların üretimi, yanmalı arabalardan daha fazla CO2030 yoğun olmasına rağmen, birçok araştırma, bunların arabanın ömrü boyunca CO2 sırt çantasını azalttığı ve genellikle yanmalı motorlardan daha iklim dostu olduğu sonucuna varıyor. Bununla birlikte, pil üretiminin ne kadar verimli hale geleceği ve sayısı artan elektrikli arabaları şarj etmek için hangi güç kaynaklarının kullanılacağı gibi sorular yanıtsız kalıyor. Ayrıca üreticinin tavsiyesine göre piller her sekiz ila on yılda bir değiştirilmelidir.
Ne de olsa, Avustralya lityumunun CO2 dengesi nakliye sırasında kısa sürede iyileşebilir. Mayıs ayından bu yana, Çin-Avustralya ortak girişimi Tianqi Lithium Energy Australia, Avustralya'nın lityum hidroksit üreten ilk lityum rafinerisi oldu. ABD'li rakip Albermarle ayrıca Greenbushes madeninin 100 kilometre kuzeyinde bir lityum rafinerisi inşa etti. Ancak her iki rafinerinin de yeterli kapasiteyi işlemesi birkaç yıl alacak ve tonlarca lityum cevheri Avustralya limanlarından Çin'e gitmiş olacak.
Lityumun karbon ayak izi büyüyor
ABD Enerji Bakanlığı'nın bir araştırma enstitüsü olan Argonne Ulusal Laboratuvarı, bir lityum-iyon pildeki lityum karbonattan kaynaklanan CO2 emisyonlarının oranını yaklaşık yüzde dört olarak veriyor. Madencilik için yaşam döngüsü analizlerinde uzmanlaşmış yönetim danışmanlığı şirketi Minviro, daha yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle daha uzun bir menzil sağladığı için gelecekte lityum karbonatın giderek daha fazla lityum hidroksitle değiştirileceğini varsayan piyasa tahminlerine atıfta bulunuyor. Lityum hidroksit elde etmek için, daha yüksek enerji tüketimi ve dolayısıyla daha yüksek emisyonlarla ilişkili ek işlemler gereklidir.
Bununla birlikte, lityum hidroksit üretiminden kaynaklanan emisyonlar, lityum kaynağına bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Bir yaşam döngüsü analizinde Minviro, farklı kaynaklar için emisyonları hesapladı. Arjantin'deki maaşlardan gelen pil sınıfı lityum hidroksit, ton başına sekiz ton CO2 ile zirveye çıkıyor. 15 tonda, Avustralya spodumenden gelen lityum hidroksit, neredeyse iki kat daha yüksek emisyonlara sahiptir. Lityum endüstrisi, üretim sırasında karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltmayı başaramazsa, bir pilde lityuma atfedilen oran yüzde dörtten yüzde 20'ye, yüzde 30'a çıkacak.
Lityum üçgeninde su stresi
Güney Amerika'daki lityum üretiminin daha iklim dostu olduğu düşünülüyor. Dünyadaki lityum rezervlerinin yüzde 70'i, Şili, Arjantin ve Bolivya'nın kuru platoları boyunca uzanan sözde lityum üçgeninde bulunuyor. Burada hafif metal, buharlaşma havuzlarında birkaç yüz metre derinlikten yüzeye pompalanan tuzlu sudan kazanılır. Tuzlu suyun lityum içeriği yüzde birin oldukça altındadır. Lityum içeriği yüzde altıya çıkmadan önce yeterli suyun buharlaşması on iki aya kadar sürer. Buharlaşma süreci uzun sürse de sadece CO100 dengesi üzerinde olumlu etkisi olan doğal güneş enerjisini kullanır. Pille çalışabilen lityum karbonatın bir ön aşaması sahada üretilir ve bunların çoğu daha sonra işlenmek üzere Çin'e gönderilir. Karbon ayak izi, Avustralya spodumenden elde edilen lityumun yalnızca üçte biri kadar olsa da, güneşten çıkarma aşırı kurak bölgedeki su sistemleri üzerinde baskı oluşturuyor. Bir ton lityum için iki milyon litreye kadar su kullanılıyor.
Güney Amerika'nın kurak bölgesi içindeki Lityum Üçgeni
Tuzlu sudan elde edilen lityumun yüzde 70'i, Dünya Kaynakları Enstitüsü'nün Su Riski Atlası tarafından su açısından yüksek riskli olarak sınıflandırılan alanlardan geliyor. Yüzyıllardır tarım ve hayvancılıkla çölün kenarında yaşayan ve çoğunluğu yerli halktan oluşan bölge sakinleri, büyük ölçekte lityum madenciliği yapıldığından beri su kıtlığından şikayet ediyorlar. 2000 ile 2015 yılları arasında Atacama bölgesinden yağmur veya eriyik suyundan yüzde 21 daha fazla su çekildi.
Kara kutu yeraltı suyu sistemleri
4000 metreye kadar yükseklikteki tuz göllerinde yaşam alanları olan flamingoların sayısında da bölge sakinleri azalma gözlemliyor. Çok tuzlu sulara uyum sağlayan hayvanlar burada ürerler ve salamura karidesiyle beslenirler. İngiliz araştırmacılar tarafından bu yıl yayınlanan bir çalışma, şimdi sakinlerin gözlemlerini doğruluyor. Yazarlara göre, lityum madenciliğinin yoğunlaştığı Salar de Atacama'daki hayvan sayısı yüzde on ila on iki oranında azaldı. Kaybı lityum madenciliğine bağlıyorlar çünkü araştırmacılara göre, lityum madenciliği yapılmayan karşılaştırılabilir alanlarda flamingoların sayısı sabit kaldı. Madencilik, ekosistemi etkileyen maaşlardaki tuz konsantrasyonlarını değiştirir.
Bilim adamları ayrıca, büyük miktarlarda tuzlu suyun çıkarılmasının, komşu tatlı su rezervuarları üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olduğundan şüpheleniyorlar çünkü bunlar batıyor ve tuzlanıyor. Şili'de lityum madenciliği yapan Albermarle ve SQM şirketleri, sudaki düşüşün lityum üretimiyle herhangi bir ilgisi olduğunu reddediyor. Şili, on iki yıldır tarihsel olarak benzersiz bir kuraklık yaşamasına rağmen, yeraltı su sistemleri araştırmalarını ve lityum madenciliğinin etkilerini ele alan neredeyse hiç çalışma yok.
Alman otomobil üreticileri Mercedes-Benz, Volkswagen ve BMW, devreye alma çalışmaları ve yerel paydaşlarla diyaloğa girerek tedarik zincirlerinin parçalarına ışık tutmaya çalışıyor. Bu yıl, Massachusetts Amherst Üniversitesi ve Alaska Anchorage Üniversitesi, BMW ve BASF tarafından yaptırılan bir araştırmayı yayınlıyor. Lityum madenciliği sırasında tuzlu su çıkarmanın yüzey suyu veya yeraltı sularındaki değişikliklerle ilişkili olmadığı sonucuna varır. Yazarlar, ekosistemlerdeki suyun 65 yaşın üzerinde olduğunu bulmuşlardır. Bu, su sistemlerinin su kullanımındaki ve iklimdeki değişikliklere önceden düşünülenden çok daha yavaş yanıt verdiği anlamına gelir. Yakın izleme gerektiren su sistemlerinde lityum madenciliğinin etkilerinin görülebilmesi için onlarca yıl geçmesi gerekebilir.
1980'lerden beri lityum madenciliği yapılan Şili'nin aksine, komşu Arjantin'de büyük ölçekli lityum madenciliği nispeten yeni. 2015 yılından bu yana, Avustralyalı madencilik şirketi Allkem, Japon metal tüccarı Toyota Tsusho ve bölgesel hükümet arasındaki bir ortak girişim, Salar Olaroz-Cauchari'den lityum üretiyor. Ayrıca boru hattında bir dizi madencilik projesi var. Salar Olaroz-Cauchari'nin komşuları da şimdi su temini ile ilgili sorunlardan şikayet ediyorlar. Bilim adamları ve sivil toplum kuruluşlarıyla birlikte, Arjantin'deki lityum madenciliğinin yeraltı su sistemleri ve lityum madenciliğinin etkileri daha iyi incelenene kadar ertelenmesi çağrısında bulunuyorlar. Ancak yüksek borçlu devletin hükümetinin lityum madenciliğinden geçimini sağlamaya büyük ilgisi var. Devlete ait gaz ve petrol şirketi YPF, Catamarca eyaletinin batısındaki Fiambala'da lityum madenciliği yapmaya ancak bu yıl karar verdi.
BMW, DLE'ye güveniyor
DLE, Doğrudan Lityum Ekstraksiyonu, buharlaştırma havuzlarına göre daha çevre dostu bir alternatif olarak kabul edilir. ABD şirketi Livent, Arjantin'deki Salar de los Muertos'ta bu yöntemi uzun yıllardır başarıyla kullanıyor. Yöntem, sürdürülebilir su kullanımını sağlıyor ve yerel ekosistemler üzerindeki etkiyi en aza indiriyor, 2021'de Livent ile 285 milyon avro değerinde çok yıllı bir tedarik sözleşmesi imzalayan BMW Group'u vurguluyor. Ek olarak, müşterileri arasında Tesla'nın da bulunduğu Livent, gruba göre sorumlu lityum madenciliği konusunda BMW tarafından başlatılan çalışma hakkında önemli veriler sağlıyor.
DLE, lityumun tuzlu sudan ekstrakte edildiği bir dizi farklı teknik içerir. Bunlar arasında kimyasal çöktürme, adsorpsiyon, solvent ekstraksiyonu veya membran teknolojileri yer alır. Buradaki zorluk, tuzlu suların mineral bileşimi büyük ölçüde değiştiği için DLE'nin ilgili lityum kaynağına uyarlanması gerektiğidir. Livent işlemi bu nedenle birebir başka maaşlara devredilemez. Livent, DLE kullanarak ticari olarak lityum üreten birkaç şirketten biridir. Alman Rheingraben'de lityum madenciliği yapmak isteyen Avustralyalı Vulcan Energy gibi şirketler, yine büyük ölçekte kullanılabilecek doğru DLE teknolojisini arıyor.
Nadir Topraklar ve Metaller Enstitüsü, Kasım 2022
