Россия возвращается к производству собственного лития. Это избавит многие отрасли от политических и экономических рисков, от авиастроения и энергетики до производства ядерного оружия
Ковыктинское месторождение богато не только газом, но и литием Мир охватила литиевая лихорадка. Если в феврале 2021 года в Китае, крупнейшем потребителе этого металла, тонна карбоната никеля в долларовом выражении стоила 11 тысяч, то в феврале этого года — 63,4 тысячи. А в ноябре 2022 года цена даже подскочила до 87 тысяч долларов за тонну.
По данным McKinsey, в 2021 году было произведено 540 000 тонн карбоната лития, что на 32% больше, чем в предыдущем году. А снижения темпов добычи, обогащения и переработки литиевой руды и рассола не ожидается. Полных данных на 2022 год пока нет, но уже известно, что одна только американская Albemarle Corp, имеющая литиевые активы в Чили, США и Австралии, произвела, по предварительным оценкам, 130-140 тысяч тонн карбоната лития. Глава литиевых операций этой компании Эрик Норрис отметил в интервью Financial Times, что еще в 2019 году рынок лития не показывал серьезного роста, увеличиваясь на 30-50 тысяч тонн в год. "Сейчас рынок растет на 200 тысяч тонн в год", - сказал он.
Несмотря на это, по оценкам британской BP, неудовлетворенный спрос на литий в настоящее время оценивается примерно в 4000 тонн в год в пересчете на чистый металл (коэффициент конверсии карбоната лития в металлический литий составляет 5,3).
Эксперты прогнозируют, что к 2030 году спрос на литий вслед за развитием электромобилей и электроники может вырасти почти в пять раз. Это хоронит прогнозы о грядущем удешевлении литий-ионных аккумуляторов, тешившие сердца и души любителей электромобилей. Также, по данным BloombergNEF, впервые за много лет в 2022 году литий-ионные аккумуляторы подорожали на 7% по сравнению с прошлым годом, до $151 за киловатт-час.
Во глубине…
В настоящее время промышленного производства лития в России нет (см. «Нам нужен свой литий», Эксперт, № 40, 2018 г.). В 1997 году Забайкальский ГОК прекратил разработку Завитинского месторождения. Это был единственный освоенный источник лития в России. В 2017 году Росатом заявил о намерении возобновить добычу лития на этом месторождении, в том числе из шахтных отвалов. По плану, полномасштабное промышленное производство ожидалось в 2023–2024 годах, однако публичных сообщений об этом пока не поступало.
Так что отечественная литиевая промышленность — это переработка импортного сырья. По данным Минпромторга, отрасль представлена такими предприятиями, как химико-металлургический комбинат в Красноярске, Новосибирский завод химконцентратов (входит в Росатом) и торговый дом «Халмек» в Тульской области. Потребление лития в России оценивается примерно в 2000 тонн.
Совсем недавно Соликамский магниевый завод (подконтрольный Росатому с конца января 2023 года) запустил собственное производство метанобата лития для отечественной электроники, но и с использованием импортного сырья (см. «Соликамский магний: макропрорыв в микромире», «Эксперт» №8 за 2023 год).
До недавнего времени российские потребители в основном покупали литий в Чили и Аргентине, а также в Китае. Первые два поставщика прекратили поставки весной прошлого года: США протолкнули это решение под тем предлогом, что литий используется, в том числе, в производстве ядерного оружия.
Со своей стороны, крупнейший производитель этого металла Китай, на долю которого, по данным British Petroleum, приходится 7,9% мировых запасов лития и до 60% его перерабатывающих и аффинажных мощностей, не склонен к экспорту сырья, предпочитая продавать готовое изделие с использованием его, т.е накопителей энергии, и желательно в сочетании с электромобилем или другим электротранспортом.
С другой стороны, наша дружественная Боливия, крупнейшая в мире страна по запасам лития, продолжала поставки: 21 млн тонн. Но даже если этого металла там добывается не так много, развитие этой отрасли промышленности в стране только начинается. Более того, Боливия не планирует добывать и продавать литий самостоятельно, а экспортировать аккумуляторы, изготовленные из местного сырья.
В конце января в Боливии были подведены итоги конкурса на реализацию проекта в этой сфере. К несчастью для Росатома, дочерняя компания которой Uranium One участвовала в этом конкурсе вместе с компаниями из Китая, США и Аргентины, выбор был сделан в пользу китайского консорциума CBC, возглавляемого крупнейшим китайским производителем аккумуляторов CATL. Консорциум инвестирует в проект более миллиарда долларов.
На самом деле «Росатом» и Uranium One тоже были готовы построить в Боливии полноценную литиевую промышленность с производством аккумуляторов.
Но не все потеряно: как заявил посол России в Боливии Михаил Леденев, Россия продолжает переговоры о разработке месторождений лития в этой стране.
«Дочерняя компания «Росатома» Uranium One Group активно участвует в развитии литиевой отрасли в Боливии, на эту тему ведутся переговоры, которые находятся на завершающей стадии. Победа китайской компании в конкурсе не означает, что Россия выбыла. Переговоры продолжаются. По его словам, они находятся на завершающей стадии.
По понятным причинам представители «Росатома» не раскрывают детали предстоящего соглашения.
Но главная надежда по-прежнему возлагается на собственные 17 месторождений, разведанных в конце 1950-х годов и ожидающих своих горняков. А кто-то ждал. Тот же «Росатом» в рамках совместного предприятия с «Норильским никелем» под названием «Полярный литий» получил лицензию на разработку крупнейшего в стране Колмозерского месторождения в Мурманской области. К 2030 году СП намерено выйти на проектную мощность в 45 тысяч тонн карбоната лития в год. Еще одна компания — «Арктик Литиум» — в этом году приступит к разработке Полмостундровского месторождения в той же Мурманской области. Пока компания планирует производить 1000 тонн лития в год в опытной эксплуатации, а к 2026 году выйти на уровень 20 000 тонн в год.
В начале февраля «Газпром», Минпромторг и Иркутская нефтяная компания (ИНК) подписали трехсторонний план реализации проекта по извлечению лития из минерализованных подземных вод Ковыктинского газового месторождения. Кроме того, в планы ИНК входит промышленное производство лития из литийсодержащих вод Ярактинского нефтегазоконденсатного месторождения. Ранее сообщалось, что промышленное производство металла начнется здесь в 2022 году, но затем сроки начала были перенесены.
Член правления ИНК, бывший министр природных ресурсов РФ Сергей Донской сообщил о планах начать добычу лития в 2024 году. Донской оценил планируемую производственную мощность в 1000 тонн солей лития в год. Пока потребность страны в солях лития составляет 8000 тонн в год, а для строительства гигафабрики Росатома с осени 2025 года потребуется примерно 3,44 тысячи тонн карбоната лития в год. По оценке Минпромторга России общие запасы лития в стране в 1 млн т - немного, но это крайне старые данные: поиски новых месторождений были прекращены в начале 1960-х гг.
Но откуда взялась литиевая лихорадка - и что это за "новая нефть", этот литий?
От смазки до коляски
Литий — один из самых легких металлов. Фактически он «открывает» периодическую таблицу сразу после водорода и гелия. Этот металл был открыт в начале 19 века, но промышленное применение он получил только более чем через сто лет.
Есть несколько способов добычи лития. При гидроминеральном методе минерализованная вода закачивается в специальные бассейны, где происходит испарение. Из полученного концентрата получают карбонат лития. Другой способ – рудный, когда металл добывают в рудниках или карьерах из пегматитов – горных пород, содержащих различные металлы, в том числе и литий. Полученным продуктом здесь также является карбонат лития, из которого затем получают различные соединения этого металла, а также сам металлический литий.
Литий также можно получить из отвалов отработанной руды, где металл сохранился, поскольку устаревшие технологии не позволяли полностью восстановить его, и из отработанных аккумуляторов.
Первое промышленное производство лития состоялось ровно сто лет назад и составило 46 тонн. До этого были почти столетние опыты по использованию этого металла в различных отраслях промышленности, в основном для производства огнеупорного стекла, а также пиротехники (именно соли лития придают красный цвет фейерверкам и сигнальным ракетам) . Чуть позже были обнаружены свойства лития как загустителя нефтяных масел для производства смазок. С каждым годом оказывалось, что свойства лития становятся все более востребованными. В текстильной промышленности - для отбеливания тканей, для покрытия фарфоровых изделий, от изоляторов до сантехнического оборудования... В пищевой промышленности используется как консервант, в производстве косметики - как краситель. Карбонат лития используется в составе электролита при производстве алюминия, изотопов лития (литий-6 и литий-7) — в термоядерной и ядерной энергетике и, следовательно, в оружии с аналогичным принципом действия.
Отдельно стоит упомянуть литий как легирующую добавку к алюминию. Разработка алюминиево-литиевых сплавов советским ВИАМом (Всесоюзным институтом авиационных материалов) и американской ALCOA началась почти одновременно, в 1950-х годах. Очень легкий (удельная плотность — самый низкий из металлов, почти в два раза ниже воды) литий в дополнение к алюминию и магнию позволил получить сплавы, превосходящие по механическим свойствам дюралюминий — и при этом с удовлетворительной свариваемостью, в отличие от дюралюминий. В результате сварной алюминиево-литиевый сплав оказался на 12–24 % легче аналогичного, изготовленного по традиционной технологии, то есть клепаного дюралюминия, а потому утяжеленного листовыми накладками и заклепками. Например, корпусной сплав 1420, содержащий 2 % лития, 5,5 % магния и 0,1 % циркония, разработанный еще в 1970-х годах, может составить конкуренцию даже современному углеродному волокну как конструкционному материалу.
Но по разным причинам распространение сплавов с применением лития в России ограничилось фрагментарным применением в гражданской авиации (Як-42, Бе-200), а передняя часть фюзеляжа истребителя МиГ-29М стала самой крупной элемент. По данным ВИАМ, потребление алюминиево-литиевых сплавов в России не превышает 1500 тонн в год. И здесь используется всего 30 тонн лития.
Обратите внимание: Память о McDonald's довольно быстро уходит из умов россиян.
Мировое потребление этих сплавов составляет 75 тысяч тонн в год. Среди потребителей — авиакомпании Airbus и Bombardier. В принципе, есть куда расти, и не только в авиационной отрасли, но и в других отраслях транспортного машиностроения.Но если о перспективах лития как легирующей добавки для производства сплавов говорят уже более полувека, то батареи с их «участием» даже в узком инженерном кругу обсуждались с большим сомнением еще в 1980-х годах. И потребность в таком накопителе энергии уже тогда была. Очередную волну потенциального спроса на электромобили сломила накипь никель-кадмиевых и железо-никелевых аккумуляторов. Лавинообразная миниатюризация портативной техники также требовала мощных и компактных аккумуляторов. Вооруженные силы же имели серебряно-цинковые аккумуляторы, которых не устраивала цена и короткий срок службы. Поэтому на протяжении 70-х и 80-х годов прошлого века компании финансировали лаборатории по созданию альтернативных источников энергии, в том числе литий-ионных. Повезло японской компании Kawasaki, сотрудники которой во главе с Акирой Йошино в 1983 году создали первый пригодный для использования прототип с использованием оксида лития-кобальта. Затем в 2019 году ученый получит Нобелевскую премию по химии вместе с двумя учеными — первооткрывателем литий-ионных аккумуляторов в 1970 году Майклом Стэнли Уиттингемом и изобретателем литий-полимерного аккумулятора Джоном Гуденафом.
На основе лицензии Kawasaki другая японская компания Sony довела конструкцию до серийного производства к 1991 году. Поначалу очень дорогие, в несколько раз дороже никель-кадмиевых, литий-ионные аккумуляторы с каждым годом дешевели: в 1991 году 7500 долларов за 1 кВтч, в 2020 году — уже 157 долларов. То есть цена хранения энергии и энергосбережения за 30 лет упала в 47 раз. В том числе и потому, что все больше компаний по лицензии занимались производством литий-ионных аккумуляторов и при этом совершенствовали их в собственных лабораториях.
Новая технология производства аккумуляторов стала возрождать идею электрификации транспортных средств, от которой уже отказались из-за ее бесперспективности. Значительное количество стартапов и экспериментов не могло не перейти в качество: сначала на рынок «выходит» Tesla Model S, а затем и ползучая электромобилизация Китая, власти которого таким образом решили обойти технологическую конкуренцию с Западом в двигатели внутреннего сгорания, задали тренд... Под пристальным вниманием «старых» автопроизводителей, возобновивших свои эксперименты с электромобилем в конце 2000-х, ожидая момента выхода на рынок. Тем временем активисты-экологи и их высокопоставленные товарищи, закопавшиеся в парламентах западных стран, публично прокачивали запреты на «эти ужасные двигатели внутреннего сгорания» и лоббировали поддержку двигателя нового типа.
Лихорадка лечится рассолом
И пришел бум. Электромобилей по-прежнему производится на порядки меньше бытовой электроники. Но если емкость батареи, например, портативного компьютера составляет 30‒60 ватт-часов, то электромобиля — 30‒100, но уже киловатт-часов. В результате в 2017 году электромобили по суммарной мощности сравнялись с электроникой и продолжили увеличивать долю рынка, увеличивая потребление лития. Если в 2015 году аккумуляторы всех типов составляли около 30% литиевого рынка, то McKinsey год назад прогнозировала, что к 2030 году их доля в потреблении сверхлегких металлов вырастет до 95%. А спрос в целом — с 500 тыс т (в виде чистого лития) до 3,3–3,8 млн т, ежегодно увеличиваясь на 25–26%. При этом, по тем же расчетам, добыча и обогащение вырастут лишь до 2,7 млн тонн. Есть дефицит, что делает предпосылки для ажиотажа очевидными.
Но это McKinsey, эксперты которой известны своим повышенным оптимизмом в отношении урбанизма и новых технологий. И для мирового рынка в целом, который отнюдь не однороден. Например, если электрификация автомобилей в Китае продолжается такими же темпами, то «зеленая» эйфория в США угасает на глазах. Да и ЕС хоть и принял резолюцию о прекращении продажи автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, но только с 2035 года, нынешние темпы электрификации среди автопроизводителей существенно замедлились по сравнению с запланированными два-три года назад.
Китай, напротив, имеет внушительные масштабы (до половины мирового парка «аккумуляторных» автомобилей всех типов), но в отличие от Запада у них основной тип аккумуляторов — литий-железо-фосфат, в котором литий содержание значительно выше, чем в принятых в остальном мире (включая перспективные аккумуляторы от Reners, дочерних компаний Росатома) аккумуляторов на основе никеля, кобальта и марганца, где литий содержится только в электролите, а не в катоде и электролит одновременно. А так как разница в себестоимости между ними за последний год уменьшилась с 26% до 11% из-за роста цены на литий, то это может ускорить переход китайцев на "евростандарт", и смягчить дефицит лития. Кроме того, рынок аккумуляторов живет не только в автомобилях: в электронике ожидается переход на двухнанометровые чипы, что резко снизит энергопотребление техники, а, следовательно, и требуемую емкость аккумуляторов. Так, по словам представителей IBM, которые планируют начать производство этих процессоров в конце 2024 года, они на 75% производительнее чипов, выполненных по технологии 7 нм, при том же уровне энергопотребления.
И это краткосрочная перспектива: в более отдаленной перспективе ожидается появление безлитиевых источников энергии. В том числе разработанные в России в десятках лабораторий. И речь идет не только о пресловутой «ядерной батарее», хотя это перестает быть фантастикой. Гораздо важнее, что другие типы аккумуляторов до недавнего времени приближались к внедрению, как и литий-ионные аккумуляторы в 1980-х годах, казавшиеся тупиковой ветвью эволюции. Графен пока не актуален в чистом виде, но начавшееся использование графена в литий-ионных батареях также снижает расход лития на единицу емкости.
Использование суперконденсаторов, которые работают вместе с батареями и во многих случаях снижают требуемую емкость последних, приводит к уменьшению размера батареи транспортного средства и, следовательно, количества лития, используемого на автомобиль.
На подходе и натрий-ионные аккумуляторы, которые пока имеют кратно меньшую емкость, чем литиевые, но за счет меньшей стоимости и возможности более быстрой зарядки перспективны как для тяжелой техники (грузовики, автобусы), так и для стационарной техники накопители энергии, потребность в которых сильно выросла: без них распределенная энергия – солнечная и ветровая – неэффективна.
Поэтому будущие производители натрий-ионных элементов готовы конкурировать с деградировавшими (то есть выбрасываемыми из-за потери 30% емкости) литий-ионными аккумуляторами. Последние все чаще используются как в хранилищах, так и в общественном транспорте, в том числе для совместного использования электросамокатов. Сырье, деградировавшее более чем наполовину, будет депонировано на специальных объектах (в том числе в России Росатомом с 2025 г.), снова используя добытые металлы.
Однако вероятна и обратная тенденция: в стадии индустриализации находятся так называемые твердотельные аккумуляторы (ТБО), которые обладают более высокой удельной емкостью и несравненно более безопасны, чем сегодняшние литий-ионные аккумуляторы. Они используют литий как в катоде, так и в аноде, причем в последнем - в металлическом, наиболее концентрированном виде. Такие аккумуляторы при интенсивном использовании, наоборот, могут увеличить расход лития. Кроме того, не следует забывать, что перспективной областью применения лития в будущем станет квантовая фотоника, с которой связано будущее электроники и связи.
Однако в декабре прошлого года BloombergNEF прогнозировал нехватку лития только до 2024 года, когда будут запущены новые перерабатывающие мощности. Так, Benchmark Mineral Intelligence предполагает рост добычи на 36% уже в этом году. Да и в McKinsey убеждены, что включение в игру новых игроков (в том числе из России и СНГ) и внедрение новых методов разработки может изменить картину и даже привести к прибыли.
И каждый месяц появляются новые игроки. Например, в Мексике полным ходом идет горнодобывающая реформа с монополизацией разведки, добычи и переработки литиевого сырья. Целью Закона о добыче полезных ископаемых является предотвращение эксплуатации запасов лития иностранными странами. Американцы спокойны. Несмотря на то, что и Мексика, и Южная Америка являются официальной зоной интересов штатов, Госдеп спокойно наблюдает за выходками южного соседа и пускает на эту поляну китайцев: мол, не стратегическое сырье.
По данным Геологической службы США, значительные запасы лития — до 3 млн тонн — обнаружены в Демократической Республике Конго (ДРК), около 0,7 млн тонн лития — в Мали. Между прочим, обе страны обладают значительным ресурсным потенциалом, но еще очень слабо изучены геологами. Так что не исключен значительный прирост их запасов лития.
ДРК в целом дружественно настроена по отношению к России. Еще в 2019 году туда были направлены российские военные специалисты (западные источники связывают их с ЧВК Вагнера), Росатом подписал письма о намерениях по разработке урановых месторождений. Местные власти даже приглашают российских инвесторов принять активное участие в разработке ресурсов ДРК.
В 2021 году в Мали произошел государственный переворот, в результате которого из страны (это бывшая колония Франции) был изгнан французский воинский контингент, поскольку в страну въехали российские военные специалисты, также связанные с Вагнером. ЧВК. Конечно, сотрудничество может быть расширено и на литиевую промышленность
В любом случае без лития мы не останемся. Хотя мы, наконец, достигаем технологического суверенитета в производстве современных алюминиевых сплавов и переходим на отечественные аккумуляторы. И тем более, если Росатом порадует цивилизацию выпуском компактных ядерных аккумуляторов. Таким образом, переворачивается весь нынешний рынок как накопителей энергии, так и энергоносителей.
Больше интересных статей здесь: Промышленность.
Источник статьи: Россия возвращается к добыче собственного лития.