لیتیوم، فلزی برای ساخت آینده

با برقی شدن وسایل مختلف، نیاز به انواع باتری افزایش پیدا کرده است. در این میان، به دلیل تمایل روزافزون به استفاده از خودروهای الکتریکی، تقاضای باتری‌های لیتیوم-یونی به عنوان قلب تپنده‌ی این خودروها رو به رشد خواهد بود، به طوری‌که برخی بر این باورند که در آینده‌ای نه چندان دور قادر به تأمین لیتیوم کافی برای تولید باتری‌های لیتیوم-یونی مورد استفاده در این محصولات نخواهیم بود. برخی نیز بر این باورند که با وجود افزایش تقاضا برای لیتیوم از تقریباً 500 هزار تن لیتیوم کربنات معادل (LCE) در سال 2021 به سه تا چهار میلیون تن در سال 2030، صنعت لیتیوم می‌تواند پاسخگوی روند رو به رشد باتری‌های لیتیوم-یونی باشد. لیتیوم کربنات معادل به معنی مقدار مورد نیاز این ماده در یک باتری به ازای هر کیلووات-ساعت تولید انرژی می‌باشد. بهترین تخمین برای لیتیوم مورد نیاز، حدود 160 گرم فلز لیتیوم به ازای هر کیلو‌وات-ساعت انرژی است که مقدار معادل آن برای لیتیوم کربنات، 850 گرم است. برای ترکیبات دیگر لیتیوم، این عدد متفاوت است.

با وجود اینکه پاندمی کووید-19 تأثیر زیادی بر بخش خودروسازی گذاشت، اما فروش خودروهای الکتریکی در سال 2020 حدود 50 درصد افزایش داشت. در سال 2021 این مقدار دو برابر شد و تقریباً به هفت میلیون دستگاه رسید. همین افزایش تقاضا برای خودروهای الکتریکی باعث شده است که قیمت لیتیوم به صورت سرسام‌آور سالانه حدود 550 درصد افزایش پیدا کند. در اوایل ماه مارس 2022، قیمت لیتیوم کربنات از مرز 75 هزار دلار به ازای هر تن و قیمت لیتیوم هیدروکسید از مرز 65 هزار دلار به ازای هر تن فراتر رفت که هر کدام یک رکورد محسوب می‌شوند.

تنوع زیاد مواد بکار رفته در باتری‌ها و فناوری‌های جدیدی که به بازار عرضه می‌شوند، ابهاماتی را در مورد نحوه‌ی تأثیرگذاری بازار باتری بر آینده‌ی تقاضای لیتیوم به وجود آورده است. حال به دنبال پاسخ به این سؤال هستیم که آیا لیتیوم کافی برای رفع نیازهای جهان الکتریکی وجود دارد یا خیر؟ 

مکنزی (mckinsey) پیش‌بینی می‌کند که در دهه‌ی آینده، سالانه با رشد 30 درصدی باتری‌های لیتیوم-یونی روبرو می‌شویم. تا سال 2030، خودروهای الکتریکی همراه با سیستم‌های ذخیره انرژی، دوچرخه‌های الکتریکی، الکتریکی‌سازی ابزارها و سایر برنامه‌های مرتبط با باتری‌ها حدود 4000 تا 4500 گیگاوات-ساعت از تقاضای لیتیوم-یونی را به خود اختصاص می‌دهند.

در سال 2015، بخش عمده‌ی تقاضای لیتیوم با 35 درصد از تقاضای کل، مربوط به سرامیک‌سازی و شیشه‌سازی و کمتر از 30 درصد مربوط به بخش باتری بود. صنایعی مانند روغن‌سازی، پلیمرها و فلزکاری با استفاده از پودرها نیز مابقی تقاضا را به خود اختصاص داده بودند. با این وجود انتظار می‌رود که تا سال 2030، باتری‌ها 95 درصد از تقاضا برای لیتیوم را به خود اختصاص دهند که بنا بر سناریوهای مشخص‌شده در شکل زیر، در مجموع تقاضا به صورت سالانه با رشدی 25 تا 26 درصدی همراه است تا تقاضای لیتیوم کربنات معادل به 3.3 میلیون تن تا 3.8 میلیون تن در سال برسد.

تأمین لیتیوم در آینده

نکته حائز اهمیت این است که در سال‌های آتی شاهد افزایش تقاضا برای لیتیوم هستیم و چالش پیش رو، تأمین این میزان از لیتیوم است. در سال 2020، بیش از 0.41 میلیون تن لیتیوم کربنات معادل تولید شد؛ در سال 2021 با افزایشی 32 درصدی، این مقدار به 0.54 میلیون تن رسید. پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای لیتیوم تا سال 2030 به 3.3 میلیون تن می‌رسد و به دلیل محدودیت زمان برای تأمین لیتیوم، بعید است که بیش از 2.7 میلیون تن لیتیوم در سال 2030 تأمین شود. انتظار می‌رود که این اختلاف بین عرضه و تقاضا با اکتشاف و گسترش معادن  پر شود.

در حال حاضر تقریباً‌ بیشترین استخراج از معادن لیتیوم در استرالیا، آمریکای لاتین و چین انجام می‌گیرد. این استخراج‌ها، 98 درصد از تولید لیتیوم در سال 2020 را به خود اختصاص دادند. احتمالاً کشورهای اروپای شرقی و غربی، روسیه و سایر کشورهای مستقلِ مشترک‌المنافع (به اختصار CIS) به زودی به این عرصه وارد شوند. این مشارکت‌ها باید برای تأمین 2.7 میلیون تن لیتیوم کربنات معادل و رشد سالانه‌ی 20 درصدی تا سال 2030 کافی باشد. این موضوع در شکل زیر قابل‌ رؤیت است.

در حال حاضر بیشتر منابع کشف‌شده‌ی لیتیوم در آمریکای لاتین و استرالیا قرار دارند و این موضوع که کشورهای آمریکای لاتین، ثبات سیاسی و اقتصادی زیادی ندارند، موجب افزایش نگرانی‌ها برای تأمین لیتیوم در آینده شده است. این امر می‌تواند به افزایش انگیزه برای کشف منابع در سایر نقاط جهان از جمله ایران منجر شود.

فرایند تولید باتری‌های لیتیومی برای جهانیان قابل ‌توجه بوده است و ایران نیز از این قاعده مستثنی نیست. با افزایش فعالیت‌ها در این زمینه، تحقیقات گسترده‌ای در خصوص اکتشاف لیتیوم و استخراج آن انجام گرفته است که می‌تواند نویدبخش آینده‌ای روشن در این صنعت برای ایران باشد. نکته‌ی منفی اما این است که متأسفانه این تحقیقات صرفاً توسط دانشجویان به انجام رسیده‌اند و باید به طور جدی برای کشف منابع و بهره‌برداری از آن‌ها اقدام کرد. از آغاز سال 1395 این تحقیقات آغاز شد و سازمان ایمیدرو (سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی IMIDRO) طی گزارشی در سال 1397 اعلام نمود که اولین منبع لیتیوم را در خراسان جنوبی و در منطقه‌ای به نام «دق پترکان» کشف کرده است. بر اساس شکل زیر احتمالاً ایران ظرفیت مناسبی برای تولید باتری‌های لیتیومی داشته باشد و در صورت استفاده از آن‌ها می‌تواند به یکی از غول‌های تولیدکننده‌ی باتری‌های لیتیومی تبدیل شود. 

در نهایت باید این نکته را پذیرفت که منابع موجود، روزی به پایان می‌رسند؛ لذا علاوه بر ارائه راهکارهایی برای افزایش طول عمر باتری‌های خودروهای الکتریکی، مسئله‌ی بازیافت حتی در این صنعت نوظهور نیز حائز اهمیت است. با توجه به اینکه طول عمر این باتری‌ها در خودروها حدود 10 تا 15 سال تخمین زده می‌شود، انتظار می‌رود که بازیافت باتری‌ها در دهه‌ی فعلی با افزایش روبرو شود، اما این موضوع تغییر چندانی ایجاد نمی‌کند. بسته به فرایند بازیافت می‌توان از صفر تا 80 درصد از لیتیوم بکار رفته در باتری‌های از کار افتاده را احیا کرد. انتظار می‌رود که تا سال 2030، این عرضه‌ی ثانویه در مجموع بتواند حدود 6 درصد از فرایند تولید لیتیوم را به خود اختصاص دهد. این مقدار به نظر ناچیز می‌رسد، اما همچنان می‌تواند تأثیرگذار باشد. 

با همه‌ی این تفاسیر و قبول این مسئله که صنعت باتری یک صنعت آینده‌دار است، اما هنوز فناوری و ماده‌ای که بتواند رهبری این صنعت را در دست بگیرد کاملا مشخص نشده است. لیتیوم یک کاندیدای خوب برای این مسئله است، اما هنوز نمی‌توانیم با قطعیت بگوییم که تاج سلطنت قلمرو باتری‌ها بر سر این فلز گذاشته خواهد شد.