La domanda di litio, destinata esclusivamente alle batterie agli ioni di litio, triplicherà entro il 2030 e quintuplicherà entro il 2035. Data questa rapida crescita e la crescente consapevolezza della sostenibilità lungo tutta la catena del valore delle batterie, i progressi nell'estrazione del litio sono cruciali. Tali progressi determineranno come l'offerta di litio potrà soddisfare la crescente domanda in modo economicamente e ambientalmente sostenibile.
Il nuovo rapporto di IDTechEx, "Direct Lithium Extraction 2025-2035: Technologies, Players, Markets, and Forecasts", analizza gli ultimi sviluppi nell'estrazione diretta del litio (DLE), un insieme di tecnologie emergenti destinate a rivoluzionare il settore dell'estrazione del litio. Si prevede che il mercato globale del litio crescerà a un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 9,7% tra il 2025 e il 2035, con l'estrazione diretta del litio (DLE) identificata come il segmento in più rapida crescita con un CAGR del 19,6%. L'elevato tasso di crescita del segmento DLE dovrebbe rimodellare il mercato dell'estrazione di salamoia.
Domanda di litio proveniente da batterie agli ioni di litio nel 2023, 2030 e 2035. Fonte: IDTechEx
Capacità di produzione di litio da estrazione mineraria per tipologia di fonte nel 2023 e nel 2035. Fonte: IDTechEx
Salamoie: il potenziale inesplorato delle risorse di litio
Attualmente, il litio viene estratto da due tipi di risorse: minerali da roccia dura e salamoie. Sebbene le risorse di salamoia costituiscano la maggior parte delle riserve mondiali di litio, oltre il 60% della produzione mondiale proviene dall'estrazione mineraria da roccia dura. Entro il 2023, circa il 37% della produzione di litio proverrà dalle salamoie. La discrepanza tra la disponibilità di risorse di salamoia e la percentuale estratta è legata alle diverse tecniche di estrazione utilizzate per le varie risorse di litio. Il metodo convenzionale di estrazione del litio dalla salamoia prevede l'utilizzo di vasche di evaporazione. Questo processo è lungo, in genere richiede dai 12 ai 24 mesi e ha una resa compresa tra il 40% e il 60%. La velocità e la resa dell'estrazione del litio dalle salamoie non sono competitive con l'estrazione mineraria da roccia dura. Inoltre, la fattibilità economica e tecnica di questo metodo è limitata alle regioni con adeguate risorse di salamoia, condizioni climatiche favorevoli e terreno sufficiente per le infrastrutture delle vasche. Di conseguenza, l'estrazione convenzionale dalla salamoia non è stata in grado di competere con l'estrazione mineraria da roccia dura per soddisfare la crescente domanda di litio, e le risorse di salamoia sono quindi relativamente sottosfruttate.
Sfruttare il potenziale delle salamoie: l'impatto dell'estrazione diretta del litio
L'estrazione diretta del litio (DLE) si riferisce a un insieme di tecnologie in grado di estrarre selettivamente il litio dalle salamoie, superando molti dei limiti dell'estrazione convenzionale e offrendo al contempo ulteriori vantaggi in termini ambientali, sociali e di governance (ESG). La DLE consente una produzione di litio più rapida – nell'arco di ore o giorni – e rese più elevate (in genere tra l'80 e il 95%), eliminando la necessità di bacini di evaporazione. La DLE amplia la gamma di risorse di salamoia utilizzabili, comprese le salamoie geotermiche e petrolifere, in diverse aree geografiche, contribuendo anche alla localizzazione della filiera delle batterie. Infine, la normativa sull'estrazione del litio si sta evolvendo (come la Strategia Nazionale per il Litio del Cile) per incentivare le tecnologie di estrazione a basso impatto ambientale. Nel complesso, questi fattori rendono la DLE un'interessante opportunità di investimento, soprattutto in un periodo di rapida crescita della domanda di litio.
Nonostante i suoi vantaggi e il potenziale di trasformazione dell'estrazione di salamoia, l'estrazione di liquidi deviati (DLE) ha rappresentato meno del 10% della produzione di litio nel 2023. L'implementazione su larga scala della DLE presenta diverse sfide. In primo luogo, la DLE non è stata ampiamente testata senza bacini di evaporazione e non è stata ancora sperimentata con risorse di salamoia non convenzionali, come le salamoie geotermiche e quelle provenienti da giacimenti petroliferi. Nonostante la significativa attività progettuale relativa alla DLE negli ultimi cinque anni, la crescita della capacità è risultata inferiore agli obiettivi annunciati. Questa discrepanza evidenzia le incertezze e i rischi associati alla DLE.
La diversità delle composizioni delle salamoie e delle condizioni di processo ha favorito lo sviluppo di diverse tecnologie di estrazione del litio (LED), ognuna con i propri vantaggi e limiti. Data la natura unica di ogni salamoia, nessuna singola soluzione LED è universalmente ottimale. Questa variabilità rende necessari test approfonditi per identificare le opportunità di investimento più promettenti. Sono stati sviluppati diversi tipi di tecnologie LED, tra cui l'adsorbimento, lo scambio ionico, l'estrazione con solventi e l'estrazione a membrana. Le tecnologie LED ad adsorbimento sono le uniche ad aver dimostrato la loro efficacia a livello commerciale. Oltre ad aziende consolidate come Sunresin e Arcadium Lithium, operanti rispettivamente in Cina e Argentina, anche International Battery Metals ed Eramet hanno recentemente lanciato le proprie tecnologie. Le tecnologie LED ad adsorbimento utilizzano adsorbenti a base di alluminio per catturare il litio e acqua per rilasciare i sali di litio, tipicamente cloruro di litio. Il processo di rilascio dei sali di litio è noto come desorbimento o eluizione, e la soluzione contenente il litio catturato è chiamata eluato.
Gli eluati di litio a scambio ionico (DLE) rappresentano la seconda tecnologia più sviluppata, con aziende come Lilac Solutions che vi operano. Questo tipo di tecnologia utilizza in genere adsorbenti a base di manganese o titanio per catturare il litio e rilascia i sali di litio lavando l'adsorbente con un acido. Gli eluati DLE a scambio ionico possono generare eluati con concentrazioni di litio più elevate. Tuttavia, l'uso di acidi può essere problematico, poiché questi devono essere trasportati fino ai siti di estrazione se non prodotti in loco, e le prestazioni a lungo termine dei materiali a scambio ionico devono essere monitorate a causa della potenziale più rapida degradazione e dissoluzione in ambiente acido. La fiducia negli eluati DLE a scambio ionico è stata finora limitata, ma potrebbe aumentare una volta che la tecnologia sarà testata con successo su scala commerciale.
I progressi in altri tipi di estrazione diretta di liquidi (DLE) sono rimasti relativamente indietro. L'estrazione con solventi e i processi DLE a membrana (ibridi) hanno superato la fase pilota. Ulteriori ricerche sono necessarie per far progredire queste tecnologie. Infine, è necessario migliorare il profilo economico e di sostenibilità della DLE (inclusi parametri come le emissioni di carbonio) per renderla competitiva rispetto al metodo convenzionale di evaporazione della salamoia.
Autore: Dott.ssa Jiayi Cen, analista tecnologica presso IDTechEx
Il mercato delle celle agli ioni di litio raggiungerà circa 400 miliardi di dollari nel 2035
Secondo le previsioni di IDTechEx, "Li-ion Battery Market 2025-2035: Technologies, Players, Applications, Outlook, and Forecasts", il mercato delle batterie agli ioni di litio raggiungerà oltre 400 miliardi di dollari entro il 2035. Nonostante la forte crescita del settore delle batterie stazionarie, i veicoli elettrici (EV) rimangono il principale motore del mercato degli ioni di litio e rappresenteranno il segmento di mercato più ampio per le batterie agli ioni di litio nei prossimi 10 anni. Sebbene vi siano alcune preoccupazioni a livello regionale riguardo al ritmo di adozione dei veicoli elettrici nel 2024, le vendite di EV sono cresciute rapidamente nel 2022 e nel 2023 e le prospettive a medio-lungo termine per l'adozione dei veicoli elettrici rimangono positive. Nel 2023 e nel 2024 si sono inoltre registrati cali sostanziali dei prezzi delle batterie, dovuti alla riduzione dei prezzi delle materie prime, all'eccesso di capacità produttiva e alla forte concorrenza lungo tutta la catena di approvvigionamento. Sebbene ciò avvantaggi i consumatori, ha anche inciso sui margini e aggravato le difficoltà per i nuovi operatori che desiderano affermarsi nel mercato degli ioni di litio.
Produzione di celle e mercato degli ioni di litio
Dato il rapido aumento previsto della domanda di batterie agli ioni di litio negli ultimi cinque anni, si è registrata una crescita significativa nel numero di gigafactory messe in funzione, così come in quelle pianificate e annunciate. Gran parte di questa crescita è stata trainata da produttori affermati come CATL, BYD, LG Energy Solutions, SK Innovation e Samsung SDI, insieme a una serie di produttori cinesi in rapida espansione. IDTechEx stima che la maggior parte della produzione di celle sia localizzata in Cina, una tendenza comune lungo l'intera catena del valore delle batterie agli ioni di litio, dove le aziende cinesi controllano un'ampia quota di mercato per anodi, catodi, elettroliti, separatori e collettori di corrente in rame.
Le aziende cinesi controllano gran parte della catena di approvvigionamento delle batterie agli ioni di litio. Fonte: IDTechEx
Per ridurre la dipendenza da un'unica regione e sviluppare capacità produttive nazionali di batterie, Europa e Nord America stanno cercando di promuovere catene di approvvigionamento interne. Negli Stati Uniti, l'annuncio dell'Inflation Reduction Act (IRA) ha innescato un'ondata di annunci e investimenti relativi alle gigafactory. Prima dell'IRA, IDTechEx stimava che entro il 2030 la capacità produttiva di celle per batterie in Nord America avrebbe raggiunto circa 600 GWh, una cifra che è salita a 850 GWh nell'ultima analisi di IDTechEx. In Europa, la necessità di incrementare rapidamente la produzione, la concorrenza con i consolidati operatori asiatici e una domanda inferiore alle aspettative hanno ostacolato i recenti piani di investimento ed espansione. La creazione di solide catene di approvvigionamento di batterie sia nelle Americhe che in Europa rimane una sfida.
Anodi e catodi:
i materiali per anodi e catodi, che in definitiva determinano le prestazioni di una batteria agli ioni di litio, continuano ad evolversi. Per quanto riguarda il catodo, il passaggio al LFP è stato guidato dalla Cina e da una più ampia spinta alla riduzione dei prezzi delle batterie. Numerosi produttori di batterie e case automobilistiche al di fuori della Cina stanno ora cercando di sviluppare batterie basate su LFP o altre soluzioni a basso costo. Tuttavia, l'elevata densità energetica dei catodi ad alto contenuto di nichel di tipo NMC/NCA/NCMA fa sì che rimangano una chimica chiave per veicoli elettrici ad alte prestazioni e lunga autonomia o altre applicazioni che richiedono elevate densità energetiche e lunga durata. In linea con il mercato in generale, i prezzi dei catodi, compresi quelli per i materiali LFP e NMC, sono diminuiti sostanzialmente dall'inizio del 2023 a causa delle forti riduzioni dei prezzi del litio e delle materie prime, nonché della sovraccapacità e della concorrenza.
Nell'ambito degli anodi, i nuovi materiali, in particolare l'ossido di silicio e i composti silicio-carbonio, continuano a suscitare interesse per il loro potenziale di miglioramento della densità energetica, nonostante le problematiche relative al ciclo di vita e alla durabilità. La possibilità di stabilire catene di approvvigionamento di anodi di silicio al di fuori della Cina rappresenta un ulteriore potenziale vantaggio, dato che la produzione di anodi è fortemente concentrata in quella regione. Sebbene l'attesa per nuovi materiali anodici sia in crescita, la grafite rimane il materiale dominante negli anodi agli ioni di litio. IDTechEx stima che circa il 99% del materiale anodico totale utilizzato nelle batterie agli ioni di litio sia costituito da grafite.
Applicazioni e mercati
I veicoli elettrici sono stati un fattore chiave nella crescita della domanda di batterie agli ioni di litio negli ultimi 10 anni e si prevede che rimarranno il principale motore di questa domanda. I progressi e le innovazioni nei materiali per anodi e catodi agli ioni di litio, nella produzione, nella progettazione delle celle e dei pacchi batteria continuano a contribuire al miglioramento delle prestazioni, alla riduzione dei prezzi e a una prospettiva complessivamente positiva per i veicoli elettrici. Tuttavia, esistono significative opportunità in altre applicazioni e mercati. Questi includono diverse classi di veicoli, dai grandi camion elettrici e veicoli minerari ai veicoli elettrici a due e tre ruote, nonché i sistemi di accumulo di energia a batteria su scala di rete e residenziale, ognuno con le proprie priorità prestazionali, non tutte soddisfatte in modo adeguato dalle batterie di attuale generazione. Il settore stazionario ha registrato una rapida crescita anno su anno grazie alla maggiore diffusione delle energie rinnovabili nelle reti elettriche e, in particolare, al rapido calo dei prezzi delle batterie stazionarie. I sistemi di accumulo containerizzati di maggiore durata e capacità offrono uno spaccato della continua innovazione nei sistemi di batterie agli ioni di litio. Vedi i vari aspetti della gestione termica in diversi settori.
Autore: Dr. Alex Holland, Direttore della Ricerca presso IDTechEx
