Спрос на литий только для литий-ионных батарей утроится к 2030 году и увеличится в пять раз к 2035 году. Учитывая этот быстрый рост и растущее внимание к вопросам устойчивого развития во всей цепочке создания стоимости батарей, достижения в области добычи лития имеют решающее значение. Эти достижения определят, как предложение лития сможет удовлетворить растущий спрос экономически и экологически устойчивым способом.
В новом отчете IDTechEx «Прямая добыча лития 2025-2035: технологии, игроки, рынки и прогнозы» анализируются последние разработки в области прямой добычи лития (DLE) — комплекса новых технологий, способных произвести революцию в отрасли добычи лития. Прогнозируется, что мировой рынок лития будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) в 9,7% в период с 2025 по 2035 год, при этом прямая добыча лития (DLE) будет признана самым быстрорастущим сегментом с CAGR в 19,6%. Ожидается, что высокие темпы роста в сегменте DLE изменят рынок добычи рассолов.
Спрос на литий для литий-ионных батарей в 2023, 2030 и 2035 годах. Источник: IDTechEx
Производственные мощности по добыче лития по видам источников в 2023 и 2035 годах. Источник: IDTechEx
Рассолы: нераскрытый потенциал литиевых ресурсов
В настоящее время литий добывается из двух типов ресурсов: твердых руд и рассолов. Хотя ресурсы рассолов составляют большую часть мировых запасов лития, более 60% производства лития приходится на добычу из твердых руд. К 2023 году примерно 37% производства лития будет приходиться на рассолы. Разница между доступностью ресурсов рассолов и долей добываемого лития связана с методами добычи, используемыми для различных ресурсов лития. Традиционный метод извлечения лития из рассола включает использование испарительных прудов. Этот процесс длительный, обычно занимающий от 12 до 24 месяцев, и дает выход от 40% до 60%. Скорость и выход лития при добыче из рассолов не могут конкурировать с добычей из твердых руд. Кроме того, экономическая и техническая целесообразность этого метода ограничена регионами с достаточными ресурсами рассолов, благоприятными климатическими условиями и достаточными земельными участками для создания инфраструктуры прудов. Следовательно, традиционная добыча из рассолов не может конкурировать с добычей из твердых руд для удовлетворения растущего спроса на литий, и поэтому ресурсы рассолов сравнительно мало используются.
Раскрытие потенциала рассолов: влияние прямой экстракции лития
Прямая экстракция лития (DLE) — это набор технологий, позволяющих избирательно извлекать литий из рассолов, устраняя многие ограничения традиционной добычи из рассолов и обеспечивая дополнительные преимущества с точки зрения экологии, социальной ответственности и корпоративного управления (ESG). DLE позволяет ускорить производство лития — в течение нескольких часов или дней — и повысить выход продукции (обычно от 80 до 95%), устраняя необходимость в испарительных прудах. DLE расширяет спектр используемых ресурсов рассолов, включая геотермальные и нефтепромысловые рассолы, в различных географических регионах, что также способствует локализации цепочки поставок батарей. Наконец, нормативные акты, регулирующие добычу лития (например, Национальная стратегия по литию Чили), развиваются, чтобы стимулировать технологии добычи с низким воздействием на окружающую среду. В совокупности эти факторы делают DLE привлекательной инвестиционной возможностью, особенно в условиях быстро растущего спроса на литий.
Несмотря на свои преимущества и потенциал для преобразования добычи лития из рассолов, на долю технологии извлечения жидкости путем перенаправления потока (DLE) в 2023 году приходилось менее 10% производства лития. Расширение масштабов внедрения DLE сталкивается с рядом проблем. Во-первых, технология DLE не была широко протестирована без использования испарительных прудов и еще не была опробована на нетрадиционных ресурсах рассолов, таких как геотермальные и нефтепромысловые рассолы. Несмотря на значительную активность в реализации проектов DLE за последние пять лет, рост мощностей не достиг заявленных целевых показателей. Это несоответствие подчеркивает неопределенность и риски, связанные с технологией DLE.
Разнообразие составов рассолов и технологических условий способствовало развитию нескольких технологий извлечения лития (LED), каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения. Учитывая уникальные свойства каждого рассола, ни одно решение LED не является универсально оптимальным. Эта изменчивость требует проведения обширных испытаний для выявления наиболее перспективных инвестиционных возможностей. Было разработано несколько типов технологий LED, включая адсорбцию, ионный обмен, экстракцию растворителями и мембранную экстракцию. Адсорбционные LED — единственная коммерчески проверенная технология. В дополнение к таким известным компаниям, как Sunresin и Arcadium Lithium, работающим в Китае и Аргентине соответственно, компании International Battery Metals и Eramet недавно запустили свои технологии. В адсорбционных LED используются сорбенты на основе алюминия для улавливания лития и воды с целью высвобождения солей лития, обычно хлорида лития. Процесс высвобождения солей лития известен как десорбция или элюция, а раствор, содержащий уловленный литий, называется элюатом.
Ионообменные литиевые элюаты (DLE) — вторая по развитию технология, разработанная такими компаниями, как Lilac Solutions. В этой технологии обычно используются сорбенты на основе марганца или титана для улавливания лития, а соли лития высвобождаются путем промывки сорбента кислотой. Ионообменные DLE позволяют получать элюаты с более высокой концентрацией лития. Однако использование кислот может быть проблематичным, поскольку их необходимо транспортировать на объекты, если они не производятся на месте, а также необходимо контролировать долговременную эффективность ионообменных материалов из-за потенциально более быстрой деградации и растворения в кислоте. Уверенность в эффективности ионообменных DLE пока ограничена, но она может возрасти после успешного тестирования технологии в коммерческих масштабах.
Развитие других типов прямой жидкостной экстракции (ПЖЭ) относительно отстает. Процессы экстракции растворителем и мембранной (гибридной) ПЖЭ уже вышли за рамки пилотного масштаба. Для дальнейшего развития этих технологий необходимы дополнительные исследования. Наконец, необходимо улучшить экономические показатели и показатели устойчивости ПЖЭ (включая такие параметры, как выбросы углерода), чтобы они могли конкурировать с традиционным методом выпаривания рассола.
Автор: д-р Цзяи Цен, технологический аналитик компании IDTechEx
К 2035 году объем рынка литий-ионных аккумуляторов составит около 400 миллиардов долларов
В своем новом отчете «Рынок литий-ионных батарей 2025-2035: технологии, игроки, приложения, перспективы и прогнозы» IDTechEx прогнозирует, что к 2035 году объем рынка литий-ионных батарей превысит 400 миллиардов долларов. Несмотря на значительный рост в секторе стационарных батарей, электромобили (EV) остаются ключевым драйвером рынка литий-ионных батарей, и в течение следующих 10 лет электромобили будут крупнейшим рынком литий-ионных батарей. Хотя существуют некоторые региональные опасения относительно темпов внедрения электромобилей в 2024 году, продажи электромобилей быстро росли в 2022 и 2023 годах, и среднесрочные и долгосрочные перспективы внедрения электромобилей остаются благоприятными. В 2023 и 2024 годах также произошло существенное снижение цен на батареи, обусловленное более низкими ценами на сырье, избыточными производственными мощностями и сильной конкуренцией по всей цепочке поставок. Хотя это и приносит пользу потребителям, это также повлияло на рентабельность и усугубило трудности, с которыми сталкиваются новые участники рынка литий-ионных аккумуляторов.
Производство элементов питания и рынок литий-ионных аккумуляторов
Учитывая стремительный рост прогнозируемого спроса на литий-ионные батареи за последние пять лет, значительно увеличилось количество введенных в эксплуатацию гигафабрик, а также запланированных и анонсированных. В значительной степени этот рост обусловлен деятельностью таких признанных производителей, как CATL, BYD, LG Energy Solutions, SK Innovation и Samsung SDI, а также ряда быстрорастущих китайских производителей. По оценкам IDTechEx, большая часть производства элементов питания сосредоточена в Китае, что является распространенной тенденцией во всей цепочке создания стоимости литий-ионных батарей, где китайские компании контролируют значительную долю рынка медных анодов, катодов, электролитов, сепараторов и токосъемников.
Китайские компании контролируют значительную часть цепочки поставок литий-ионных аккумуляторов. Источник: IDTechEx
Чтобы уменьшить зависимость от одного региона и развить национальные возможности по производству аккумуляторов, Европа и Северная Америка пытаются создать внутренние цепочки поставок. В Соединенных Штатах принятие Закона о снижении инфляции (IRA) вызвало волну объявлений о строительстве гигафабрик и инвестиций. До принятия IRA компания IDTechEx прогнозировала, что к 2030 году в Северной Америке будет сосредоточено около 600 ГВт·ч мощностей по производству аккумуляторных элементов, а в последнем анализе IDTechEx эта цифра выросла до 850 ГВт·ч. В Европе реалии быстрого наращивания производства, конкуренция с устоявшимися азиатскими игроками и более медленный, чем ожидалось, спрос препятствуют недавним инвестициям и планам расширения. Создание надежных цепочек поставок аккумуляторов как в Америке, так и в Европе остается сложной задачей.
Аноды и катоды:
Анодные и катодные материалы, которые в конечном итоге определяют характеристики литий-ионных батарей, продолжают развиваться. В катодной области переход к LFP (литий-железо-фосфатным) был обусловлен Китаем и более широкой инициативой по снижению цен на батареи. Многие производители батарей и автопроизводители за пределами Китая сейчас стремятся разрабатывать батареи на основе LFP или другие недорогие решения. Однако высокая плотность энергии высоконикелевых катодов типа NMC/NCA/NCMA означает, что они останутся ключевым типом батарей для высокопроизводительных электромобилей с большим запасом хода или других применений, требующих высокой плотности энергии и длительного срока службы. В соответствии с общей рыночной ситуацией, цены на катоды, включая LFP и NMC, существенно снизились с начала 2023 года из-за резкого снижения цен на литий и сырье, а также избытка производственных мощностей и конкуренции.
В анодной области новые материалы, особенно оксид кремния и кремний-углеродные соединения, продолжают вызывать интерес благодаря своему потенциалу повышения плотности энергии, несмотря на проблемы, связанные со сроком службы и долговечностью. Возможность создания цепочек поставок кремниевых анодов за пределами Китая представляет собой еще одно потенциальное преимущество, поскольку производство анодов в значительной степени сосредоточено в этом регионе. Хотя ожидания в отношении новых анодных материалов растут, графит остается доминирующим материалом в литий-ионных анодах. По оценкам IDTechEx, примерно 99% всего анодного материала, используемого в литий-ионных батареях, составляет графит.
Приложения и рынки
Электромобили были ключевым фактором роста спроса на литий-ионные батареи за последние 10 лет и, как ожидается, останутся доминирующим фактором этого спроса. Достижения и инновации в материалах для анодов и катодов литий-ионных батарей, производстве, конструкции элементов и батарейных блоков продолжают способствовать повышению производительности, снижению цен и в целом позитивным перспективам для электромобилей. Однако значительные возможности существуют и в других областях применения и на других рынках. К ним относятся различные классы транспортных средств, от больших электрических грузовиков и горнодобывающей техники до электрических двух- и трехколесных транспортных средств, а также крупномасштабные и бытовые системы хранения энергии на основе батарей, каждая из которых имеет свои приоритеты в производительности, не все из которых удовлетворительно удовлетворяются батареями текущего поколения. Стационарный сектор демонстрирует быстрый ежегодный рост благодаря увеличению использования возобновляемой энергии в электросетях и особенно быстрому снижению цен на стационарные батареи. Более долговечные и вместительные контейнерные системы хранения энергии дают представление о продолжающихся инновациях в литий-ионных батарейных системах. См. различные аспекты управления тепловым режимом в различных отраслях.
Автор: д-р Алекс Холланд, директор по исследованиям в IDTechEx
