Литиевая ловушка: Россию оставили без стратегически важного металла

• Не только батарейки
• “Импортонезависимо и дешево”
• “Телефон можно будет заряжать меньше года”

Дефицит лития — ключевого элемента современной электроники — ощущается во всем мире. Для России эта проблема особенно актуальна, поскольку поставки металла в страну прервались из-за санкций. Наука, в том числе отечественная, пытается найти выход из положения.

Не только батарейки

Литий (Li) можно назвать важнейшим металлом современности. От него критически зависит электроника. Он есть в батареях смартфонов, компьютеров, электромобилей, в бытовых приборах. Россия только приступает к производству собственных аккумуляторов. Но литий применяется также в атомной энергетике, металлургии и других областях промышленности.

Весь литий в стране — импортный. В апреле стало известно, что основные поставщики, Чили и Аргентина, отказались экспортировать металл из-за санкций. На эти два государства приходилось 90 процентов получаемого Россией лития. Остальное шло из Китая.

Если исключить недружественные страны, то в качестве альтернативного импортера остается Боливия. Росатом даже планирует подключиться к добыче. Но несмотря на самые большие запасы в мире (21 миллион тонн), производство металла там налажено слабо. В 2021-м, по некоторым оценкам, добыли всего 600 тонн. А Россия закупает 1500 тонн в год.

Даже если удастся нарастить производство, сейчас ни один зарубежный источник стратегически важного сырья нельзя считать абсолютно надежным. Поэтому в Москве рассматривают возможность собственной добычи лития.

“Импортонезависимо и дешево”

Залежи есть. По сырьевой базе Россия занимает третье место в мире. Однако последние 20 с лишним лет импорт обходился дешевле, и месторождения не разрабатывали.

О планах изменить ситуацию сообщали еще в 2021-м, теперь работа в этом направлении ускорилась. Росатом и Норникель готовят к освоению перспективное Колмозерское месторождение в Мурманской области. Газпром собирается извлекать литий из пластовых рассолов (минерализованных подземных вод) Ковыктинского месторождения в Иркутской области. Есть предложения по производству карбоната лития в Дагестане.

В ряде научных учреждений занимаются собственными методами получения дефицитного металла. Один из них в конце июня представили в Институте физической химии и электрохимии РАН.

«Мы выбрали экстракционный (из воды. — Прим. ред.), — рассказывал научный руководитель института Аслан Цивадзе. — Согласно обзорам, он уступал иным по селективности, но превосходил по масштабируемости и производительности, а также обладал потенциалом автоматизации».

Добыча лития из соли

Подобрав экстрагенты из отечественного сырья, исследователи создали «эффективную экстракционную систему и получили невероятный эффект с селективностью, которой нет более нигде в мире».

«Озера, геотермальные воды, морская вода различаются по составу, и для каждого источника необходимы свои технологические схемы, — пояснял Цивадзе. — Мы сосредоточились на рассолах, но наша технология позволяет использовать и минеральные источники, как, например, на Кольском полуострове или в Сибири. Там сложность в том, что нужно предварительно перерабатывать руду, вскрывать ее, а потом уже приступать к селективному извлечению».

По его словам, технологию можно распространить и на старые литиевые аккумуляторы. «Некоторые наши реагенты быстро переводят батареи в раствор, легко отделяя медь, железо и полимерные составляющие. Это предварительный результат, однако уже можно сказать, что мы способны производить литий в любых объемах и из любых источников. Дешево! И импортонезависимо. Мы готовы решить любую технологическую задачу и создать для этого демонстрационные установки».

Что касается сроков, эксперты с оценками пока не спешат. Очевидно, что на развертывание производств уйдут годы.

“Телефон можно будет заряжать меньше года”

Главный недостаток лития — его нехватка и высокая стоимость. Это не самый редкий элемент, но добывать его непросто. Производители литий-ионных аккумуляторов не поспевают за стремительно растущим спросом. Например, американский предприниматель Илон Маск не раз жаловался на то, что дефицит литий-ионных батарей тормозит выпуск электромобилей.

Поэтому ученые и технологические компании давно ищут альтернативу. Одна из наиболее перспективных — натрий-ионные аккумуляторы. Топ-менеджеры той же Tesla внимательно следят за развитием этого направления.

Натрия в природе очень много, и он сейчас дешевле лития примерно в 100 раз. Но у него низкая плотность энергии: атомы значительно тяжелее. Это скажется на габаритах и весе аккумулятора.

«Натриевый аккумулятор той же емкости будет весить в 1,5-2 раза больше, — отмечает РИА Новости младший научный сотрудник Институт проблем химической физики РАН Андрей Корчун. — Поэтому там, где требуется мобильность, такие батареи не подойдут. Литиевые аккумуляторы на современных машинах — это полтонны, значит, с натрием или калием получится тонна. Для сугубо городских автомобилей, которым достаточно запаса хода в 100 километров, это может быть экономически выгодно. Но про смартфоны с ноутбуками и говорить нечего».

Схема работы литий-ионного аккумулятора

У аккумуляторов на основе натрия есть своя ниша. «Они годятся для стационарного хранения энергии, например, в солнечных электростанциях. Там вес не проблема, а натрий позволяет сэкономить», — говорит эксперт.

Кроме того, современные литий-ионные аккумуляторы гораздо более совершенны — за последние 30 лет технологию прекрасно разработали. «И в этом смысле натрий-ионным предстоит проделать большой путь, потому что им нужны другие катодные, анодные материалы, ионопроводящая мембрана, электролит», — перечисляет собеседник РИА Новости.

Ученые, в том числе в России, пытаются преодолеть недостатки технологии Na-ion. В конце июня китайцы заявили, что им удалось значительно повысить плотность энергии натриевой батареи, достигнув показателя 200 Вт·ч·кг−1, — больше, чем у коммерческого литий-железо-фосфатного аккумулятора (LiFePO4). Это результат введение в безанодную батарею графитового углеродного покрытия на алюминиевом токосъемнике и борсодержащих электролитов.

Увеличился и срок службы — до 260 циклов. Но у литий-ионных — от 500 до 3000 циклов. «То есть условный телефон можно будет заряжать меньше года, причем емкость батареи снизится», — приводит пример Корчун.

По его словам, прорывом китайский эксперимент называть преждевременно.

"Это исследовательская работа. Вот если у них появится рабочий прототип вменяемой емкости 1-10 Ач хотя бы на 500-1000 циклов, — другое дело", — заключает ученый.

До массового производства натрий-ионных батарей еще далеко. В ближайшие годы ждать его не стоит, говорят специалисты. Но резкое ухудшение мировой экономики может много изменить. Так, озабоченным сокращением СО2 европейцам недавно пришлось расконсервировать угольные электростанции, хотя еще совсем недавно это казалось совершенно недопустимым. Теоретически глобальная деградация способна привести к запредельному подорожанию лития, что сделает актуальным объемные, но дешевые натриевые батареи. И тогда, видимо, в обиход вернутся громоздкие гаджеты, похожие на те, что были в начале цифровой эры.