ceskelithium

[ceskelithium]

Lithium v Krušných horách: Kdo na něm doopravdy vydělá?

Pamatujete na kampaň před sněmovními volbami na podzim 2017? Severočeské lithium v její horké fázi hrálo zásadní úlohu: heslo “2000 miliard našich peněz” možná ovlivnilo výsledek. Kde jsou ty dva biliony korun? Jak se k tomu číslu došlo? A komu potenciálně do klína nějaké peníze spadnou? Jako v každé slušné detektivce je i v tomhle příběhu důležité ptát se Qui bono? aneb Komu prospěje těžba lithia v Krušných horách?

Kolik peněz leží pod zemí?

Férově pojďme říct, že to nikdo neví: Ani já, ani Andrej Babiš, ani Petr Fiala, ani investoři, ani Geomet. S nějakou mírou nejistoty prospektoři vědí, kolik kovu mohou získat; ceny na světových trzích ani další technologický vývoj nedokáže s jistotou předpovědět nikdo. 

Geomet veřejně pracuje s roční produkcí 25 000 tun uhličitanu lithného, které při současných cenách mají hodnotu asi 7,6 mld. Náklady na těžbu nebudou malé (při průměrné mzdě a deklarovaných 2000 zaměstnancích jen personální náklady vycházejí na více než miliardu korun ročně; důl a zpracování spotřebují velké množství elektřiny a surovin - např. za kyselinu sírovou v deklarovaném množství a v dnešních cenách je to přes 100 milionů korun za rok). 

Zisk se před splacením úvěrů může pohybovat mezi 1-4 miliardami ročně. Úvěrující banky ho alespoň v prvních letech pohltí.

I tak by dva biliony korun by při zisku 4 miliardy ročně trvalo vygenerovat 500 let. 

Prospektoři, kteří už vydělali

První, kdo už vydělal, jsou zakladatelé Geometu. Do svého byznys plánu investovali čas a jistě i peníze, a je proto spravedlivé, že prodejem podílu australské firmě European Metal Holding své peníze dostali zpět.

Rizikový kapitál a vysoké sázky

European Metal Holding, původně jen na australské burze kótovaná firma, má jako jedinou svou aktivitu právě cínovecký projekt. Z hlediska akcionářů jde o klasický rizikový kapitál: Je třeba něco zainvestovat, a buď se investice mnohonásobně vrátí (EMH vlastní 49 % Geometu), anebo se odepíše. Jako obvykle je vyšší riziko vyváženo potenciálně vyšším výnosem.

Zájmem akcionářů je tedy udržovat “hype” lithiové horečky, protože to je to, co jejich investici drží nad vodou. Ve skutečnosti se to příliš nedaří. 

Nepatří ty grafy k sobě?

Popsaná situace není nijak unikátní: Jako přes kopírák ji vidíme i u dalších lithiových projektů v Evropě. Na zač��tku je nákupní horečka; následně cena akcí European Metal Holding (EMH) prakticky kopíruje vývoj ceny hlavní komodity uhličitanu lithného, včetně výrazného vzestupu a následného pádu mezi lety 2021 a 2022. Přesvědčte se sami.

Cena uhličitanu lithného:

European Metal Holding, těžba z zinnwalditu, Cínovec, Česko:

Vulkan Energy, těžba lithia z termálních pramenů, Německo:

ČEZ jako zdroj

Když v roce 2019 (pravděpodobně na základě politického zadání) majoritní podíl v Geometu od EMH kupoval, získal projekt cínovecké těžby opravdu silného investora, který byl ochotný do rozvoje vložit další prostředky. Kolik peněz přesně polostátní gigant na přípravu těžby vložil, není veřejná informace (mluví se o 2 milionech eur, tedy asi 51 milionů korun). Málo to ale rozhodně nebylo: Právě po roce 2020 se přidalo na intenzitě průzkumných vrtů, firma získává své první zázemí přímo v Dubí. Peníze (jakýmkoli způsobem) vložené ČEZem umožnili najmutí dalších lidí, nákup služeb i majetku.

Jeden z velkých výdajů bude zpracovatelský závod, t.č. plánovaný na brownfieldu u osady Dukla na katastru obce Újezdeček. Je to strategická lokalita: leží přímo na železniční vlečce, od portálu těžby leží nedaleko, je to relativně izolované místo. Z prezentací Geometu i podle vybrané technologie je zřejmé, že místo nemá pro investory alternativu. Dnes na místě potenciální chemičky stojí fotovoltaická elektrárna a je jisté, že s majitelem pozemků musí mít Geomet (nebo ČEZ, nebo EMH) podepsanou nějakou smlouvu, vysoce pravděpodobně spojenou s opcí na koupi pozemku, možná dokonce už vyplacenou. Majitel plochy už má tedy vyděláno a nic neriskuje: Když se projekt odpíská, bude mu dál vydělávat fotovoltaika a jako příjemný bonus za tuhle eskapádu dostal vyplacenou opci. Pokud by na stavbu závodu přeci jen došlo, křemíkové panely se odvezou někam jinam a Geomet doplatí kupní cenu.

“Peníze pro české lidi”

Kde jsou tedy ty “peníze pro české lidi”? 

Připusťme, že ceny uhličitanu lithného začnou stoupat a budou se držet na vysokých hodnotách jako kolem roku 2021 (je to vysoce nepravděpodobné, ale připusťme to). Těžba se rozjede a všechny produkty (nejen kýžený uhličitan lithný, ale i vedlejší síran draselný, případně příjmy z trhu s emisními povolenkami) půjdou na odbyt. Geomet bude stroj na peníze. Co se s nimi stane?

Předně, bude třeba uspokojit úvěrující banky. Do projektu sice EMH a ČEZ investovaly, ale rozjezd produkce bude jistě z velké části hrazen bankovními půjčkami (otevřeně o nich mluví ředitel Geometu na veřejných představeních). 

Poté se bude zisk dělit podle majetkové struktury. To znamená, že 49 % půjde akcionářům EMH (t.č. drží 6% podíl i Evropská rozvojová banka) a 51 % Severočeským dolům, resp. ČEZ. Pokud si ale někdo představuje něco jako ropné nebo plynné fondy po vzoru zemí Arabského poloostrova nebo třeba Norska, bude zklamán. ČEZ plánuje za 57,8 miliard postavit v Prunéřově továrnu na baterie, tzv. gigafactory. Velmi dlouho tedy žádný akcionář polostátní firmy (ani minoritní, ani stát) žádnou dividendu neuvidí.

Pokud Geomet nebo premiér Petr Fiala mluví o přínosech, pak typicky padají slova o zaměstnanosti a návaznosti na automotive průmysl, nikoli o přímém dopadu na region nebo nějakou analogii zmíněných “fondů budoucnosti” bohatých ropných států.

Kdo si doopravdy vydělá

Pojďme to shrnout: Kdo si doopravdy vydělal (anebo velmi pravděpodobně vydělá)?

Akcionáři EMH, pokud cenné papíry v pravý čas koupili (třeba kdykoli mezi lety 2018 a 2020) a včas prodali (koncem roku 2021). Lepší příležitost patrně nepřijde.

Majitelé pozemků potenciální chemičky na Dukle: Už teď mají téměř jistě splacenou opci, a i když se projekt zruší, nikdo jim ji nevezme. V případě realizace klíčové pozemky výhodně prodají.

Úvěrující banky. 

Dodavatelé služeb a materiálů pro stavbu a provoz dolu nebo zpracovatelského závodu - ovšem pouze v případě, že se projekt rozjede.

Kdo naopak dlouho - a možná nikdy - žádné peníze z projektu přímo neuvidí, je ministerstvo financí coby správce státního rozpočtu.

A závěrem ještě jedna poznámka: Všechna uvedená fakta pocházejí z otevřených zdrojů. Je možné, že Geomet ví mnohem víc, než říká (to ale s ohledem na akcionáře EMH není moc pravděpodobné; Australan ve vedení firmy potřebuje udržovat potenciál firmy co nejvýše). Jasno by měla vnést studie proveditelnosti, jejíž dokončení se stále odkládá. Řádově by se ale od zde uvedené kalkulace lišit neměla.

[ceskelithium]

Lithiové baterie jako surovina: Změní recyklace závislost Evropy?

Trváme-li na elektromobilitě jako cestě k dekarbonizaci dopravy, bez lithia se nepohneme. Opakovaně jsem na blogu České lithium zdůraznil, že není nutné (ani racionální) těžit lithium z jeho velmi komplikovaného zdroje, např. zinnwalditu. Jednou z možností, o níž je relevantní v Evropě přemýšlet, je jeho recyklace.

Proč recyklace?

Těžit lithné minerály v Evropě (nejen zinnwaldit, ale i jiné lithné slídy nebo třeba také boritany) je - a pravděpodobně i dlouhodobě bude - ekonomicky a energeticky nevýhodné (více ve starším článku). Ekonomické bilanci ani podpoře obyvatel nepřidají ani přísná enviromentální nařízení a taky nízká vstřícnost obyvatel hustě osídleného kontinentu.

Zbývá tedy poslední argument: Surovinová soběstačnost, energetická bezpečnost, geopolitika - to všechno pracuje jak s faktem, že řadu strategických materiálů těží nebo zpracovává Čína, případně jiný, k zemím globálního severu (nebo Západu) nepříliš vstřícný stát, tak i s pocitem ohrožení plynoucím z nedaleko probíhajících válečných konfliktů.

Čím dál víc omílaným slovem je proto cirkularita: Pracujme s odpadem jako se surovinou. Dává to smysl nejen proto, že jsme do Evropy už velké množství dovezli, ale taky proto, že tím potenciálně snižujeme energetickou/uhlíkovou náročnost. Dobře to ukazuje graf ze studie konzultační firmy McKinsey & Company:

Kolik lithia jezdí po světě

Nejprve se podívejme na tržní potenciál: Je v Evropě vůbec tolik baterií, aby se recyklace vyplatila?

Graf z Wikipedie ukazuje, že prodej elektroaut dosahuje cca 2 milionů kusů ročně (před rokem 2020 je prodej zanedbatelný). 

Obsah lithných iontů v baterii je cca 160 g na 1 kWh; na trhu jsou auta s bateriemi řádově od 20 do 200 kWh. Budeme-li počítat se střední hodnotou asi 20 kg lithia na jednu baterii, každý rok se v elektroautech prodá v Evropě asi 40 milionů kg, tj. 40 000 tun lithia. Jejich životnost se pohybuje mezi 8 a 20 lety, počítejme 10.

V kombinaci s výše uvedeným grafem můžeme krátce po roce 2030 (10 let po 2020) očekávat výrazné množství lithiových baterií z elektroaut k recyklaci.

Úvahu nezávisle potvrzuje již zmíněná predikce McKinsey & Company:

Nejbližších pět až deset let tedy nelze čekat velký boom recyklačního byznysu, jednoduše proto, že nebude co recyklovat. Respektive, nevyplatí se budovat velké kapacity, protože by neměly co zpracovávat. Až ten boom ale do deseti let začne, bylo by skvělé, kdyby na to Evropa byla připravena.

Dosavadní zkušenosti a smělé plány

Prakticky všichni velcí hráči na poli elektromobility (anebo obecněji: výroby a akumulace energie) si nechtějí nechat ujet vlak a už nyní, často jen experimentálně, do recyklace investují. Podívejme se na konkrétní příklady.

Švédský výrobce baterií pro elektroauta Northvolt (o kterém už jsme se zmiňovali taky jako o prvním výrobci sodík-iontové baterie v Evropě) spustil recyklační projekt Revolt.

Finská státní elektrárenská společnost (“finský ČEZ”) Fortum udělal totéž.

Největší evropská automobilka Volkswagen spustila na počátku roku 2021 v německém Salzgitteru recyklační linku.

V Česku se o pouhý rok později přidaly také Kovohutě Příbram. Své plány má (stejně jako ve Finsku) i polostátní ČEZ: Na veřejných prezentacích (odkud pochází i následující schéma) zástupci Geometu mluví v souvislosti s recyklací o joint venture, tedy společném podniku či partnerství. Kdo konkrétně by měl samotné zpracování zajistit, ČEZ zatím neříká.

Problémy

Obecně se dá říct, že ve velkém lithiové baterie zatím nikdo nerecykluje, a to jednak proto (jak jsem už popsal), že jich zatím není dost, ale také proto, že to je technologicky náročná činnost. 

Je běžně známým faktem, že Li-iontové baterie mohou vzplanout, nejčastěji vinou mechanického poškození (to je důvod, proč řada dopravců nechce přepravovat elektrokola nebo posílat baterie do nich; pokud už vám někdo baterii posílá poštou, pak obvykle v obřím balíku, z něhož většinu objemu tvoří ochrana před poškozením). Když se elektrody dostanou blízké k sobě, hrozí požár (detailněji o tom třeba na webu Popular Science).

Narozdíl od zpracování jiných surovin, jak je třeba železný šrot, je recyklace lithiových baterií výrazně jemnější práce: Než baterii rozdrtíte, je třeba ji důkladně vybít a částečně rozebrat. Teprve pak může přijít na řadu těžké strojírenství a nakonec chemie: hydrometalurgické procesy velice podobné zpracování vytěženého minerálu. 

Recyklační provoz tak je komplikovanou továrnou s několika velmi odlišnými způsoby práce, v prvních etapách zpracování s vysokým rizikem požáru a s velkými energetickými a surovinovými nároky (vody, reaktanty, jako jsou minerální kyseliny ad.). Proces - snad až příliš zjednodušeně - ilustruje fotografie z webu Northvoltu: Na začátku vidíme baterie, pak drť, nakonec dva produkty: oxid manganičitý a v baňce nějakou nikelnatou sůl.

Stejně jako zpracování lithné slídy ani recyklační linku nebude chtít moc Evropanů mít hned za domem. Výhodou ovšem je, že narozdíl od závodu na zpracování zinnwalditu není nutné, aby recyklační závod v takové těsné blízkosti obytných domů byl. 

Pět let na přípravu

Obecně ovšem můžeme říct, že metalurgie elektroodpadu je perspektivní odvětví (více třeba v tomto přehledu). Za pět až deset let budou vysloužilé baterie (některé ještě čeká tzv. “druhý život”) velkým problémem, ale taky příležitostí: Příležitostí si splnit vizi o alespoň částečné surovinové soběstačnosti, ale bez ekonomicky i energeticky problematické snahy o těžbu lithných minerálů. Velké evropské firmy a některé státy na tom pracují už dnes.

[ceskelithium]

Zelený technooptimismus: Lithium a CCS

V reakci na blogový příspěvek o technologii zpracování krušnohorského zinnwalditu na uhličitan lithný jsem z řad poučených čtenářů opakovaně dostal dotazy ke zpracování hydroxidu lithného. Z akademické debaty se zrodil nápad s nečekaným bonusem: Má-li se lithná slída těžit a zpracovávat, nechť se to dělá co nejzeleněji. A to hned dvakrát.

Lithium bez kyseliny sírové

Opakovaně si na blogu České lithium připomínáme, že lithné ionty jsou v zinnwalditu vázány obzvlášť důkladně a přetvořit je na rozumný obchodovatelný a na baterie zpracovatelný produkt stojí hodně energie a surovin. Metod je navrženo nebo vyzkoušeno hned několik; Geomet si (pravděpodobně z ekonomických důvodů) vybral síranovou metodu, německo-kanadská firma připravující těžbu na saské straně hranice metodu sádrovou. Česká volba vede k ceněnějšímu produktu, je ale energeticky i surovinově velmi náročná (desítky tisíc tun kyseliny sírové ročně!). Německý těžař zvolil méně nebezpečnou technologii vedoucí k levnějšímu produktu, konkrétně k hydroxidu lithnému. Rozdíl v cenách mezi dražším uhličitanem a levnějším hydroxidem lithným je řádový. Nabízí se proto otázka, zda nejde hydroxid na uhličitan převést.

Jde - a měl by to zvládnout student nejpozději druhého ročníku gymnaziální chemie:

2 LiOH + CO2 → Li2CO3 + H2O. Jak taková reakce ale běží v realitě? A jak v průmyslovém měřítku?

Absorpce oxidu uhličitého alkalickými hydroxidy

Reakce skutečně běží, stejně jako analogicky funguje i v případě jiného zásaditého (alkalického) hydroxidu, totiž hydroxidu vápenatého (hašeného vápna) při tvrdnutí betonu.

Hydroxid lithný se zase používá na zachytávání oxidu uhličitého na vesmírných stanicích - jinak by se astronauti brzy udusili produktem vlastního dýchání.

Kinetika toho procesu je popsána přinejmenším 50 let. V roce 2022 vyšel článek v Nature, který testoval absorpci v poloprovozních podmínkách.

Teoreticky bychom na jednu tunu uhličitanu mohli spotřebovat až 595 kg oxidu uhličitého. Z uvedeného výzkumu ale plyne, že rovnováha té reakce je mnohem méně příznivá, účinnost vychází na zhruba 24 %. I tak ale pořád platí, že reakce běží a je průmyslově využitelná: Pokud by navržený návod na zpracování cínovecké rudy měl produkovat asi 25 kilotun uhličitanu lithného, mohl by na to využít asi 3 500 tuny oxidu uhličitého. To - pro srovnání - odpovídá (při emisích 95 g CO2 na km) asi 37 milionům kilometrů v běžném osobním autě.

Právě teď je čas na ten zajímavý bonus: Jak je zřejmé, sádrovou metodou zpracování zninwalditu bychom méně hodnotný hydroxid přetvořili na dražší uhličitan, ale zároveň tím z atmosféry odstranili oxid uhličitý coby skleníkový plyn.

Zachytávání atmosférického uhlíku

Carbon Capture and Store (zkráceně CCS) je jedna z kýžených, ale stále spíš konceptuálních metod, jak na poslední chvíli odvracet změny klimatu v důsledky rostoucího množství skleníkových plynů (zejména tedy antropogenního oxidu uhličitého). Myšlenka je prostá: Spalováním fosilních paliv (nebo třeba výrobou cementu a oceli) sice vyšleme do atmosféry oxid uhličitý, ale vzápětí za zase odčerpáme a uložíme. Jak moc experimentální to je, dokazuje Global CCS Institute, který vede veřejně dostupnou databázi všech (!) provozů s CCS na světě. I když jejich počet roste, je zřejmé, že běžná technologie to není.

Velmi často takové pokusy vedou k paradoxu. Obvykle totiž vedou k ukládání pevného produktu zachytávání (třeba už zmíněného vápence) do země. To s sebou nese nejen další náklady (a taky uhlíkovou stopu) na dopravu, ale i zemní a důlní práce. Nezřídka se proto stává, že proces zachycení a uložení takového materiálu má větší uhlíkovou stopu, než kdyby se to nechalo být. 

Způsob, který je výše nastíněn, je o hodně zajímavější: Vzniklý produkt není třeba sypat do jámy. Navržená CCS vede k uhličitanu lithnému, produktu, který je žádaným artiklem, na konci svého životního cyklu je z vyrobené baterie znovu recyklovatelný.

Ekonomika

Při současných cenách emisních povolenek cca 68 eur za tunu CO2 (zhruba 1700 Kč) má uhličitan lithný z atmosférického uhlíku lepší i ekonomickou bilanci, a to asi o 6 milionů korun. Není to moc, ale při nízkých výkupních cenách pro zpracování do baterií může i tohle mít svou cenu.

Naděje?

Nejen na tomto blogu už padlo, že nejekologičtější je prostě snížit spotřeba baterií. I ta nejlepší technologie stojí nějakou energii a má uhlíkovou stopu. Pomůže, když budeme víc chodit pěšky, jezdit na kole (výhradně šlapacím 🙂), MHD, když budeme elektroauta sdílet. Uvažujeme-li ale o elektromobilitě jako o čistší náhradě spalovacích motorů, bez Li-ion článků se ještě minimálně nějaký čas neobejdeme. Jejich výroba ale má být co nejčistší a pokud možno co nejvíc užitečná: třeba tím, že odčerpá alespoň trochu skleníkového plynu z atmosféry.

[ceskelithium]

Máme alternativu k lithium-iontovým bateriím?

V diskuzích k těžbě lithia se často objevují vědoucí komentáře: “Lithium je zbytečné, protože pokrok jde dál. Vždyť jsou k dispozici i články na bázi sodíku!” Jak to je doopravdy?

Nezbytné elektrochemické minimum

Abychom mohli na otázku v titulku odpovědět opravdu komplexně, je třeba úplně základní uvedení do elektrochemie: odpusťte mi to a přijměte to s trpělivostí, prosím.

Okřídlenou historku o italském lékaři Luigim Galvanim, kterému se cukala žabí stehýnka, pravděpodobně znáte. Galvani pohyb přisoudil živočišné elektřině; ve skutečnosti proud elektronů přecházel mezi zinkovými svorkami a měděným drátem. Zinek (jako neušlechtilý kov) se chtěl oxidovat (tedy: zbavit elektronů), měď naopak redukovat. Galvani to jen popsal, ale nerozuměl tomu; to se povedlo až mladému Alexandru Humboldtovi (tu scénu čtivě - až hororově - zachycuje v jedné kapitole románu Vyměřování světa Daniel Kehlmann, vřele doporučuji kliknout na odkaz). Zinek s mědí tvoří elektrody tzv. Daniellova článku, jeho napětí je asi 1,1 V a v návodech k pokusům pro mladší školní věk ho najdete obvykle pod názvem např. “ovocná baterie” (zapíchnete plíšek z mědi a zinku třeba do citronu a pociťte na jazyku ránu; o to ovoce pochopitelně vůbec nejde, citronová šťáva tam funguje jako elektrolyt). Dnes říkáme, že zinek má nižší standardní redukční potenciál než měď. “Chemické nepřátelství kovů” - rozdíl v potenciálech - je napětí, které může průchod elektronů mezi oběma kovy (elektrodami) přinést. Lithium má z celé periodické tabulky standardní redukční potenciál úplně nejnižší, konkrétně -3,04 V. Račte se sami přesvědčit v tabulce. A teď už můžeme na baterie.

Požadavky na skvělou baterii

Budete-li vynalézat nový typ baterie, musíte při hledání kovů pro jeho elektrody vzít v úvahu následující podmínky:

Co nejnižší standardní redukční potenciál (aby baterie dávala slušné napětí, potřebujete nějaký málo ušlechtilý kov s hodně zápornou hodnotou potenciálu)

Co nejvyšší kapacita (obvykle vztažená vůči hmotnosti)

Netoxicita

Vysoký počet nabíjecích cyklů

Ekonomická, technologická a politická dostupnost (máme to kde získat? je tam stabilní režim?).

Podívejte se na tuhle tabulku (zdroj):

Tady je vidět, že ty nejlepší možnosti už jsme vyzkoušeli: Když pomineme toxické, drahé a těžké kovy, moc nám toho nezbývá. Z uvedených prvků má nejnižší standardní potenciál právě lithium.

Porovnáme-li lithium s jeho nejbližším příbuzným sodíkem na druhém grafu, vidíme, že jeho gravimetrická kapacita je asi 3x vyšší. Třetí graf (zdroj) ukazuje to stejné, přidává ale ekonomický a geografický aspekt: Zatímco zdroje lithia jsou rozmístěny nepravidelně a není jich mnoho, o sodíku (resp. sodných iontech) to neplatí.

Chceme-li tedy procházet jen potenciálně konkurenceschopné varianty, stačí prozkoumat jen několika málo případů.

“Dostatečně dobré” baterie

Otcem (prakticky ve všech významech toho slova) moderních baterií je John B. Goodenough (1922-2023), nositel řady ocenění, včetně Nobelovy ceny za chemii z roku 2019. Vedle mnoha jiných významných objevů má na svém kontě i lithium-iontové baterie. Z výše uvedeného je zřejmé, proč Goodehough sáhl právě po lithiu. V závěru života (v 94 letech!) publikoval objev nového typu článku, tzv. skleněné baterie. Mezitím se ale začaly objevovat baterie sodík-iontové. Pojďme se podívat na jednu po druhé.

Lithium-iontové baterie

Goodenough vymyslel několik baterií na bázi lithia. Nejčastěji se vyrábějí lithium polymerové baterie (elektrolytem je polymerní gel) s LiCoO katodou a grafitovou anodou, anebo s fosforečnanen lithno-železnatým LiFePO4, v elektromobilové branži označovaném jako LFP), případně s lithiem a oxidy manganu nebo LiNiMnCoO2. Kromě lithia takové baterie tedy obsahují i další kovy, jako je nikl, kobalt, nebo mangan.

Česká inovace

Baterie HE3DA je vynález Čecha Jana Procházky, se kterým se snaží prosadit někdy od roku 2010. Opět jde o Li-ion baterii, rozdíl je v konstrukci; to má přinést až dvojnásobnou hustotu skladované energie. 

Baterie se od roku 2020 vyrábějí; podnik má ale podle průběžných mediálních zpráv problémy. Pro naši otázku (“Máme alternativu k Li-ion bateriím?”) je technologie HE3DA pořád je Li-ion baterií.

Sodík-iontové baterie

Zásadní inovací, o níž se hovoří, jsou Li-ionkám analogické sodík-iontové články. Hlavní výhodou je dostupnost sodíku, vyrobitelného třeba elektrolýzou chloridu sodného (kuchyňské soli). Nevýhodou má být nižší energetická hustota (tedy vyšší hmotnost baterie, kterou je třeba do elektromobilu/kola dát) a nižší počet nabíjecích cyklů, tedy nižší životnost. Oběma parametry Na-ion tedy proti Li-ion neobstojí. Pro stacionární ukládání elektřiny, kde nevadí vysoká hmotnost (třeba přebytky z domácí fotovoltaiky) by nový typ mohl být vhodný; u aut bude výhodnější Li-ion. V konkrétních číslech: Na-ion má dosahovat 160 Wh/kg, zatím Li-ion běžně dosahuje 200-300 Wh/kg; výše zmíněná HE3DA deklaruje cca dvojnásobek.

Technologie je relativně nová a málo vyzkoušená. Po internetu proto koluje řada informací, obvykle nadšených: Zejména čínská produkce hlásí nastupující boom a velké ambice ve věci odstranění výše zmíněných nedostatků. Za projekty stojí velké čínské automobilky, které jsou na dodávkách lithných surovin z Austrálie a Jižní Ameriky závislé a stejně jako Evropa hledají cestu k surovinové soběstačnosti. Jestli jsou výhledy na 70% cenu (někdy ale taky jen čtvrtinovou) a zároveň srovnatelné technické parametry reálné, zatím nelze posoudit. I v přejících textech se píše o neúplných dodavatelských řetězcích a problémech, které výrobu podle všeho potkají.

V Evropě se Na-ionkám v průmyslovém měřítku věnuje jen švédský Northvolt, v Kalifornii výrobu chystá Natron (více na webu firmy). Informaci, že čínský investor staví na Slovensku gigafactory k produkci sodík-iontových baterií, nelze ověřit. Z veřejných zdrojů vyplývá, že podnik bude vyrábět klasické Li-ion akumulátory. 

Skleněné baterie

Posledním typem je tzv. skleněná baterie, za níž opět stojí John Goodeough. Její elektrody jsou opět z alkalického kovu (tedy, zase z lithia nebo sodíku), sklo má funkci elektrolytu. O efektivitě se vedou debaty; pro zodpovězení naší otázky ale stačí tvrzení, že se opět jedná o upravenou Na-ion, resp. Li-ion baterii.

Nenahraditelné lithium? Jak kde

Nelze vyloučit, že v budoucnu lidé vynaleznou zcela jiný typ baterie; s dosavadním poznáním to ale není pravděpodobné. Jak vidíme i na zmíněných inovacích, prakticky vždycky se jedná o konstrukční (HE3DA) nebo chemické (Na-ion) alternativy k Li-iontovým bateriím.

Sodík-iontové baterie si umím dobře představit pro domácí přebytky elektřiny z fotovoltaiky; vzhledem k nižšímu počtu nabíjecích cyklů ale bude ekologičtější i ekonomičtější vyrobenou elektřinu rovnou spotřebovat nebo prodat, například prostřednictvím smart-grids, komunitního sdílení elektřiny nebo jinak.

V automobilech (elektrokolech, koloběžkách ad.), kde každá zátěž navíc zvyšuje provozní náklady, je lithium špatně nahraditelné. Pokud chceme šetřit lithiem, ideální je, když budeme vyrábět méně aut (jak upozorňuje třeba Asociace pro mezinárodní otázky). 

Výstižně to shrnuje predikce International Energy Agency, který do grafu zpracoval Jaroslav Kopřiva z AMO: Majorita poptávky po lithiu je způsobena očekávanou poptávkou po elektromobilech.

Bez lithia se tedy - při zachování dosaženého standardu a zároveň žádané dekarbonizaci ekonomiky - v dopravě neobejdeme. To ovšem není generální argument pro jeho těžbu za jakoukoli cenu. 

Ke studiu: 

HOUSECROFT, Catherine E. a SHARPE, A. G. Anorganická chemie. Přeložil David SEDMIDUBSKÝ, přeložil Ondřej BENEŠ, přeložil Karel HANDLÍŘ, přeložil Petr HOLZHAUSER, přeložil Irena HOSKOVCOVÁ, přeložil Jaroslava KALOUSOVÁ, přeložil Jan KOTEK, přeložil Václav SLOVÁK, přeložil Jarmila ŠPIRKOVÁ, přeložil Miroslav VLČEK. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2014. ISBN 978-80-7080-872-6.

[ceskelithium]

První těžba lithia v Evropě? Možná druhá nebo třetí. Anebo taky nikdy žádná.

Prezentace firmy Geomet obvykle začínají tím, že chtějí mít první těžené ložisko lithných rud v Evropě. Zástupce Ministerstva průmyslu a obchodu na veřejném jednání záměr prezentoval jako příležitost pro celý kontinent. Znamená to, že pod Cínovcem je jediné lithium v Evropě? Anebo to je, jako obvykle, složitější?

Evropská ložiska

Lithium si samozřejmě nevybralo jen kus Krušných hor: Geologie a geochemie ho roznesla po mnoha zemích kontinentu:

Proč nikdo v Evropě lithium netěží? Je to dražší, než v Jižní Americe nebo v Austrálii, a to z mnoha důvodů: chemických (zdejší minerály se zpracovávají hůř), legislativních (nároky jsou vyšší) i kvůli dražší pracovní síle. Vedle vyšších nákladů jsou tu ale také environmentální aspekty. Jako příklad si uveďme Srbsko, kde byl v roce 2004 objeven a o dva roky později  (tedy o cca 80 let později, než v Krušných horách) prvně popsán nový minerál jadarit (vtipně o něm například na stránkách Národního muzea) - NaLi[B3SiO7(OH)], sodno-lithný borosilikát. Ten by mohl být skvělým zdrojem nejen lithia, ale také boru (ten má skvělé uplatnění třeba ve sklářství).

Věc se rozjela relativně rychle: Britsko-australská společnost Rio Tinto investovala do průzkumu asi 20 milionů dolarů, v roce 2017 podepsala se srbskou vládou memorandum, ekonomicky věc dávala smysl. Těžit se mělo začít v roce 2020, pak 2027. A pak vláda licenci těžařům odebrala. Pravděpodobným důvodem tak příkrého kroku jsou obavy z negativních ekologických dopadů.

Počátkem listopadu 2023 rezignoval portugalský premiér, protože je vyšetřován pro korupci v několika "zelených" projektech, mj. i lithiového dolu (prvního v Evropě, samozřejmě). Projekt Barroso čelil - stejně jako v Srbsku i jinde - odporu místních.

Kromě Česka, Německa, Portugalska a Srbska je připravena těžba také v Rakousku (i tady do ní částečně investuje australská firma); kopnout do země se mělo v roce 2017, pak 2022, pak 2023. Pořád se netěží.

Jak je vidět, v Evropě je podobných projektů několik, žádný ale ještě nezačal. 

Kde se těží - a proč

Většina světově produkovaných baterií obsahuje lithium vytěžené v západní Austrálii (australská produkce v roce 2022 činila 61 tisíc tun) a zpracované v Číně (60 %). Na jihozápadě Austrálie nežije moc lidí, konkrétně v městečku Greenbushes je to pouhých 361 lidí. Austrálie je velká, řídce a nerovnoměrně osídlená země. To všechno je v příkrém protikladu s vnitrozemskou Evropou.

Nejenže je málo výhodné v Evropě lithné rudy těžit, ale ještě ke všemu prakticky všude narazíte na lidi, kteří tu dlouhodobě žijí a těžba jim zhorší kvalitu bydlení. Nejde totiž jen o těžbu. Investoři (a nezřídka i politici) se krušení snaží prodat jako prostor pro rozvoj a inovace, jako perspektivní produkt s vysokou přidanou hodnotou. Narozdíl od Australanů tak evropské firmy vždy vymýšlení v místě také zpracování, ideálně až do podoby baterií. Zpracování rudy na uhličitan lithný je ale těžký chemický provoz náročný na vodu, minerální kyseliny a elektřinu - a to málokdo chce mít za domem.

[ceskelithium]

Jde to bez kyseliny sírové?

Cínovecká slída se nikde na světě netěží a proto nezpracovává. Platí ale, že lithné ionty jsou v ní vázány obzvlášť dobře a dostat je do obchodovatelného produktu není vůbec snadné. Před šesti lety jsem avizoval, že zásadním otazníkem bude chemická technologie zpracování cinvalditu na uhličitan lithný. Geomet vybral síranovou metodu s fosforenčnanovým stupněm, což znamená desítky tisíc tun koncentrované kyseliny sírové za rok. Na německé straně hranice se taktéž chystají na těžbu; ve zpracování ale s kyselinou sírovou nepočítají. Jde to i bez ní?

Proces navržený firmou Zinnwald Lithium PLC je známá sádrová metoda. Ruda se spéká s vápencem a sádrou (odtud název) a pak se vyluhuje ve vodě, produktem je hydroxid lithný. Zástupci Geometu o stejném přístupu mluvili v roce 2017 v Českém rozhlasu, nyní od něj ustoupili. Důvody neznáme, můžeme maximálně tipovat:

Cena hydroxidu lithného logicky kopíruje křivku ceny uhličitanu lithného, je ale nižší. V polovině prosince 2023 je cena kilogramu uhličitanu asi 300 Kč za kg, zatímco hydroxid stojí cca 20 Kč za kilogram. Náklady jsou sice nižší, ale výnosy také, a to řádově.

Prakticky každá chemická výroba vyžaduje hodně vody. I zpracovatelský závod v osadě Dukla v Újezdečku u Teplic ji bude potřebovat, povede ji dvěma trubkami, mj. z dolu v Mariánských Radčicích. Sádrová metoda vyžaduje mnohem víc vody. A protože voda se bude čerpat, zase to nese náklady.

Výběr sádrové metody by nutně musel znamenat přenést zpracovatelskou chemičku někam blíž vodě (ideálně k nějaké řece). To by ale prodražilo dopravu materiálu z dolu (už teď má pás nebo lanovku asi 8 km) a možná přineslo problémy na jiných stranách, např. horší dopravní dostupnost.

Zdá se, že Geomet vybral metodu až na základě výběru lokality Dukla u Újezdečku. Z ekonomického hlediska jde o racionální kompromis: důl, voda, železnice jsou přiměřeně daleko. To ovšem limitovalo výběr technologie.

Má-li něco být role státu a samospráv, pak zajistit, aby si nenechali vnutit tuhle byznysovou logiku. Když inženýři Geometu na veřejné prezentaci říkají, že něco technologicky nejde, není to pravda. Měli by říkat, že firmě se to nevyplatí. Případná těžba ale musí být výsledkem dohody a akceptace všech stran. 

Zájmem občanů by mělo být, aby změnil metodu na sádrovou: ubude řádově vlak naložený kyselinou sírovou jednou za týden, nebude emise jedovatého oxidu siřičitého (který by museli zachytávat), závod se pravděpodobně přesune někam k Labi. 

Zdroj obrázku: Prezentace Geomet, Teplice, 6. 12. 2023

[ceskelithium]

Splasknutí lithiové bubliny

Těžba a zpracování lithia se, ostatně jako každý jiný byznys, vyplatí tehdy, když ekonomické výnosy převýší její náklady. Pojďme se věcně podívat na to, jaké trendy nákladů a výnosů u potenciální těžby cinvalditu v Krušných horách můžeme očekávat a co to znamená pro ekonomiku celého podniku.

Náklady

Lithné ionty se vyskytují v několika různých sloučeninách: od halogenidů lithných (velmi blízkých příbuzných chloridu sodného, tedy kuchyňské soli) až po polymetalické slídy, komplikované materiály, které lithia obsahují obvykle velmi málo a ještě složitě vázaného.

Ty jednoduché soli jsou třeba v mořské vodě (0,18 g na tunu mořské vody) a hlavně ve vysoce mineralizovaných vodách v několika málo oblastech Argentiny, Chile a USA (100 až 7000 g na tunu roztoku!). 

Tou komplikovanou slídou je “náš” cinvaldit. Náš je jednak proto, že se jmenuje podle Cínovce, části pohraničního města Dubí v okrese Teplice, ale taky proto, že dvě třetiny jeho slušně velkého ložiska leží na české straně Krušných hor. Jeho prvkové složení  KLiFeAl(AlSi3)O10(OH,F)2 potvrdí, že v čistém minerálu jsou lithia zhruba dvě hmotnostní procenta. Osvobodit lithné ionty z komplikované krystalové mřížky stojí hodně energie a obvykle koncentrované kyseliny sírové. 

Produkovat lithné soli v Chile nebo Argentině je proto výrazně levnější, než v případě výroby z českého cinvalditu. Jiří Zachariáš (1) uvádí, že produkce uhličitanu lithného ze solanky vyjde cca na 2-3 americké dolary za kilogram, zatímco u cinvalditu 6-7 dolarů. To je přinejlepším 2x, ale možná taky více než 3x více.

Pro pochopení obřích nákladů je třeba uvážit, že jde o hlubinnou těžbu. Protože obsah minerálu (a žádaného kovu v něm) je malý, je třeba natěžit, rozdrtit, dopravit a zpracovat obří množství materiálů. Důl i následné zpracování (pece k zahřátí na 850 °C) tak spotřebuje obrovské množství elektřiny. V řádu desítek tisíc tun ročně se spotřebovává kyselina sírová, kyselina fosforečná, hydroxid sodný, soda. 

Výnosy 

Výnosy se odvíjejí od ceny uhličitanu lithného na světových trzích. Je faktem, že navržený technologický postup generuje několik vedlejších produktů (např. síran draselný prodatelný jako přísada do hnojiv); ekonomiku celého byznysu ale zásadně určuje právě uhličitan lithný.

V listopadu 2022 byla cena na maximu, nyní, o 13 měsíců později, je na na 16 % kulminační ceny. Tržní hodnota se vrátila na stabilní hodnota mezi 130 až 440 Kč za kilogram (v době maxima byla téměř na 1 900 Kč!).

Na grafu vidíme klasický cenový hype daný nízkou nabídkou a vysokou poptávkou, a to zejména ze strany čínského automotive průmyslu. Protože ale nabídka během necelých dvou let poptávku dohnala, cena začala strmě padat.

Čína je dlouhodobě tahounem v produkci i spotřebě elektroaut - a taky klíčový zpracovatel argentinské, chilské a australské suroviny (60 % veškeré produkce uhličitanu lithného vznikne v Číně). Jedna produkce ve středu Evropy takovou dominanci neohrozí. Cenově dokonce bude sama sobě podkopávat nohy: Jestli nabídneme další surovinu pro výrobu baterií, ještě tím srazíme cenu. Protože ale máme vysoké náklady, může být další pokles pro celý podnikatelský plán likvidační.

Faktor politika

Z uvedeného globálního kontextu i porovnání vysokých nákladů a nízkých výnosů vychází bez složitých počtů, že návratnost projektu těžby a zpracování českého lithia nedává v takové realitě ekonomická smysl.

Premiér Petr Fiala označil těžbu lithia jako strategickou prioritu, jako příležitost k ekonomickému rozvojil. Možná to tak mohlo být, kdyby vláda nepropásla příležitost postavit v Česku továrnu na baterie, kdyby zvládla dobře komunikovat se samosprávami a kdyby se to celé trefilo do období cenové horečky. Nic z toho se nepovedlo, přesto premiér a jeho vláda dál tvrdošíjně trvají na tom, že těžit se bude. 

Příště vysvětlíme, že rozhodnutí rozjet těžbu strategické není: Spíš je to rozhodnutí velmi riskantní v mnoha rovinách. Pokušení ale sebrat původně volební sólokapr Andreje Babiše, profilovat se jako vláda technologických inovací a možná taky sanovat díry v rozpočtu je ale příliš velké. 

A tak zatímco každý racionální obchodník by od projektu za stávající situace odstoupil, vláda se do něj bezhlavě vrhá. 

Zdroje:

ZACHARIÁŠ, Jiří. Od pazourku k lithiu. Přírodovědci.cz. 2018, VII(4), 8-11. ISSN 1805-5591.

[ceskelithium]

Technologické otazníky

Mezi mnoha otazníky nad těžbou cínoveckého lithia vyniká zvlášť jeden: Nikdo totiž doopravdy neví, jak z minerálu zvaného cinvaldit lithné ionty ekonomicky dostat.

Cinvaldit je relativně komplikovaný minerál, který se vyskytuje (jak název napovídá) zejména na Cínovci. Tedy: S jeho zpracováním nemá nikdo zkušenosti v průmyslovém měřítku. 

Lithium se totiž získává hlavně ze solanek (odpařené mořské vody, obsahující halogenidy alkalických kovů, tedy i chlorid lithný). Ve světě se realizuje také klasická hlubinná těžba a následné zpracování rudy, nikde ale nejde přímo o cinvaldit. Metody užívané např. na lepidolit nebo spodumen (obsahující taktéž lithné ionty), mohou být v případě jiného minerálu značně neekonomické nebo mohou přinášet ekologické problémy. 

Pět metod

Na lithonosné materiály se aplikuje (nebo aplikovalo) celkem 5 metod, přičemž přímo na cinvaldit nejsou některé z nich vůbec vyzkoušené. Podívejme se na ně konkrétně.

Sádrová metoda

Cinvaldit se nejprve spéká (za teploty přesahující 900 °C) se sádrou a hydroxidem vápenatým, kdy dochází ke výměně iontů za vzniku rozpustného síranu lithného.spečence se následně louhují ve vodě; extrakce lithia je asi 90 %. O této metodě mluvil na Českém rozhlase Plus ředitel firmy Geomet jako o té, kterou chtějí realizovat.

Vápencová metoda

Ruda se spéká s uhličitanem vápenatým, ale v poměru, který znamená trojnásobné množství oproti sádrové metodě; výhodou je ale možnost získat též rubidné ionty a také nižší teplota spékání (800-850 °C).

Síranová metoda

Používá se ke zpracování lepidolitu. Spočívá ve spékání se síranem draselným při 850 °C. Nevýhodou jsou vysoké ztráty síranu.

Chlorace

Spékání probíhá při teplotě přesahující 1000 °C za přítomnosti chlóru, vzniká chlorid lithný. Pro zpracování cinvalditu nebyla tato metoda testována ani laboratorně.

Přímý tepelný rozklad a kyselé vyluhování

Jde o technologický postup, který před nedávnem vyvinul Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství pražské Vysoké školy chemicko-technologické. Tepelný rozklad probíhá nejefektivněji při teplotách do 850 °C, nepřidává se další chemikálie, což znamená významnou úsporu jak na reagenciích, tak na energii. Jednodušší sloučeniny se následně louží v kyselině  sírové. Proces je zatím vyzkoušen laboratorně 

Ještě si počkáme

Co může vypadat jako dílčí aspekt velkolepého plánu těžby lithia, může celý podnik snadno zhatit. Každý náklad na získání uhličitanu lithného z původní rudy výrobu prodražuje a v případě kolísání cen lithia může znamenat nerentabilitu. Přestože držitel licence tvrdí, že bude cinvaldit zpracovávat sádrovou metodou, může se ukázat, že ekonomicky to nedává smysl a bude třeba vyzkoušet jinou z uvedených metod.

Výše uvedeného ale pro tuto chvíli znamená především to, že si na první lithium vytěžené na Cínovci budeme muset počkat, a to v řádu několika let.

[ceskelithium]

Vrtěti lithiem

Proč je panika kolem lithia jen předvolebním divadlem (a proč není dobrý nápad, aby stát těžil lithium sám)

Čtyři dny před volbami se - narychlo a v improvizovaných podmínkách, protože se schůzí už nikdo nepočítal - sešla poslanecká sněmovna. Iniciátory byli poslanci KSČM, nicméně připojili se také okamurovci i poslanci ANO. Závěr jednání? Zrušení memoranda o spolupráci mezi českým státem a vlastníkem licence k průzkumu ložisek, česko-australskou firmou European Metal Holding, podepsaného ani ne před dvěma týdny.

Celé to je jen trapné představení pro voliče - zejména ty voliče, kteří slyší na emotivní výkřiky typu "Krádež za bílého dne", "České lithium v rukou cizáků" atd. atd. Proč?

Především proto, že i bez memoranda má vlastník průzkumné licence podle platného práva zaručenou možnost těžit v lokalitě první. Dává to smysl: Pokud jde investor do rizika a zafinancuje dlouhý a náročný průzkum, měl by mít možnost to taky využít. Memorandum navíc (to už nad rámec platné legislativy) říká, že EMH se bude snažit co nejvíce z procesu zpracování realizovat v Česku. Je to značně nekonkrétní (v této fázi si asi nelze představit nic jiného), nicméně právě tohle (tj. daně z příjmu, nikoli poplatky za vytěženou rudu) je přínos pro stát - a je dobře, že na něj ministerstvo průmyslu myslí. Zrušení memoranda na dnešním jednání je tak vlastně jen trapnou ostudou, věcně ale nic nemění. Odhlédneme-li od populistické roviny celého tématu, připusťme, že se dá vážně debatovat, zda je lepší, aby cennou surovinu těžil a zpracovával stát sám (říkejme tomu "levicový pohled"), anebo jen nastavil pravidla a samotnou těžbu nechť realizuje soukromý subjekt ("pravicový pohled"). Zatímco u veřejných služeb (jako je doprava nebo zdravotnictví) má taková debata smysl a oba názorové póly dávají smysl a leckde fungují, u těžby surovin je ten "levicový pohled" naivní. Předně připomeňme, že původní čeští vlastní firmy Geomet (která průzkumné vrty dělá a kterou EMH koupil) podíl na projektu nabízeli českým firmám, včetně státnímu těžebnímu podniku Diamo a polostátnímu ČEZ. Ani jedna z firem (správně) o tom neuvažovala. Podnik je to totiž značně riskantní: V počátku vyžaduje velké investice (nejde přitom jen o průzkumné vrty, ale také vývoj o výrobní technologie, hromadu infrastruktury atd.); v poměru k nim ale vysoké riziko utopení těchto nákladů bez vidiny zisku. Tématem rizikovosti takové investice se (z ekonomick��ho i chemicko-technologického hlediska) budeme zabývat později, teď jenom shrňme, že 1) není ani v poloprovozním měřítku vyzkoušena technologie metalurgického zpracování cinvalditu na obchodovatelný uhličitan lithný, 2) obsah lithných iontů ve vzorcích kolísá a je tak malý, že při vážnějším poklesu ceny lithia na světových trzích nebude těžba rentabilní, 3) samotná těžba je otázkou výhledu několika let. Kde v té době bude cena lithia, se nedá říct. Pokud tedy někdo hází obrovskými čísly a říká, že tolik a tolik bude zisk "nějakých Australanů", přičemž "Češi z toho neuvidí skoro nic," argumentuje neférově. Jaká bude cena vytěženého a zpracovaného kovu, nemůže nikdo vědět. Nehledě na to, že těžba půjde hodně pomalu, takže ekonomiku celého podniku mohou ovlivnit další vlivy (např. přechod na vodíkovou ekonomiku nebo prosazení jiného typu baterií). Pro to všechno: Stát by neměl do takového rizikového podniku jít; měl by ale dobře stanovit rámce a mantinely takové činnosti. Dnešní debata ve sněmovně (ke které se též s chutí připojilo ANO, poslanci ČSSD nicméně vraceli údery i jim) tak pomohla asi jen SPD a KSČM. Rozhodně nepomohla České republice.