Металл для энергоперехода: сможет ли Россия обеспечить себя литием

Почему литий так важен

Литий — очень перспективный ресурс, который иногда называют «новой нефтью». Ожидается, что спрос на литий в ближайшие годы будет быстро расти, поскольку этот металл нужен для производства аккумуляторов для электромобилей, а также для выпуска грузового, пассажирского, технологического транспорта и систем накопления энергии.

По данным Statista, в 2022-м глобальный спрос на литий составлял 724 тыс. т, в 2023-м — 920 тыс. т. По прогнозам Всемирного экономического форума, к 2030-му мировой спрос на литий достигнет показателя 3–4 млн т в год.

При этом в ближайшие годы на рынке будет сохраняться дефицит «новой нефти», что замедляет энергопереход от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам и мешает росту продаж электромобилей, предупреждают аналитики S&P Global Commodity Insights.

Крупнейшие страны — производители лития — Австралия, Чили, Китай, Аргентина, Бразилия, Зимбабве, Канада, Португалия и США — стараются нарастить производство, чтобы удовлетворить растущий спрос на ценное сырье для литий-ионных батарей.

Размер рынка литий-ионных батарей в 2023 году оценивался в $56,8 млрд, к 2032-му он вырастет до $187,1 млрд (среднегодовые темпы роста — более 14%). Крупнейший производитель и потребитель этих аккумуляторов на данный момент — Китай.

Что происходит с добычей лития в России

В России собственный литий не производят с 1997 года: тогда добыча оказалась нерентабельной из-за низкого спроса. С тех пор свои небольшие внутренние потребности РФ покрывала за счет импорта из Латинской Америки. Там, на границе Аргентины, Боливии и Чили, находится так называемый литиевый треугольник, где сосредоточено более половины мировых запасов лития.

В 2022-м Аргентина и Чили приостановили поставки литиевого сырья в Россию. Через год «Норникель» вместе с «Росатомом» создали совместное предприятие «Полярный литий».

«Полярный литий» будет разрабатывать крупнейшее в России Колмозерское месторождение литиевых руд, расположенное в Мурманской области. Проектом предусмотрена ежегодная добыча и переработка порядка 2 млн т руды и производство 45 тыс. т карбоната и гидроксида лития. Для сравнения показатели топ-3 государств по производству лития: Австралия — 86 тыс. т лития в год, Чили — 44 тыс. т, Китай — 33 тыс. т. Запуск месторождения запланирован на 2026 год.

«Наш безусловный приоритет — удовлетворение потребностей российского рынка и поддержка развивающейся отечественной батарейной промышленности. Мы планируем направлять производимый литий на нужды внутреннего рынка. Это позволит создать полный производственный цикл от добычи сырья до выпуска готовой продукции внутри страны», — комментируют в «Норникеле».

В компании также допускают, что по мере развития добычи объемы производства лития могут превысить текущие потребности внутреннего рынка. В этом случае избыток лития отправят на экспорт.

Участок недр находится на территории Кольского полуострова, которая используется коренными и оленеводческими народами Мурманской области саамами, коми и ненцами для традиционной хозяйственной деятельности. Поэтому важно учесть их права, интересы и получить Свободное предварительное осознанное согласие на разработку Колмозерского месторождения.

«Полярный литий» начал переговоры с коренными народами в июне 2022 года, провел этнологическую экспертизу при участии представителей народа саамы и опубликовал исследования, оценивающие потенциальное воздействие проекта на традиционную хозяйственную деятельность, права и культуру.

После консультаций с представителями коренных народов компания выбрала для строительства южный маршрут автодороги и ЛЭП — более протяженный, но не затрагивающий действующие пастбища и полностью сохраняющий оленеводство.

Как добывают литий

Добыча лития из горных пород, как на Колмозерском месторождении, — это сложный технологический процесс. Основным минералом, из которого извлекается литий в таких месторождениях, является сподумен, отмечают в «Норникеле». Добыча лития из горных пород по сравнению с разработкой других видов литиевого сырья не требует изъятия большой площади земельных участков, не требует создания масштабных гидротехнических сооружений, использует замкнутый цикл оборота воды и в целом наносит меньший вред окружающей среде.

Технологическая цепочка, по словам представителей компании, разделена на три этапа. Первый этап будет реализовываться на месторождении, второй и третий — на химико-металлургическом заводе в Мончегорске.

• Первый этап — открытые горные работы. Руда извлекается из карьера, затем ее дробят и измельчают до частиц необходимого размера.
• Второй этап — обогащение. Обычно применяется гравитационно-флотационный метод разделения, чтобы отделить литийсодержащий минерал сподумен от пустой породы.
• Третий этап — извлечение. Полученный сподуменовый концентрат подвергается термической обработке при высоких температурах (около 1100°C) в специальных печах. Этот процесс, известный как декрипитация, изменяет кристаллическую структуру сподумена, позволяя извлечь из него литий. Далее проводится выщелачивание обожженного концентрата кислотой, щелочью или содой для извлечения лития в раствор, из которого затем получают товарные соединения лития. Этот процесс технологически сложен и энергоемок, но он позволяет эффективно извлекать литий из концентрата.

Как сделать из лития готовый материал для производства литий-ионных аккумуляторов

Для изготовления литий-ионных аккумуляторов требуется гидроксид или карбонат лития исключительно высокой чистоты — 99,5% и выше, поэтому добытый литий требует специальной подготовки перед использованием в производстве аккумуляторов, отмечают в «Норникеле».

«После извлечения лития из руды в виде раствора начинается процесс его очистки и переработки. Первым этапом обычно является осаждение карбоната лития из раствора. Этот карбонат лития затем проходит несколько стадий очистки для удаления примесей натрия, магния и кальция», — комментируют в компании.

Также возможно преобразование карбоната лития в гидроксид лития, который легче очищать до необходимого уровня. Процесс может включать в себя повторное растворение и кристаллизацию, ионный обмен и другие методы тонкой химической очистки.

Финальным этапом подготовки лития для использования в аккумуляторах является синтез специфических литиевых соединений, таких как фосфат лития-железа или оксид лития-никеля-марганца-кобальта, которые используются в качестве катодных активных материалов. Этот процесс требует точного контроля состава и структуры материала на наноуровне, что обеспечивает оптимальные характеристики готовых аккумуляторов.

По словам представителей «Норникеля», путь от добытой руды до готового материала для аккумуляторов включает множество сложных технологических этапов, каждый из которых критически важен для качества конечного продукта.

Производят ли в России литий-ионные аккумуляторы

Российский батарейный сектор только начинает развиваться, и компаний, которые бы выпускали собственные литий-ионные аккумуляторы, не так много.

Например, казанская «Нэтер» производит литий-ионные аккумуляторы для электромобилей, гольфкаров, беспилотников, роботов и медицинского оборудования. В 2025-м «Нэтер» планирует запустить в Татарстане завод «Батареон» с мощностью 340 тыс. единиц продукции в год.

Топливный дивизион «Росатома», где создано бизнес-направление «Системы накопления энергии», предлагает автопроизводителям тяговые батареи для легковых электромобилей, грузового и пассажирского транспорта, спецтехники. Другие решения подходят как для пассажирского электротранспорта (электробусы и троллейбусы с автономным ходом), так и для тяжелой карьерной техники на подземных и открытых горных работах.

Батареи «Росатома» применяются в системах накопления электроэнергии на промышленных предприятиях (они позволяют оптимизировать график электропотребления и снижают стоимость электроснабжения), в изолированных микросетях (для оптимизации состава генерирующего оборудования и замещения вращающегося резерва, для компенсации резкопеременной нагрузки), в источниках бесперебойного питания большой мощности в промышленности и для центров обработки данных.

Какие технологии нужны для производства литий-ионных аккумуляторов

У «Росатома» принципиально новая задача — обеспечить в России возможность серийного производства элементной базы, то есть ячеек, выстроить цепочку сквозной кооперации всех предприятий отрасли для локализации батарейных комплектующих. Литиевые батареи «Росатома» будут обеспечивать производство электромобилей.

В 2026 году в России заработают две гигафабрики «Росатома» — в Калининградской области и Новой Москве. Они обеспечат серийное производство батарей полного цикла — от производства электродов, смешения катодных и анодных химических масс до готового продукта.

«Производство аккумуляторных ячеек — сложный технологический процесс. Протяженность производственных линий одной гигафабрики составляет 2,5 км. На гигафабрике задействовано около 150 единиц высокотехнологичного оборудования и обеспечена высокая автоматизация процессов — около 90%, что позволяет обеспечить скорость производства на уровне одной ячейки в секунду и уровень плотности энергии 260 Вт·ч на килограмм — это показатели на уровне лучших мировых стандартов», — рассказывают в «Росатоме».

Ожидается, что мощность гигафабрики в Калининграде составит 4 гВт·ч в год — этого достаточно для обеспечения тяговыми батареями 50 тыс. электромобилей. Далее мощность производств вырастет до 8 гВт·ч в год. А на территории гигафабрики в Новой Москве откроют новую площадку R&D-центра — там развернут опытно-промышленные линии, где будут проводить испытания и отработку новых производственных технологий, а также выпускать опытную продукцию в разных форм-факторах и на основе различных электрохимических систем.