アーカンソーは私たちのリチウム需要への答えを持っているか？

リチウム供給の重要性

電気自動車や定置型蓄電の普及に伴い、リチウムイオン電池の原料であるリチウムの重要性が高まっています。2030年に向けた需要予測には幅があります。元の2024年の記事が示した118万9,000トンという需要値は炭酸リチウム換算量（LCE）であり、リチウム元素そのものの重量とは異なります。

リチウムイオン電池の技術は今後も変化すると考えられます。リチウム金属を使う全固体電池が普及すれば、そこでもリチウムは重要ですが、すべての将来の電池がリチウムを必要とするわけではありません。

リチウム価格は需要だけでなく、供給の増減、在庫、投資などの影響で大きく変動します。需要増加が常に価格上昇をもたらすとは限りません。

これによりリチウム供給の確保が戦略的課題となっています。特に、電力会社から自動車メーカーまで、ますます多くの産業が安定したリチウムバッテリー供給に依存するようになっています。

中国は電池製造とリチウム精製で大きな役割を担っています。一方、鉱山生産ではオーストラリア、チリ、中国、アルゼンチンなどが重要です。南米の「リチウム・トライアングル」に含まれるボリビアの大きな資源量を、そのまま大規模な現在の生産量と同一視してはいけません。

北米には大きなリチウム資源がありますが、資源量と商業生産量は別の指標です。米国地質調査所（USGS）とアーカンソー州の研究者らは、州南部の塩水に含まれるリチウム量を機械学習で推定しました。成果はScience Advancesの論文「機械学習を用いた南アーカンソーのスモックオーバー層塩水におけるリチウム資源の評価」で報告されました。

新たなリチウムトライアングル？

南米のリチウム・トライアングルは、チリ、アルゼンチン、ボリビアの国境周辺に広がる、リチウムを含む塩水資源が豊富な地域です。3か国の資源量と生産量は同じではありません。

アーカンソー、テキサス、ルイジアナ周辺にもリチウムを含む塩水が存在します。ただし、今回の定量的推定はアーカンソー州南部のスモックオーバー層を対象としています。

推定された原位置資源量は大きいものの、すべてを技術的・経済的に回収できるという意味ではありません。

研究者らは地質情報、貯留層の条件、濃度予測を用い、アーカンソー州南部のスモックオーバー層塩水中にリチウムが約510万～1,900万トン存在すると推定しました。これは当時の米国リチウム資源量推定の約35～136%に相当します。採掘可能な埋蔵量の認定ではありません。

どのように発見されたか？

この地域の石油・ガス田から得られる塩水に臭素やリチウムが含まれることは以前から知られていました。ただし、個々の試料の濃度は広く変動し、測定地点だけでは地域全体の量を判断できませんでした。研究者らは既存と新規の測定値を地質情報と組み合わせました。石油・ガス探査で蓄積された地下の情報も利用しています。

研究では、塩水中のリチウム濃度データを使って機械学習モデルを訓練し、地質、地球化学、温度などの変数から、アーカンソー州南部における濃度の空間的分布を予測しました。

対象となったスモックオーバー層の塩水資源について、地域全体の量を評価する手掛かりが得られました。

リチウム含有量の予測

モデルでリチウム濃度の予測に重要だった説明変数には、次のものがありました。予測に有用な変数であることは、単独で存在の有無を決定する因果関係の証明ではありません。

• 溶存硫化水素（H2S）濃度。
• 塩水サンプルの深さ
• スモックオーバー層上部の標高
• スモックオーバー層の厚さ

塩水の体積とリチウム濃度の仮定によって推定は変わります。元の翻訳にあった100万・1,100万・1,100万トンという一覧は論文の範囲を正しく表していません。

• 下限の原位置資源量推定：約510万トン。
• 上限の原位置資源量推定：約1,900万トン。
• 回収できる量や商業的に採算の取れる量は、抽出技術や操業条件などにより別途評価が必要です。

既存産業の副産物流に含まれるリチウム

これらの塩水の一部は、臭素生産や石油・ガス生産に伴って、すでに地上へ汲み上げられています。

研究では、2022年に石油・ガス・臭素産業によって地上へ汲み上げられた塩水に約5,000トンのリチウムが含まれていたと推定しました。これは塩水中の量であり、リチウムとして回収・販売された量ではありません。

約5,000トンは米国の2022年の推定消費量と比較できる規模ですが、実際の回収量を示すものではありません。資源全体のうち地上に移動した割合も小さいとされています。

石油会社も、この地域での掘削や地下資源開発の経験を生かす可能性を探っています。例えば、ExxonMobilが発表したアーカンソー州でのリチウム開発計画があります。

直接リチウム抽出（DLE）

直接リチウム抽出という技術群

従来、リチウムは主に硬岩鉱石と塩水から生産されてきました。

硬岩を利用する方法では、スポジュメンなどのリチウム鉱物を採掘・選鉱し、その後化学処理します。オーストラリアはこの生産方式で重要な役割を担っています。

塩水を利用する方法の一つは、広い蒸発池で濃縮するものです。コスト、水利用、回収率、環境への影響は塩水の組成や場所、工程によって異なります。回収率が必ず50%である、あるいはすべて同じ汚染を生むとは限りません。

これとは異なる技術群として、直接リチウム抽出（DLE）があります。一部は以前から商業的に利用されており、完全に新しい単一の発明ではありません。

リチウムを選択的に分離する方法

DLEは、塩水からリチウムイオンを選択的に取り出す技術群です。必ずしも膜だけを使うわけではなく、複数の方法があります：

• 吸着型DLE：リチウムイオンを選択的な吸着材に取り込ませる方法。
• イオン交換型DLE：材料中のイオンと塩水中のリチウムイオンを交換する方法。
• 溶媒抽出型DLE：抽出剤を用いてリチウムを別の液相へ移し、分離する方法。

油田塩水は世界各地に存在し、既存産業の副産物流として得られることから、リチウム資源として注目されています。DLEが各塩水に対して実用的かどうかにより、蒸発池より小さい敷地で処理できる可能性があります。ただし、水、薬品、エネルギーの使用や廃棄物処理を含む評価が必要です。
関連論文：「機械学習を用いた南アーカンソーのスモックオーバー層塩水におけるリチウム資源の評価」。

リチウムナノ濾過

オーストラリアのモナシュ大学などの研究者らは、Nature Sustainabilityの論文「塩湖塩水からの持続可能なリチウム抽出と水酸化マグネシウムの併産」で、分離手法を報告しました。

研究ではEDTA支援型の緩いナノろ過（EALNF）を用い、リチウムとマグネシウムの分離、および水酸化マグネシウムの併産を検討しました。マグネシウムは用途のある物質であり、常に単なる廃棄物とは限りません。

報告されたマグネシウムイオンの阻止率は最大99.85%、リチウム回収率は約89.90%でした。マグネシウムの阻止率をリチウム回収率と混同してはいけません。研究条件での分離性能は、そのまま大規模設備の操業実績を意味しません。

塩水中のマグネシウムはリチウムの選択的分離を難しくすることがあります。そのため、マグネシウム濃度の高い資源には技術的な課題があります。

研究者らは、約90%のリチウム回収率と処理期間の短縮の可能性を説明しています。従来法との比較は工程や試料の条件に依存し、すべての方法に対して必ず2倍の性能になるわけではありません。

蒸発池に依存する方法に比べ、水利用を減らせる可能性があります。研究では、淡水の回収も報告されました。ただし、設備全体が水や薬品を一切消費しないという意味ではありません。実用化では地域と工程ごとの評価が必要です。

リチウムとバッテリーテクノロジーへの投資

リチウムイオン電池は、携帯電子機器から電気自動車まで、さまざまな用途で使われています。

蓄電池は再生可能エネルギーの導入や一部の航空用途の電動化を支える可能性があります。ただし、電力網や航空機に必要な条件は異なり、電池だけで全面的な移行が保証されるわけではありません。

電池関連企業への投資を取り扱う証券会社もあります。securities.ioでは、米国、カナダ、オーストラリア、英国、その他の国の証券会社について紹介しています。

個別銘柄のほか、電池や関連資源を対象とするETFを調べる方法もあります。これはバイオテクノロジーETFではありません。例として、Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)、Global XのLithium & Battery Tech ETF (LIT)、またはWisdomTree Battery Solutions UCITS ETF などがあります。複数銘柄への投資でも損失や業種集中のリスクは残り、商品名や提供状況も変わり得ます。

関連記事「電池金属・再生可能エネルギー関連の鉱業株10選」も参照できます。

直接リチウム抽出企業

リオ・ティントは鉄鉱石、銅、アルミニウムなどを手掛ける大手鉱業会社です。企業規模の順位は指標と時期で変わります。

リオ・ティントは、ギニアのシマンドゥ巨大鉄鉱山プロジェクトやモンゴルのオユ・トルゴイ銅鉱山などの大型プロジェクトに関わっています。

同社の銅生産拡大は重要な計画ですが、世界の供給増に占める割合についての予測は、期間と前提によって変わります。

2024年10月9日、リオ・ティントはArcadium Lithiumを買収する契約を発表しました。これは当時の完了済み買収ではありません。ArcadiumはAllkemとLiventの合併が2024年1月4日に完了して誕生した企業です。元の翻訳にある「2023年に誕生」は正確ではありません。

Arcadiumはリチウムの生産から加工まで複数の工程を手掛けていました。2028年末までに能力を倍増させる計画などは、当時の将来目標であり、達成済みの実績ではありません。

Arcadiumの技術開発

DLE

買収に関する解説の一つでは「リオ・ティントにとっての真の価値 (RIO )」としてArcadiumのDLE技術が取り上げられました。これは買収の価値についての見解です。前身のLiventはアルゼンチンで1996年からDLEを生産に使用してきました。蒸発池との組み合わせもありました。蒸発工程に依存しない抽出技術の拡大も研究・開発されています。
また、Liventは2023年、ILiAD技術を手掛ける親会社への少数持分投資を発表しました。ILiAD事業全体を買収したという意味ではありません。

ILiADの技術は、リチウムを選択的に取り込む吸着材と、連続向流式の処理工程を組み合わせます。企業側はLiventの既存のDLE経験と新技術との相乗効果を説明しました。

DLEの経験や技術は買収価値を評価する要素の一つですが、それだけがリオ・ティントの意思決定の理由だったと断定することはできません。鉱床、事業規模、市場環境なども関係します。

印刷可能なリチウム材料

LIOVIXは、電極へのリチウム付与などに使うことを想定した印刷可能な独自配合材料です。単なる印刷可能なリチウム箔ではありません。性能や材料使用量、製造コストへの効果は電池設計と工程によって評価する必要があります。

リオ・ティントのグリーン・プロファイル

Arcadiumの買収契約は、リオ・ティントのリチウム事業拡大の一環でした。同社は銅抽出でも技術開発を進めており、その一例がNutonです。この技術は、特定の鉱石からの銅回収を改善することを目指しています。性能は鉱石の組成と工程条件に依存します。

リオ・ティントは低炭素アルミニウムの生産も進めています。水力発電は一部のアルミニウム製錬の電力供給に使われますが、ボーキサイト採掘からアルミナ精製、製錬までのすべての工程が同じ排出量になるわけではありません。

同社は他のリチウム事業にも取り組んでいます。例として、アルゼンチンのRinconプロジェクトや、セルビアのJadarリチウムプロジェクトがあります。Jadarには環境や地域社会への影響を巡る論争があり、欧州最大級という表現も評価基準に依存します。

銅、アルミニウム、リチウムはエネルギー転換に関わる重要な材料です。一方、鉱業には環境・社会面の影響や市況、建設、操業上のリスクがあります。関連する事業展開だけで「環境に優しい企業」や確実な成長を保証することはできません。

研究参考文献：

^{1. Knierim, K. J., et al. (2024). 機械学習を用いた南アーカンソーのスモックオーバー層塩水におけるリチウム資源の評価. Science Advances, 10, Article adp8149. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8149}