Bærekraftig litiumhøsting – Revolusjonerer EV-forsyningskjeder

Drevet av globale avkarboniseringsinnsats, er veksten i elbiler (EV) forventet å fortsette i raskt tempo, og vil utgjøre mer enn halvparten av verdensomspennende bilsalg om ti år.

Denne omfattende elektrifiseringen av transportsektoren, som står for omtrent 20 % av globale karbondioksid (CO₂)-utslipp på grunn av sin tunge avhengighet av fossile brensler, vil bidra til en betydelig reduksjon av totale klimagassutslipp (GHG).

Imidlertid medfører denne raske overgangen til elbiler et stort problem – en kraftig belastning på forsyningskjeden for kritiske elementer som brukes i EV-batterier.

Blant EV-batterier er litium‑ion‑batterier de mest brukte på grunn av deres lave kostnad og enestående energitetthet, og de forventes å forbli den dominerende batterikjemien. Dette betyr at litium (Li) spesielt vil fortsette å være en essensiell komponent.

Det myke, sølvhvite alkalimetallet, som er det letteste av alle faste elementer og reagerer kraftig med vann, brukes i betydelige mengder i en enkelt EV-batteripakke.

Så, naturlig nok, forventes etterspørselen etter litium å vokse eksponentielt i løpet av det neste tiåret, så mye at den vil langt overstige det som kan oppnås gjennom gruvedrift av litiummalmer eller utvinning fra litiumrike briner innen 2030.

Forsyningskjedeproblemet med det kritiske batterielementet

Etterspørselen etter litium‑ion‑batterier er prognostisert å overstige én terawattime (TWh) i år, en dramatisk økning fra 74 gigawattimer (GWh) for et tiår siden, ifølge Benchmarks Lithium‑ion‑batteridatabase.

Denne skyhøye etterspørselen etter litium‑ion‑batterier, som er sentral for veksten i bilindustrien og energiomstillingen, får land til å søke å utvikle sine egne innenlandske forsyningskjeder.

Mens Kina dominerer industrien, intensiveres konkurransen, med USA som ønsker å få kontroll over EV‑ og batteriteknologi. Begge landene innfører handelsrestriksjoner for å beskytte sine industrier og komme på toppen.

I januar i år foreslo Kina å begrense litiumutvinning‑ og raffineringsteknologier for å få mer kontroll over den globale litiumforsyningskjeden. Kina, som også huser verdens ledende litiumbatteriprodusenter, med CATL som har den største markedsandelen på 35 %, etterfulgt av BYD, har blitt den nest største innehaveren globalt, med 16,5 % av den globale totalen ettersom litiumreservene tredobles.

Bolivia, Chile og Argentina er de andre mest fremtredende litiumreserveinnehaverne, med nye litiumprodusenter som Saudi-Arabia som slutter seg til ved å investere tungt i litiumprosjekter.

USA er også blant de ledende landene med betydelige litiumreserver. Til tross for dette er produksjonen relativt liten – mindre enn 2 % av verdens totale. Og nesten alt dette litiumet kommer fra Albemarle sin Silver Peak‑anlegg. Derfor søker ordren «Unleashing American Energy» å forenkle tillatelser for gruvedrift og styrke innenlandske kapasiteter.

For noen måneder siden anklaget en senior amerikansk tjenestemann kinesiske litiumprodusenter for å eliminere konkurrerende prosjekter ved å oversvømme det globale markedet med det kritiske metallet og forårsake et «rovdyrisk» prisfall.

Litiumprisene har falt mer enn 80 % det siste året, hovedsakelig på grunn av Kinas overproduksjon. Ifølge Jose Fernandez, den daværende undersekretær for økonomisk vekst, energi og miljø:

“De driver med rovdyrisk prising… (de) senker prisen til konkurransen forsvinner. Det er det som skjer.”

Kina, bemerket han videre, produserte mye mer litium “enn verden trenger i dag, med god margin.” Dette har resultert i lave priser, som Fernandez sa “begrenser vår evne til å diversifisere forsyningskjeder på en bred, global skala.”

Etter hvert som konkurransen intensiveres og prisvolatiliteten truer globale forsyningskjeder, er det et presserende behov for alternative utvinningsmetoder for å sikre en stabil og bærekraftig litiumforsyning.

Å takle litium-etterspørsels‑forsyningsgapet

For å effektivt takle litiumforsyningsgapet kreves det å gå fra konvensjonelle metoder til ukonvensjonelle vannkilder. Dette inkluderer utvinning av litium fra geotermiske briner, industrielt avløpsvann, vann produsert av olje‑ og gassutvinning, og grunnvann.

Tradisjonelt innebærer denne typen utvinning forkoncentrering via solfordampning, etterfulgt av en rekke kjemisk‑baserte rensings‑ og utfellingssteg.

Som følge av dette er litiumutvinning begrenset til regioner med tørt og vidstrakt land. I tillegg medfører det lange bearbeidingstider og har negative miljøpåvirkninger, og til tross for alt dette har den fortsatt lave litiumutvinningsgrader.

Dette er grunnen til at direkte litiumutvinning (DLE)-teknologier har blitt i fokus, da de kan overvinne tids‑ og landintensive begrensninger. Disse teknologiene kan også oppnå høy‑renhet litium uten behov for kjemisk‑baserte etterbehandlingssteg.

Her er ionbytterharpikser og adsorbenter, spesielt, sterkt undersøkt for litiumutvinning, men disse teknikkene krever fortsatt delvis forkoncentrering av litium på grunn av deres begrensede litiumselektivitet og krever store mengder ferskvann eller kjemikalier for regenerering.

Elektrokjemisk litiuminterkalling, derimot, viser imponerende litiumselektivitet, men disse tilnærmingene lider av svært begrenset levetid på elektroder og krever periodisk regenerering.

Høyt selektive membraner har imidlertid potensialet til å overvinne disse begrensningene ved å tilby kontinuerlig og bærekraftig litiumgjenoppretting. Denne metoden muliggjør preferert transport av litium over konkurrerende ioner.

Når det gjelder denne teknikken, er undersøkelser av membranmaterialer som gir høy litiumselektivitet mot både vanlige konkurrerende divalente og monovalente ioner fortsatt avgjørende.

Nylig oppnådde forskere fra Elimelech‑labben ved Rice University et stort gjennombrudd ved å omgjøre fast‑tilstands‑elektrolytter (SSE) til membranmaterialer for vannbasert litiumutvinning.

SSE‑er er et sterkt undersøkt tema i batterifellesskapet, men ikke som membranmateriale for vannbaserte ioneseparasjoner. Utviklingen av SSE‑er har vært fokusområdet i batterifeltet på grunn av sikkerhetsbekymringer knyttet til brennbarheten til vanlig brukte flytende elektrolytter.

Fast‑tilstands‑elektrolytter (SSE) gir faktisk lovende alternativer til tradisjonelle flytende elektrolytter i batterier, med forbedret sikkerhet og potensial for høyere energitetthet. SSE‑er er faste materialer som tillater transport av ioner som litiumioner mellom elektroder i et batteri.

I tillegg til å tilby forbedret sikkerhet fordi de er ikke‑brennbare, er SSE‑er også mer holdbare, men møter utfordringer som lavere ionisk ledningsevne og grensesnittinstabilitet.

Når det gjelder potensiell anvendelse av SSE‑er som membranmaterialer for selektiv utvinning av litiumioner fra sjøvann, har noen studier demonstrert deres mulige bruk, men den grunnleggende evalueringen og forståelsen av transport i SSE‑er har ikke blitt utforsket.

Dermed vurderer den nyeste studien bruken av en Li‑ion‑ledende SSE som membran for vannbasert litiumutvinning ved å undersøke de grunnleggende prinsippene for ion‑ og vanntransport i SSE‑en og evaluere dens ion‑ion‑selektivitet mot vanlige konkurrerende kationer i litiumbriner.

Studieresultatene indikerer “nesten perfekt litiumselektivitet.” Den avdekket også et viktig forhold – selv om den er uigjennomtrengelig, påvirker tilstedeværelsen av konkurrerende kationer (en positivt ladet ion) fortsatt negativt litiumionstrømmen.

Klikk her for å finne ut om Arkansas har svaret på det økende behovet for litiumforsyning i USA.

Baner vei for bærekraftige EV‑batteriforsyningskjeder

Publisert i Science Advances¹, beskriver studien utviklingen av den effektive litiumutvinningsmetoden – en høyt selektiv fast‑tilstands‑elektrolyttmembran som revolusjonerer litiumhøsting med nesten perfekt selektivitet, og dermed forbedrer bærekraften i EV‑batteriforsyningskjeder.

Forskningsgruppen fant at den høyt ordnede og begrensede strukturen i SSE‑er, opprinnelig designet for rask ledning av litiumioner i fast‑tilstands‑batterier, er i stand til å oppnå enestående separasjon av både ioner og vann i vannbaserte blandinger.

Dette markerer et potensielt gjennombrudd i bærekraftig ressursgjenvinning som kan bidra til å redusere avhengigheten av tradisjonelle teknikker. Ifølge korresponderende forfatter Menachem Elimelech, Nancy og Clint Carlson, professor i sivil- og miljøingeniørfag:

“Utfordringen er ikke bare å øke litiumproduksjonen, men å gjøre det på en måte som både er bærekraftig og økonomisk levedyktig.”

Den nye teknikken utviklet av forskerteamet avhenger av en grunnleggende forskjell mellom tradisjonelle nanoporous membraner og SSE‑er.

Forskjellen er at konvensjonelle membraner er avhengige av hydrerte nanoskopiske porer for iontransport, mens SSE‑er flytter Li‑ioner ved hjelp av en anhydrat hoppemekanisme innenfor et høyt ordnet krystallinsk gitter.

“Dette betyr at litiumioner kan migrere gjennom membranen mens andre konkurrerende ioner, og til og med vann, effektivt blokkeres. Den ekstreme selektiviteten som vår SSE‑baserte tilnærming tilbyr gjør den til en svært effektiv metode for litiumhøsting, da energi kun brukes til å flytte de ønskede litiumionene over membranen.”

– Første forfatter Sohum Patel, for tiden postdoktorforsker ved Massachusetts Institute of Technology (MIT)

For å teste dette fenomenet brukte teamet et elektrodialysoppsett, hvor elektrisitet brukes til å drive Li‑ioner gjennom membranen.

Eksperimentresultatet viste at selv når konsentrasjonen av konkurrerende ioner var høy, fortsatte SSE‑en å vise nesten perfekt litiumselektivitet uten merkbare konkurrerende ioner. Dette er noe tradisjonelle membranteknologier ikke har kunnet oppnå.

For å svare på hvorfor SSE‑ene viser så eksepsjonell Li‑ion‑selektivitet, brukte teamet en blanding av beregnings‑ og eksperimentelle teknikker, som pekte på det tett pakkede, stive krystallgitteret i SSE‑en. Denne strukturen hindrer ikke bare vannmolekyler i å trenge gjennom membranen, men også større som natrium‑ og magnesiumioner.

“Gitteret fungerer som et molekylsikt, som kun tillater litiumioner å passere. Denne kombinasjonen av svært presis størrelse‑ og ladningsutvelgelse er det som gjør SSE‑membranen så unik.”

– Elimelec

Selv om konkurrerende ioner ikke passerte gjennom SSE‑en, bemerket forskerne at deres tilstedeværelse reduserte litiumstrømmen, selv om den fortsatt var sammenlignbar med de som ble observert i betydelig mindre selektive membranmaterialer. Forskerne tror at denne utfordringen, som skyldes blokkering av tilgjengelige overflateområder for ionutveksling, kan løses gjennom videre materialteknikk.

Videre kreves også mer arbeid for å demonstrere effektiviteten til SSE‑en når den brukes på stadig mer komplekse og salte kildevann.

Totalt sett fremhever studien “den svært lovende anvendelsen av SSE‑er for litiumgjenvinning.”

Ifølge forskerne kan denne nyutviklede metoden bidra til å sikre en stabil litiumforsyning for et bredt spekter av industrier, inkludert bil-, elektronikk- og fornybar energisektoren.

SSE‑baserte membraner kan ikke bare bidra til å løse litiummangelen som er på horisonten, men de kan også gjøre det på en bærekraftig måte uten negativ påvirkning på miljøet som tradisjonell gruvedrift. Ifølge Patel:

“Ved å integrere SSE‑er i elektrodialysesystemer, kunne vi muliggjøre direkte litiumutvinning fra en rekke vannkilder, og redusere behovet for store fordampningsdammer og kjemisk‑intensive rensingssteg. Dette kunne betydelig redusere miljøavtrykket fra litiumproduksjon samtidig som prosessen blir mer effektiv.”

Metoden som også kan redusere kostnadene knyttet til litiumproduksjon, kan forventes å få mulig industriell adopsjon innen 5–8 år. Forskerne forventer at SSE‑materialer vil være “i fronten av DLE‑teknologier” fremover.

I tillegg til dette forutser studien bredere anvendelser av SSE‑er i ion‑selektive separasjoner utover litium.

Som Elimelech bemerket, kan mekanismene for ionselektivitet i fast‑tilstands‑elektrolytter (SSE) inspirere utviklingen av lignende membraner for utvinning av andre kritiske elementer fra vannkilder, og åpne døren til “en ny klasse av membranmaterialer for ressursgjenvinning.”

Innovativt selskap

Albemarle Corporation

Hvis vi ser på et fremtredende investerbart selskap innen dette feltet, skiller Albemarle Corporation (ALB ) seg ut som en global leder innen litiumproduksjon, som investerer i bærekraftige utvinnings‑teknologier.

Selskapet driver gruver i Australia, Chile og USA. Dens litiumressurser, som Albemarle hevder er “blant de største og høyeste kvalitet i verden,” består av hardrock‑deponier og hypersaline briner.

Albemarle står imidlertid overfor utfordringer, som i fjor sommer førte til at de satte på pause et EV‑litium‑prosesseringsanlegg på $1,3 milliarder i South Carolina, USA. På omtrent samme tidspunkt stoppet de utvidelsen av et produksjonsanlegg i Australia, hvor de produserer litiumhydroksid av batterikvalitet for EV‑er, på grunn av svake litiumpriser. Nyheten kom kun omtrent ett år etter at Albemarle delte sin plan om å doble produksjonen, med en stor del av tapet på over $1 milliard i Q3 2024 tilskrevet den mislykkede utvidelsen av dette prosjektet.

Prisnedgangen i litiummarkedet fortsetter på grunn av sterk produksjon i Chile, tollsatser fra Trump‑administrasjonen, og en nedgang i etterspørselen etter etter-kinesisk nyttår i Kina. Som et resultat måtte Albemarle avlyse ikke bare sine utvidelsesprosjekter, men også redusere bemanningen.

Albemarle Corporation opererer nå hovedsakelig gjennom tre hoveddivisjoner – Energy Storage, Specialties og Ketjen.

Energy Storage‑divisjonen produserer litiumklorid, litiumhydroksid og litiumkarbonat. Specialties‑segmentet optimaliserer høyt spesialiserte litium‑ og bromløsninger og betjener mobilitets‑, energi‑, tilkoblings- og helsesektoren. Ketjen fokuserer på ytelses‑katalysatorløsninger (PCS), ren drivstoff‑teknologier (CFT) og fluidisert katalytisk krakning (FCC)‑katalysatorer og tilsetningsstoffer som betjener romfart, bilindustri, konvensjonell energi, nettlagring og andre markeder.

Med en markedsverdi på $8,78 milliarder handles Albemarle‑aksjekursen for øyeblikket til $74,82, ned 12,28 % år‑til‑dato. Selskapet har en EPS (TTM) på -11,19 og en P/E (TTM) på -6,74, mens utbytteavkastningen er 2,15 %. 27. februar erklærte selskapet et kvartalsvis vanlig aksjeutbytte på $0,405 per aksje, utbetalt 1. april.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte Albemarle for Q4 2024 nettoomsetning på $1,2 milliarder mens nettoresultatet var $75 millioner eller $0,29 per utvannet aksje, og justert utvannet tap per aksje var ($1,09).

Nettoomsetningen opplevde et fall på 48 % fra forrige års kvartal på $2,4 milliarder, noe selskapet tilskrev lavere priser og volumer i Energy Storage. Nettoomsetningen for de ulike divisjonene var som følger – $617 millioner i Energy Storage, $333 millioner i Specialties og $282 millioner i Ketjen.

I løpet av Q4 rapporterte Albemarle også rekordproduksjon ved Meishan‑ og La Negra‑litiumkonverteringsanleggene. Imidlertid planlegger de å sette anlegget i Chengdu, Kina, til vedlikehold innen midten av dette året.

For hele året rapporterte selskapet nettoomsetning på $5,4 milliarder og et netto tap på $1,2 milliarder, mens kontantstrøm fra driften var $702 millioner. Per 31. desember 2024 hadde Albemarle omtrent $2,8 milliarder i likviditet, inkludert $1,2 milliarder i kontanter og likestilte midler. Samtidig var den totale gjelden $3,5 milliarder.

“Vi tar avgjørende tiltak for å redusere kostnader, optimalisere vårt konverteringsnettverk og øke effektiviteten for å bevare vår langsiktige konkurranseposisjon. Når vi ser fremover, forventer vi at dynamiske markedsforhold vil vedvare, men vi er fortsatt trygge på vår evne til å levere verdi til interessenter ved å øke vår finansielle fleksibilitet, styrke våre kjernekompetanser og posisjonere Albemarle for fremtidig vekst.”

– CEO Kent Masters

For 2025 forventer selskapet at kapitalutgiftene vil ligge i området $700 millioner til $800 millioner, 50 % mindre enn 2024s $1,7 milliarder. Dette forbruket, bemerket Albemarle, reflekterer en prioritering av å opprettholde eksisterende eiendeler og ressurser.

Siste nytt om Albemarle Corporation

Konklusjon 

I dagens hypermobile verden har elbiler fremstått som en løsning på bærekraftsproblemet. EV‑er gir en måte å redusere karbonutslipp og senke vår avhengighet av fossile brensler. Kjerne i denne revolusjonen er batteriteknologien, som hjelper EV‑er med å forme fremtidens transport.

En nøkkelkomponent i disse batteriene er litium, som er avgjørende for å drive ikke bare EV‑er, men også mange moderne enheter og energilagring. Gitt litiums betydning i overgangen til ren energi, konkurrerer verden om å sikre en stabil litiumforsyning.

Konvensjonelle litiumutvinningsmetoder, selv om de er effektive, er begrenset av miljøbekymringer, ressurs‑intensiv gruvedrift og lange bearbeidingstider. Her gir gjennombrudd som bruk av fast‑tilstands‑elektrolytt (SSE)‑membraner en transformativ løsning, da muliggjøring av bærekraftig og effektiv litiumhøsting ikke bare kan lindre kommende forsyningskjedeproblemer, men også redefinere fremtiden for batteriproduksjon.

Klikk her for å finne ut om etterspørselen etter litium‑ion‑batterier vil falle med nye natrium‑ion‑batterier.