Napapanatiling Pag-aani ng Lithium – Pagbabago sa mga Supply Chain ng EV

Pinapalakas ng mga pandaigdigang pagsisikap sa decarbonization, ang paglago ng mga de-kuryenteng sasakyan (EVs) ay inaasahang magpapatuloy nang mabilis, na aabot sa higit sa kalahati ng kabuuang benta ng sasakyan sa buong mundo sa loob ng sampung taon. 

Ang malawakang electrification ng sektor ng transportasyon, na bumubuo ng halos 20% ng pandaigdigang carbon dioxide (CO2) emissions dahil sa matinding pag-asa sa fossil fuels, ay makatutulong nang malaki upang mabawasan ang kabuuang greenhouse gas (GHG) emissions.

Gayunpaman, ang mabilis na paglipat sa mga EV ay nagdudulot ng malaking problema — matinding pagkapuwersa sa supply chain ng mga kritikal na elemento na ginagamit sa mga baterya ng EV.

Sa mga baterya ng EV, ang lithium-ion batteries ang pinaka-malawak na ginagamit dahil sa kanilang mababang gastos at walang kapantay na energy density, at inaasahang mananatiling nangungunang kimika ng baterya. Ibig sabihin, ang lithium (Li), partikular, ay patuloy na magiging mahalagang sangkap.

Ang malambot, pilak-puting alkali metal, na pinakamagaan sa lahat ng solidong elemento at mabilis na tumutugon sa tubig, ay ginagamit nang malaki sa isang solong pakete ng baterya ng EV.

Kaya, natural na inaasahang lalago nang eksponensyal ang demand para sa lithium sa susunod na dekada, hanggang sa malampasan nang malaki ang kayang makuha mula sa pagmimina ng lithium ores o pagkuha mula sa lithium-rich brines pagsapit ng 2030.

Ang Isyu sa Supply Chain ng Kritikal na Elemento ng Baterya

Ang demand para sa lithium-ion batteries ay inaasahang lalagpas sa isang terawatt hour (TWh) ngayong taon, isang dramatikong pagtaas mula sa 74 gigawatt hours (GWh) isang dekada na ang nakalilipas, ayon sa Lithium-ion Battery Database ng Benchmark.

Ang patuloy na pagtaas ng demand para sa lithium-ion batteries, na sentro sa paglago ng industriya ng sasakyan at enerhiya, ay nagtutulak sa mga bansa na mag-develop ng kanilang sariling domestic supply chains.

Habang nangingibabaw ang China sa industriya, tumitindi ang kompetisyon, kung saan ang US ay naglalayong makuha ang kontrol sa teknolohiya ng EV at baterya. Parehong nagtatakda ng mga trade restrictions ang dalawang bansa upang protektahan ang kanilang mga industriya at umangat sa tuktok.

Noong Enero ngayong taon, iminungkahi ng China ang paglimita sa mga teknolohiya ng pagkuha at pag-refine ng lithium upang magkaroon ng higit na kontrol sa pandaigdigang supply chain ng lithium. Ang China, na naglalaman din ng mga nangungunang tagagawa ng lithium battery sa mundo, kung saan ang CATL ay may pinakamalaking bahagi ng merkado na 35%, sinundan ng BYD, ay naging pangalawang pinakamalaking tagapamahala sa buong mundo, na may 16.5% ng kabuuang pandaigdigang reserba ng lithium na triple.

Ang Bolivia, Chile, at Argentina ay kabilang sa iba pang pinakamahalagang tagapamahala ng reserba ng lithium, kasama ang mga bagong prodyuser ng lithium tulad ng Saudi Arabia na sumasali sa pamamagitan ng malalaking pamumuhunan sa mga proyektong lithium.

Ang US ay isa rin sa mga nangungunang bansa na may makabuluhang reserba ng lithium. Gayunpaman, sa kabila nito, maliit lamang ang produksyon nito—mas mababa sa 2% ng kabuuang mundo. At halos lahat ng lithium na ito ay nagmumula sa pasilidad ng Albemarle na Silver Peak. Dahil dito, ang kautusan na “Unleashing American Energy” ay naglalayong pasimplehin ang mga permit para sa pagmimina at palakasin ang domestic capabilities.

Ilang buwan na ang nakalipas, isang senior na opisyal ng US ang nag-akusa sa mga prodyuser ng lithium mula sa China na pinapatay ang mga kompetisyon na proyekto sa pamamagitan ng pagbaha ng pandaigdigang merkado ng kritikal na metal at nagdudulot ng “predatory” na pagbagsak ng presyo.

Ang presyo ng lithium ay bumaba ng higit sa 80% sa nakaraang taon, pangunahing dahil sa sobrang produksyon ng China. Ayon kay Jose Fernandez, noon Under Secretary of State para sa Economic Growth, Energy, at Environment:

“Nagpapatupad sila ng predatory pricing… (sila) binababa ang presyo hanggang sa mawala ang kompetisyon. Iyon ang nangyayari.”

Idinagdag pa niya, ang China ay gumagawa ng mas maraming lithium “kaysa sa pangangailangan ng mundo ngayon, ng malaki.” Ito ay nagdulot ng mababang presyo, na ayon kay Fernandez ay “naglilimita sa aming kakayahang i-diversify ang aming supply chains sa malawak, pandaigdigang saklaw.”

Habang tumitindi ang kompetisyon at ang pag-iba-iba ng presyo ay nagbabanta sa pandaigdigang supply chains, may agarang pangangailangan para sa mga alternatibong paraan ng pagkuha upang matiyak ang matatag at napapanatiling suplay ng lithium.

Pagtugon sa Agwat ng Demand at Suplay ng Lithium

Ang epektibong pagtugon sa agwat ng suplay ng lithium ay nangangailangan ng paglipat mula sa tradisyonal na paraan patungo sa hindi tradisyonal na mga aqueous source. Kasama rito ang pagkuha ng lithium mula sa geothermal brines, industriyal na wastewater, tubig na nalikha mula sa langis at gas, at mga groundwater.

Tradisyonal, ang ganitong uri ng pagkuha ay kinabibilangan ng pre-concentration sa pamamagitan ng solar evaporation, sinusundan ng sunud-sunod na mga hakbang ng chemical-based purification at precipitation.

Bilang resulta, ang pagkuha ng lithium ay limitado sa mga rehiyon na may tuyong at malawak na lupain. Bukod dito, ito ay nangangailangan ng mahabang oras ng pagproseso at may negatibong epekto sa kapaligiran, at sa kabila ng lahat ng ito, mababa pa rin ang recovery rate ng lithium.

Ito ang dahilan kung bakit ang direct lithium extraction (DLE) technologies ay naging sentro, na maaaring lampasan ang mga limitasyong oras at lupain. Ang mga teknolohiyang ito ay maaari ring makakuha ng high-purity lithium nang hindi kailangan ng chemical-based post-treatment steps.

Dito, ang ion-exchange resins at adsorbents, partikular, ay masusing pinag-aaralan para sa pagkuha ng lithium, ngunit ang mga teknik na ito ay nangangailangan pa rin ng bahagyang pre-concentration ng lithium dahil sa limitadong lithium selectivity at nangangailangan ng malaking dami ng fresh water o kemikal para sa regeneration.

Sa kabilang banda, ang electrochemical lithium intercalation ay nagpapakita ng kahanga-hangang lithium selectivity, ngunit ang mga pamamaraan na ito ay nagdurusa sa lubhang limitadong buhay ng electrode at nangangailangan ng periodic regeneration.

Gayunpaman, ang mga highly selective membranes ay may potensyal na lampasan ang mga limitasyong ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng tuloy-tuloy at napapanatiling pag-recover ng lithium. Ang metodong ito ay nagpapadali ng preferential transport ng lithium kaysa sa mga kompetisyon na ion.

Tungkol sa teknik na ito, ang pagsisiyasat sa mga membrane material na nagbibigay ng mataas na lithium selectivity laban sa parehong karaniwang kompetisyon na divalent at monovalent ions ay patuloy na mahalaga.

Kamakailan, ang mga mananaliksik mula sa Elimelech lab sa Rice University ay nakamit ang malaking breakthrough sa pamamagitan ng pag-repurpose ng solid-state electrolytes (SSEs) bilang mga membrane material para sa aqueous lithium extraction.

Ang SSEs ay isang masusing pinag-aaralan na paksa sa komunidad ng baterya ngunit hindi bilang membrane material para sa aqueous ion separations. Ang pag-develop ng SSEs ay naging focus area sa larangan ng baterya dahil sa mga alalahanin sa kaligtasan na dulot ng flammability ng karaniwang ginagamit na liquid electrolytes.

Ang solid-state electrolytes (SSEs) ay talagang nag-aalok ng mga promising alternatives sa tradisyonal na liquid electrolytes sa mga baterya, na nagbibigay ng pinahusay na kaligtasan at potensyal para sa mas mataas na energy density. Ang SSEs ay solidong materyales na nagpapahintulot sa transport ng mga ion tulad ng lithium ions sa pagitan ng mga electrode sa isang baterya.

Bukod sa pagbibigay ng pinahusay na kaligtasan dahil hindi nasusunog, ang SSEs ay mas matibay din ngunit humaharap sa mga hamon tulad ng mababang ionic conductivity at interfacial instability.

Pagdating sa potensyal na aplikasyon ng SSEs bilang membrane material para sa selective extraction ng lithium ions mula sa seawater, ilang pag-aaral ang nagpakita ng kanilang posibleng paggamit, ngunit ang pangunahing pagsusuri at pag-unawa sa transport sa SSEs ay hindi pa nasusuri.

Kaya, ang pinakabagong pag-aaral ay sinusuri ang paggamit ng Li-ion-conducting SSE bilang membrane para sa aqueous lithium extraction sa pamamagitan ng pagsisiyasat sa mga pundamental ng ion at water transport sa SSE at pagsusuri ng ion-ion selectivity laban sa karaniwang kompetisyon na cations sa lithium brines.

Ipinapakita ng mga resulta ng pag-aaral ang “halos perpektong lithium selectivity.” Natuklasan din nito ang isang mahalagang ugnayan—kahit na impenetrable, ang presensya ng kompetisyon na cations (isang positively charged ion) ay patuloy na negatibong nakakaapekto sa flux ng lithium ions.

I-click dito upang malaman kung hawak ng Arkansas ang sagot sa tumataas na pangangailangan ng suplay ng lithium ng United States.

Pagbubukas ng Daan para sa Napapanatiling Supply Chains ng EV Battery

Inilathala sa Science Advances¹, inilalarawan ng pag-aaral ang pag-develop ng epektibong paraan ng pagkuha ng lithium—isang highly selective solid-state electrolyte membrane na nagrerebolusyon sa pag-aani ng lithium na may halos perpektong selectivity, kaya pinapabuti ang sustainability sa mga supply chain ng EV battery.​

Natuklasan ng research team na ang highly ordered at confined na istruktura ng SSEs, na orihinal na dinisenyo para sa mabilis na conduction ng lithium ions sa solid-state batteries, ay kayang makamit ang walang kapantay na paghihiwalay ng parehong ions at tubig sa aqueous mixtures.

Ito ay nagmamarka ng potensyal na breakthrough sa napapanatiling pag-recover ng mga resources na makatutulong na mabawasan ang pag-asa sa tradisyonal na mga teknik. Ayon sa corresponding author na si Menachem Elimelech, Nancy at Clint Carlson, Professor ng Civil at Environmental Engineering:

“Ang hamon ay hindi lamang tungkol sa pagtaas ng produksyon ng lithium kundi sa paggawa nito sa paraang napapanatili at ekonomikong kapaki-pakinabang.”

Ang bagong teknik na binuo ng research team ay nakabatay sa isang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng tradisyonal na nanoporous membranes at SSEs. 

Ang pagkakaiba ay ang pag-asa ng mga conventional membranes sa hydrated nanoscale pores para mag-transport ng ions, samantalang ang SSEs ay naglilipat ng Li ions gamit ang anhydrous hopping mechanism sa loob ng highly ordered crystalline lattice.

“Ibig sabihin, ang lithium ions ay maaaring mag-migrate sa membrane habang ang ibang kompetisyon na ions, at kahit tubig, ay epektibong nabablock. Ang napaka-selective na alok ng aming SSE-based na approach ay ginagawa itong isang napakaepektibong paraan para sa pag-aani ng lithium dahil ang enerhiya ay ginagamit lamang para ilipat ang nais na lithium ions sa membrane.”

– Unang may-akda na si Sohum Patel, kasalukuyang postdoc researcher sa Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Upang subukan ang phenomenon na ito, gumamit ang team ng electrodialysis setup, kung saan ang kuryente ay ginagamit upang itulak ang Li-ions sa pamamagitan ng membrane. 

Ipinakita ng resulta ng eksperimento na kahit na mataas ang konsentrasyon ng kompetisyon na ions, ang SSE ay patuloy na nagpakita ng halos perpektong lithium selectivity nang walang nakikitang kompetisyon na ions. Ito ay isang bagay na hindi nagawang makamit ng tradisyonal na membrane technologies.

Ngayon, upang sagutin ang tanong kung bakit nagpapakita ang SSEs ng ganitong kahanga-hangang Li-ion selectivity, gumamit ang team ng kombinasyon ng computational at experimental techniques upang magsiyasat, na nagturo sa tightly packed, rigid crystalline lattice ng SSE. Ang istrukturang ito ay humaharang hindi lamang sa mga water molecules na makapasok sa membrane kundi pati na rin sa mas malalaking ions tulad ng sodium at magnesium.

“Ang lattice ay kumikilos bilang molecular sieve, na nagpapahintulot lamang sa lithium ions na makalusot. Ang kombinasyon ng napaka-precise na laki at charge exclusion ay kung bakit natatangi ang SSE membrane.”

– Elimelec

Bagaman ang kompetisyon na ions ay hindi nakalusot sa SSE, napansin ng mga mananaliksik na ang kanilang presensya ay nagbawas ng lithium flux, bagaman ito ay nanatiling katulad ng mga nakikita sa mas hindi selective na membrane materials. Naniniwala ang mga mananaliksik na ang hamong ito, na sanhi ng pagharang ng mga available surface sites para sa ion exchange, ay maaaring maresolba sa pamamagitan ng karagdagang material engineering.

Dagdag pa rito, kinakailangan pa ng karagdagang pag-aaral upang ipakita ang bisa ng SSE kapag inilapat sa lalong kumplikado at maalat na pinagkukunan ng tubig.

Sa pangkalahatan, binigyang-diin ng pag-aaral ang “napakapanatiling aplikasyon ng SSEs sa pag-recover ng lithium.”

Ayon sa mga mananaliksik, ang bagong binuong metodong ito ay makatutulong upang masiguro ang matatag na suplay ng lithium para sa malawak na hanay ng industriya, kabilang ang automotive, electronics, at renewable energy sectors.

Hindi lamang makatutulong ang SSE-based membranes na tugunan ang kakulangan ng lithium na paparating, kundi magagawa rin ito nang napapanatili at nang hindi negatibong nakakaapekto sa kapaligiran tulad ng tradisyonal na pagmimina. Ayon kay Patel:

“Sa pamamagitan ng pag-integrate ng SSEs sa electrodialysis systems, maaari naming paganahin ang direct lithium extraction mula sa iba’t ibang aqueous sources, na nagbabawas ng pangangailangan para sa malalaking evaporation ponds at chemical-intensive purification steps. Ito ay maaaring makabuluhang magpababa ng environmental footprint ng produksyon ng lithium habang pinapabuti ang kahusayan ng proseso.”

Ang metodong ito na maaari ring magpababa ng gastos na kaugnay ng produksyon ng lithium ay inaasahang makakakita ng posibleng industriyal na pag-aampon sa loob ng 5-8 taon. Inaasahan ng mga mananaliksik na ang mga SSE material ay “nasa unahan ng DLE technologies” sa hinaharap.

Bilang karagdagan, inaasahan ng pag-aaral ang mas malawak na aplikasyon ng SSEs sa ion-selective separations lampas sa lithium.

Ayon kay Elimelech, ang mga mekanismo ng ion selectivity sa solid-state electrolytes (SSEs) ay maaaring magbigay inspirasyon sa pag-develop ng katulad na mga membrane para sa pagkuha ng iba pang kritikal na elemento mula sa mga pinagkukunan ng tubig, na nagbubukas ng pintuan sa “isang bagong klase ng membrane materials para sa resource recovery.”

Inobatibong Kumpanya

Albemarle Corporation

Ngayon, kung titingnan natin ang isang kilalang investable na kumpanya sa larangang ito, ang Albemarle Corporation (ALB ) ay namumukod-tangi bilang isang global na lider sa produksyon ng lithium, na namumuhunan sa napapanatiling teknolohiya ng pagkuha.

Ang kumpanya ay nagpapatakbo ng mga minahan sa Australia, Chile, at US. Ang mga lithium resources nito, na sinasabi ng Albemarle na “kabilang sa pinakamalalaki at pinakamataas na kalidad sa mundo,” ay binubuo ng hard rock deposits at hypersaline brine.

Gayunpaman, ang Albemarle ay humaharap sa mga hamon, na nagtulak dito nitong nakaraang tag-init na ihinto ang $1.3 bilyong EV lithium processing plant sa South Carolina, US. Sa parehong panahon, itinigil nito ang pagpapalawak ng isang manufacturing plant sa Australia, kung saan ito gumagawa ng battery-grade lithium hydroxide para sa EVs, dahil sa mahina na presyo ng lithium. Ang balita ay dumating halos isang taon matapos ibahagi ng Albemarle ang plano nitong doblehin ang produksyon, kung saan malaking bahagi ng higit sa $1 bilyong pagkalugi nito sa Q3 2024 ay iniuugnay sa nabigong pagpapalawak ng proyektong ito.

Ang pagbaba ng presyo sa merkado ng lithium ay patuloy dahil sa malakas na produksyon sa Chile, mga taripa ng administrasyong Trump, at pagbagal ng demand para sa post-Lunar New Year holidays sa China. Bilang resulta, kinailangan ng Albemarle na kanselahin hindi lamang ang mga expansion project nito kundi pati na rin magbawas ng mga empleyado.

Sa kasalukuyan, ang Albemarle Corporation ay pangunahing nagpapatakbo sa pamamagitan ng tatlong pangunahing dibisyon — Energy Storage, Specialties, at Ketjen.

Ang Energy Storage division ay gumagawa ng lithium chloride, lithium hydroxide, at lithium carbonate. Ang Specialties segment ay nag-ooptimize ng highly specialized lithium at bromine solutions at nagsisilbi sa mga industriya ng mobility, energy, connectivity, at health. Ang focus ng Ketjen ay sa performance catalyst solutions (PCS), clean fuels technologies (CFT), at fluidized catalytic cracking (FCC) catalysts at additives na nagsisilbi sa aerospace, automotive, conventional energy, grid storage, at iba pang merkado.

Sa market cap na $8.78 bilyon, ang presyo ng Albemarle shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $74.82, bumaba ng 12.28% YTD. Ang kumpanya ay may EPS (TTM) na -11.19 at P/E (TTM) na -6.74, habang ang dividend yield na binabayaran ay 2.15%. Noong Pebrero 27, inanunsyo ng kumpanya ang quarterly common stock dividend na $0.405 bawat share, na babayaran sa Abril 1.

Pagdating sa mga financials nito, para sa Q4 2024, iniulat ng Albemarle ang net sales na $1.2 bilyon habang ang net income ay $75 milyon o $0.29 bawat diluted share, at ang adjusted diluted loss per share ay ($1.09).

Ang net sales ay nakaranas ng pagbaba ng 48% mula sa quarter ng nakaraang taon na $2.4 bilyon, na iniuugnay ng kumpanya sa mas mababang presyo at volume sa Energy Storage. Ang net sales para sa iba’t ibang dibisyon ay ang mga sumusunod — $617 milyon sa Energy Storage, $333 milyon sa Specialties, at $282 milyon sa Ketjen.

Sa panahon ng Q4, iniulat din ng Albemarle ang pag-abot ng record production sa Meishan at La Negra lithium conversion plants. Gayunpaman, plano nitong ilagay ang site nito sa Chengdu, China, para sa maintenance sa kalagitnaan ng taong ito.

Para sa buong taon, iniulat ng kumpanya ang net sales na $5.4 bilyon at net loss na $1.2 bilyon, habang ang cash mula sa operasyon ay $702 milyon. Noong Disyembre 31, 2024, ang Albemarle ay may humigit-kumulang $2.8 bilyon na liquidity, kabilang ang $1.2 bilyon na cash at equivalents. Ang kabuuang utang nito, samantala, ay $3.5 bilyon.

“Kami ay nagsasagawa ng mga desisyong hakbang upang bawasan ang gastos, i-optimize ang aming conversion network, at dagdagan ang kahusayan upang mapanatili ang aming pangmatagalang competitive position. Habang kami ay tumitingin sa hinaharap, inaasahan naming magpapatuloy ang dynamic market conditions ngunit nananatiling kumpiyansa sa aming kakayahang maghatid ng halaga sa mga stakeholder sa pamamagitan ng pagtaas ng aming financial flexibility, pagpapalakas ng aming core capabilities, at pagposisyon ng Albemarle para sa hinaharap na paglago.”

– CEO Kent Masters

Para sa 2025, inaasahan ng kumpanya na ang capital expenditure nito ay nasa pagitan ng $700 milyon hanggang $800 milyon, 50% mas mababa kaysa sa $1.7 bilyon ng 2024. Ang paggastos na ito, ayon sa Albemarle, ay sumasalamin sa prayoridad ng pagpapanatili ng umiiral na assets at resources.

Pinakabagong Balita sa Albemarle Corporation

Konklusyon 

Sa kasalukuyang hyper-mobile na mundo, ang mga de-kuryenteng sasakyan ay lumitaw bilang solusyon sa problema ng sustainability. Ang mga EV ay nag-aalok ng paraan upang mabawasan ang carbon emissions at bawasan ang ating pag-asa sa fossil fuels. Sa gitna ng rebolusyong ito ay nakapaloob ang teknolohiya ng baterya, na tumutulong sa mga EV na baguhin ang hinaharap ng transportasyon.

Isang pangunahing sangkap ng mga bateryang ito ay ang lithium, na mahalaga sa pagpapagana hindi lamang ng mga EV kundi pati na rin ng maraming modernong device at energy storage. Dahil sa kahalagahan ng lithium sa malinis na paglipat ng enerhiya, nagmamadali ang mundo upang matiyak ang matatag na suplay ng lithium.

Ang tradisyonal na mga paraan ng pagkuha ng lithium, bagaman epektibo, ay limitado ng mga alalahanin sa kapaligiran, resource-intensive na pagmimina, at mahabang oras ng pagproseso. Dito, ang mga breakthrough tulad ng paggamit ng solid-state electrolyte (SSE) membranes ay nag-aalok ng isang transformative solution, dahil ang pagpapahintulot ng napapanatiling at epektibong pag-aani ng lithium ay hindi lamang makakabawas sa nalalapit na isyu sa supply chain kundi maaari ring muling tukuyin ang hinaharap ng produksyon ng baterya.

I-click dito upang malaman kung ang demand para sa lithium-ion batteries ay babagsak sa pagdating ng mga bagong sodium-ion batteries.