مقدمه
در گذشته عنصر لیتیوم به عنوان یک ماده دارای ارزش اقتصادی تلقی نمیشد، ولی امروزه به دلیل نقش منحصر به فرد لیتیوم در فناوریهای انرژی پاک، تقاضا برای آن در جهان افزایش پیدا کرده است. انقلاب در وسایل نقلیه الکترونیکی به فلزات زیادی نیاز دارد که از این بین لیتیوم به عنوان یکی از مواد کلیدی در باتریهای لیتیوم یونی شناخته شده است که انرژی دستگاههای الکترونیکی، وسایل نقلیه الکتریکی و فناوریهای ذخیرهسازی انرژی را تأمین میکند.
پس از دههها که بشر علاقهای به استفاده از لیتیوم نشان نمیداد افزایش سریع تقاضای فلز لیتیوم این طلای سفید را به یکی از محبوبترین فلزات در معادن جهان تبدیل کرده است. این عنصر در سالهای اخیر افزایش قیمت بیسابقهای را پشت سر گذاشته است. عمده دلیل این افزایش قیمت افزایش تقاضا نسبت به عرضه آن بوده است، به عنوان مثال در سال 2021 لیتیوم رشد 460 درصدی قیمت را در بازار چین تجربه کرده است.
بیشترین مصرف لیتیوم در جهان مربوط به باتریهایی بر پایه لیتیوم است و با رشد استفاده از باتریهای لیتیومی تقاضا برای فلز لیتیوم نیز روند صعودی داشته است به طوری که تقاضا برای این فلز از سال 2010 تا کنون تقریبا چهار برابر افزایش یافته است. در حال حاضر کمبود عرضه لیتیوم نسبت به تقاضایی که وجود دارد مسئلهای کاملا جدی است و آژانس بین المللی انرژی یکی از عوامل عدم امنیت انرژی در آینده را کمبود این فلز میداند. از سوی دیگر باتریها یک فناوری اصلی در گذار از سوخت های فسیلی شناخته میشوند و برای اینکه خودروسازان تولیدات خود را برقی کنند، نیاز است که تعداد بیشتری باتری ساخته شود. در حال حاضر، لیتیوم تقریبا در هر باتری موجود در وسایل نقلیه الکتریکی (EV) وجود دارد و این بدان معناست که تقاضا برای این فلز به این زودی کاهش نخواهد یافت.
سوال مهم این است که تقاضا برای لیتیوم چقدر زیاد است و چه مقدار از این ماده معدنی برای استخراج در دسترس است؟
چه عواملی میزان تقاضا برای لیتیوم را افزایش میدهند؟
از جمله مهمترین عوامل اصلی افزایش تقاضا برای لیتیوم در جهان لوازم الکترونیکی، خودروهای الکتریکی و هیبریدی، وسایل ذخیرهساز انرژی خانگی، نسل جدید انرژیهای تجدید پذیر و صنعت دارو میباشند.
در این میان یکی از مهمترین عوامل افزایش مصرف لیتیوم مربوط به وسایل نقلیه الکتریکی است.
تاثیر باتریهای وسایل نقلیه الکترونیکی
بین سالهای 2000 تا 2010، مصرف لیتیوم در باتریها هر سال به طور متوسط 20 درصد افزایش نشان میدهد. در دهه بعد، این رقم برای باتریها به 107 درصد در سال رسید.
سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) یک تحقیق از مصارف مختلف لیتیوم در سال 2010 و 2021 انجام داده است که نتایج آن در جدول زیر به نمایش گذاشته شده است. همان طور که در جدول زیر مشخص است باتریهای لیتیومی بیشترین رشد در مصرف لیتیوم را نشان میدهند.
مصرف لیتیوم در 2021 (%) | مصرف لیتیوم در 2010 (%) | موارد استفاده |
74% | 23% | باتریها |
14% | 31% | سرامیک و شیشه |
3% | 10% | گریسهای روان کننده |
1% | 5% | تصفیه هوا |
2% | 4% | ریخته گری مداوم |
6% | 27% | سایر |
100% | 100% | کل |
در سال 2010، بزرگترین مصرف لیتیوم در تولید سرامیک و شیشه بود. افزودن کربنات لیتیوم به پوششهای سرامیک و ظروف شیشهای باعث کاهش انبساط حرارتی آنها میشد که اغلب برای اجاقهای شیشه سرامیکی مدرن ضروری است.
اما در طول این دهه، بازار خودروهای برقی به سرعت رشد کرد و سهم بازار جهانی خودروهای برقی از 0.01 درصد در سال 2010 به 8.6 درصد در سال 2021 افزایش یافت، که این میزان تقریبا سه چهارم مصرف لیتیوم در سراسر جهان را تشکیل میدهد.
علاوه بر موارد بالا، فلز سبک وزن لیتیوم کاربردهای مهم دیگری نیز دارد که کمتر شناخته شده هستند. به عنوان مثال، گریسهای روان کننده مبتنی بر لیتیوم بیش از 70 درصد از تولید جهانی گریس را برای مصارف فنی تشکیل میدهند. همچنین، این عنصر در ریختهگری، ایجاد رنگدانههای رنگی، ذوب آلومینیوم و تصفیه گاز و هوا نیز استفاده میشود.
عامل بعدی برای مصرف لیتیوم چیست؟
با پذیرش رشد وسایل نقلیه بر روی خط افقی، این دهه میتواند یک دهه دیگر از مصرف رو به رشد لیتیوم را رقم بزند.
چندین کشور متعهد شدهاند تا در سالهای آینده خودروهای موتور احتراق داخلی (ICE) را کنار بگذارند. در مذاکرات اقلیمی COP26 در سال 2021، 30 دولت عنوان کردند که فروش مدلهای جدید بنزینی و دیزلی را تا سال 2040 متوقف خواهند کرد. خودروسازان بزرگی مانند فولکس واگن، جنرال موتورز و فورد نیز قصد دارند چندین مدل جدید از وسایل نقلیه الکتریکی را عرضه کنند. با افزایش تقاضای خودروهای برقی، این احتمال وجود دارد که مصرف لیتیوم – به ویژه در باتریها – همچنان افزایش یابد و انتظار میرود باتریها از 84 درصد کل لیتیوم تولید شده در سال 2025 استفاده کنند.
پیشبینی رشد تقاضا برای لیتیوم
در نمودار زیر نگاهی به میزان تقاضای لیتیوم با تسریع تولید خودروهای برقی و آنچه که برای توسعه صنعت باتری نیاز است، آورده شده است.
شکل 1. پیشبینی روند افزایش تولید خودروهای الکتریکی در ایالت متحده و در جهان تا سال 2030
فروش خودروهای الکتریکی به سرعت در حال افزایش است و تقاضا برای باتریهای لیتیوم یونی را افزایش میدهد. سال 2021 نقطه عطف بالقوهای برای این صنعت بود: خودروهای برقی از 5 درصد کل فروش خودرو در ایالات متحده فراتر رفتند و طبق گفته بلومبرگ NEF، فروش جهانی خودروهای برقی در مسیر بیش از سه برابر شدن تا سال 2025 قرار دارد.
به دلیل قانون کاهش تورم و ممنوعیت فروش خودروهای گازسوز در کالیفرنیا، نیویورک و اتحادیه اروپا که برای سال 2035 وجود دارد، احتمال میرود که تا سال 2030 خودروهای برقی بتوانند بیش از 40 درصد از کل فروش خودروهای سواری در سطح جهان و بیش از نیمی از فروش در ایالات متحده را تشکیل دهند (طبق گزارش BNEF).
شرکتهای باتریسازی و خودروسازان در حال تلاش برای افزایش تولید باتری هستند. آخرین پیشبینیهای BNEF تخمین میزند که تقاضای ایالات متحده برای باتری در سال 2030 حدود 10 برابر بیشتر از تقاضای امروزی خواهد بود و در مجموع تا پایان این دهه به 3000 گیگاوات ساعت خواهد رسید.
نمودار مصرف لیتیوم در ایالت متحده تا سال 2020 در زیر آمده است:
شکل 2. میزان مصرف لیتیوم در ایالات متحده از 2010 تا 2022
همان طور که از نمودار بالا مشخص است در سال 2022، ایالات متحده حدود 3000 متریک تن لیتیوم مصرف کرد. این رقم در دهه گذشته تا حدودی نوسان داشته و پیک مصرف 3000 متریک تن در سال های 2016، 2017، 2018 و 2022 رسیده است.
در میان کشورهای مصرف کننده لیتیوم، چین 70 تا 80 درصد از کل زنجیره تأمین خودروهای الکتریکی و باتریهای لیتیوم یونی را در اختیار دارد. آژانس بینالمللی انرژی سهم چین از تولید جهانی مواد شیمیایی لیتیوم را 60 درصد میداند و همچنین بیان میکند که 80 درصد از لیتیوم هیدروکسید در این کشور تولید میشود. همچنین این سازمان ادعا میکند پنج شرکت بزرگ چینی مسئول سه چهارم ظرفیت تولید جهانی مواد شیمیایی لیتیوم هستند.
بر اساس گزارش Benchmark Minerals Intelligence (Benchmark)، بیش از 129 میلیارد دلار تا پایان سال 2022 توسط ترکیبی از تولید کنندگان باتری، خودروسازان، دولتها و سرمایه گذاران خصوصی سرمایهگذاری شده است. براساس دادههای این آژانس، این نوع از تأسیسات به این معنی است که ظرفیت جهانی برای تولید باتری میتواند از 1100 گیگاوات ساعت در سال 2021 به بیش از 8000 گیگاوات ساعت در سال 2031 افزایش یابد.
به گفته کاسپار راولز، مدیر ارشد اطلاعاتBenchmark ، چالشی که صنعت لیتیوم با آن مواجه است این است که تقاضا هر سال به میزان قابل توجهی در حال افزایش است و صرفا محدود به دوره کوتاهی نمیشود.
او گفت که اکنون پروژه هایی در دست توسعه هستند که انتظار می رود تولید لیتیوم را در اواسط دهه 2020 آغاز کنند، اما هنوز در مورد نحوه رسیدگی این صنعت به شکافی که در عرضه بلندمدت وجود دارد، شفافیتی صورت نگرفته است.
راولز گفت: باید به طور موثر هر سال بیش از یک منبع ذخیره لیتیوم را برای آینده قابل پیش بینی تامین کرد و رسیدن به این هدف بسیار سخت است.
لیتیوم یکی از فراوان ترین منابع روی زمین است، اما ذخایری که از نظر ارزش اقتصادی برای استخراج این عنصر مقرون به صرفه باشند تنها در چند منطقه متمرکز شدهاند. البته این لزوما به معنای یافتن لیتیوم خالص نیست، زیرا به همراه لیتیوم مواد معدنی دیگری نیز هستند که جداسازی برخی از آنها از لیتیوم میتواند بسیار چالش برانگیز باشد. بنابراین در ابتدا موضوع کیفیت این منابع مهم است و سپس مسئله رساندن آن به گرید باتری در چارچوب زمانی مناسب و با هزینه مناسب از همه مهمتر است.به عنوان مثال، برایان جاسکولا، متخصص کالاهای معدنی در سازمان زمین شناسی ایالات متحده گفته است: بولیوی با دارا بودن 21 میلیون تن لیتیوم در زمین دارای بزرگترین منابع لیتیوم در جهان است، اما هیچ یک از این منابع در حال حاضر به عنوان منابعی که از نظر اقتصادی قابل استخراج باشند در نظر گرفته نمیشوند. او گفت که اکنون به دلیل قیمت بالای لیتیوم، تعداد بیسابقهای از نهادها در حال حاضر روی مراحل مختلف ایجاد معادن لیتیوم – از اکتشاف تا توسعه پیشرفتهتر- کار میکنند.
آژانس بینالمللی انرژی میگوید: فقط تعداد انگشت شماری از شرکتها میتوانند محصولات شیمیایی لیتیومی با کیفیت بالا و خلوص بالا تولید کنند. در حالی که چندین پروژه توسعه برنامه ریزی شده در حال انجام است، یک علامت سوال وجود دارد که ظرفیت آنها با چه سرعتی می تواند توسعه یابند.
بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی، معادن لیتیوم که بین سال های 2010 و 2019 فعالیت خود را آغاز کرده بودند، به طور متوسط 16.5 سال طول کشید تا توسعه یابند. همچنین شرکت مکینزی تخمین میزند که بیش از 80 درصد از پروژههای معدنی با تاخیر تکمیل میشوند.
به طور کلی در حدود 10 سال گذشته، میزان ذخایر و منابع لیتیوم به شدت افزایش یافته است، زیرا انسانها بیشتر از گذشته به دنبال آن بودهاند.
با این وجود به دلیل همه محدودیتهای اشاره شده باید عنوان کرد که برآورده ساختن همه تقاضاها در حوزه باتری خودروهای الکتریکی و سایر موارد مصرف لیتیوم به معادن بیشتری نیاز دارد.
به گفته راولز، برای برآوردن نیازهای جهانی لیتیوم، تا سال 2035 به 74 معدن لیتیوم جدید با اندازه متوسط 45000 تن نیاز است. این تعداد معدن بخشی از بیش از 300 عملیات معدنکاری جدید برای استخراج موادی از جمله لیتیوم، نیکل، کبالت و گرافیت است که تا سال 2035 برای برآورده کردن تقاضای باتری پیش بینی شده مورد نیاز است. راولز همچنین اضافه کرد: اگر حجم بازیافت با پیش بینیهای فعلی مطابقت داشته باشد، 59 معدن جدید لیتیوم نیاز خواهد بود.
موانعی که در مسیر استخراج لیتیوم وجود دارد
همانطور که قبلا هم اشاره شد، یکی از موانع احتمالی برای خروج لیتیوم از زمین در سراسر جهان، تمرکز این منابع در چند مکان محدود است. به عنوان مثال شیلی بزرگترین ذخایر لیتیوم در جهان را داراست. این کشور آمریکای جنوبی به همراه آرژانتین و بولیوی بخشی از به اصطلاح “مثلث لیتیوم” است. بر اساس گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده، مقداری کمتر از 60 درصد از منابع لیتیوم زمین در این سه کشور یافت میشود.
البته لازم به ذکر است که باید بین کشورهایی با بزرگترین ذخایر لیتیوم و کشورهایی با بیشترین تولید لیتیوم تفاوت قائل شد. طبق گزارش سازمان زمین شناسی ایالات متحده، هرچند شیلی بیشترین ذخایر لیتیوم را دارد ولی استرالیا بالاترین میزان تولید لیتیوم را در سال 2021 داشته است.
یکی دیگر از مشکلات تولید لیتیوم که باید به آن اشاره کرد این است که استخراج لیتیوم به حجم بسیار بالایی از آب نیاز دارد و این منجر به مشکلاتی در مورد تنش آبی در مناطق استخراج لیتیوم میشود، به طوری که ممکن است با مصرف آب برای استخراج لیتیوم در یک منطقه منابع آبی موجود در آن منطقه برای رفع سایر نیازهای آبی آن منطقه کافی نباشد.
این امر بسیار نگران کننده است زیرا مقدار زیادی از ذخایر لیتیوم در مناطق مستعد خشکسالی – مانند آمریکای جنوبی و استرالیا – یافت میشود. طبق گزارشها، معدن سان کریستوبال بولیوی روزانه 50000 لیتر آب مصرف میکند و شرکتهای استخراج لیتیوم در شیلی متهم به کاهش ذخایر آب حیاتی شدهاند.
آژانس بینالمللی انرژی میگوید بیش از نیمی از تولید لیتیوم امروزی در مناطقی با تنش آبی بالا است. چندین منطقه تولیدکننده بزرگ مانند استرالیا، چین و آفریقا نیز در معرض گرمای شدید یا سیل قرار دارند، که چالشهای بزرگتری در تضمین عرضه قابل اعتماد و پایدار ایجاد میکند.
صربستان امسال مجوز یک معدن لیتیوم را به دلیل اعتراضات گسترده لغو کرد. تظاهرکنندگان گفتند که این سایت منابع آب را آلوده میکند.
بازار لیتیوم
در کشور چین در اکتبر 2022، قیمت کربنات لیتیوم با گرید باتری به بالاترین حد خود یعنی 74475 دلار در هر تن رسید که حتی نسبت به قیمت یک ماه پیش آن افزایش قابل توجهی داشت. . در سالهای اخیر عواملی مانند: سیاستهای سازگارانه دولت، کاهش هزینهها، ترجیح مصرفکننده و بهبود فناوری از رشد سریع خودروهای الکتریکی (EVs) حمایت کردهاند. تاکنون میزان افزایش عرضه لیتیوم با میزان افزایش تقاضا همگام نشده است. در نتیجه، انتظار میرود که تعادل بازار لیتیوم برای چندین سال به سمت کسری عرضه متمایل شود و فرصتهای اقتصادی مناسبی را برای شرکتهای معدنی، که عرضه این فلز را دیکته میکنند، ایجاد کند.
افزایش تقاضا برای خودروهای الکتریکی و ماهیت غیرکشسان عرضه لیتیوم، محرکهای اصلی افزایش قیمت لیتیوم در سال 2022 بوده است. بعید است که میزان عرضه لیتیوم در نیمه اول این دهه همگام با میزان تقاضا رشد کند و احتمالا کسریهایی را ایجاد میکند که میتواند موجب افزایش قیمت لیتیوم شود.
با توجه به شاخص قیمت لیتیوم در آژانس Benchmark ، قیمت لیتیوم در ده ماهه اول سال 2022 به میزان 123 درصد افزایش یافت که نسبت به افزایش قیمت آن در زمانهای دیگر 10 برابر شده است.
به طور متوسط، بستههای باتری لیتیوم یونی موجود در خودروهای برقی حاوی حدود 9 کیلوگرم لیتیوم هستند که هزاران برابر بیشتر از لیتیوم استفاده شده در اکثر لوازم الکترونیکی مصرفی است. از طرفی فروش جهانی خودروهای برقی نیز بین سالهای 2020 تا 2021 از 3.3 میلیون دستگاه به 6.6 میلیون دستگاه، یعنی دو برابر رسیده است.
ولی در این بازه زمانی، استخراجکنندگان لیتیوم نتوانستهاند به سرعت عرضه را افزایش دهند. بسته به روش استخراج، به روز کردن ظرفیت جدید میتواند 3 تا 5 سال یا حتی بیشتر طول بکشد. این مدت زمان به منظور انجام مطالعات، صدور مجوز ایمنی، افزایش سرمایه و استقرار سرمایه قبل از تولید لیتیوم مورد نیاز است. به این ترتیب، واکنش سریع به تقاضای فزاینده بدون اینکه تلاش پیشگیرانه قابل توجهای صورت بگیرد برای معدنچیان چالش برانگیز است.
از لحاظ تاریخی، معدنچیان نیز برای افزایش تولید مردد بودهاند، و این به دلیل ترس از این بود که سیل عرضه در بازار چه تأثیری میتواند بر قیمت لیتیوم داشته باشد. این سناریو بین سالهای 2015 و 2018 رخ داد، زمانی که معدنکاران میزان تولید لیتیوم را با پیشبینی رشد سریع فروش خودروهای برقی در کوتاهمدت افزایش دادند. در واقع زمان برای این حدس و گمان خیلی زود بود و منجر به نوسان قیمت لیتیوم در آن دوره شد. اعتقاد بر این است که محیط قیمت گذاری مطلوب لیتیوم فعلی و روندهای به خوبی تثبیت شده در پذیرش خودروهای برقی باعث شده است که معدنچیان تمایل بیشتری به افزایش ظرفیت لیتیوم در آینده داشته باشند.
تقاضای لیتیوم تا سال 2025 از عرضه پیشی خواهد گرفت
پیشبینی میشود تقاضای سالانه لیتیوم تا سال 2025 به 1.5 میلیون تن معادل کربنات لیتیوم (LCE) و تا سال 2030 به بیش از 3 میلیون تن برسد. خودروهای الکتریکی میتوانند حدود 84 درصد از کل تقاضای لیتیوم را در سال 2030 تشکیل دهند، در حالی که این میزان در سال 2021 حدود 55 درصد بود. عواملی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، وسایل ذخیرهساز انرژی و سایر کاربردهای صنعتی احتمالا مابقی تقاضا را تشکیل میدهند. پیشبینی میشود که برای زمانی طولانی میزان تقاضا برای لیتیوم بسیار فراتر از ظرفیت صنعت امروز باشد. ممکن است در سال 2040 در هرماه، بیشتر از تمام لیتیومی که در کل سال 2022 استخراج میشود نیاز باشد.
شکل 3. پیش بینی میزان تقاضا برای لیتیوم، رنگ مشکی مربوط به تقاضای لیتیوم برای وسایل نقلیه الکتریکی و رنگ نارنجی مربوط به تقاضای لیتیوم برای سایر کاربردها است.
احتمالا افزایش عرضه لیتیوم تقاضای لیتیوم را در نیمه اول این دهه کاهش خواهد داد. در کوتاه مدت و در اواخر سال 2023 و اوایل سال 2024 قرار است ظرفیت قابل توجهی از استخراج لیتیوم ارائه شود. این پروژههای جدید میتوانند کسری لیتیوم را در سال 2023 کاهش دهند، اما انتظار میرود افزایش فروش خودروهای برقی منجر به کمبود قابل توجهی در سال 2024 و 2025 شود. تا سال 2025، خودروهای برقی میتوانند بیش از 20 درصد از فروش جهانی خودروهای سبک را به خود اختصاص دهند که در مقایسه با 9 درصد در سال 2021 افزایش درصد را نشان میدهد. بر اساس گفتههای معدنچی سیگما لیتیوم و Benchmark ، انتظار میرود این میزان وسایل نقلیه، قیمتهای لیتیوم را در محدودههای قابل مقایسه با قیمت سال 2022 حفظ کند تا زمانی که بازار در حدود سال 2026 تثبیت شود. به همین ترتیب، حتی پس از اینکه پروژههای بیشتری منابع جدیدی را در اواخر این دهه به بازار آورد، قیمت لیتیوم میتواند بالاتر از میانگینهای تاریخی باقی بماند.
اختراع باتریهای جدید و بازیافت باتریهای فرسوده
با وجود کمبود فعلی عرضه لیتیوم نسبت به میزان تقاضا، احتمال میرود بازار خودروهای الکتریکی به عنوان یک بازار نسبتا جدید باقی بماند، به این معنی که ممکن است پیشرفتهایی در مورد باتریها یا روشهای تولید آن در آینده به وجود بیاید که میتواند کمبود بالقوه لیتیوم را کاهش دهد.
آژانس بینالمللی انرژی در کتاب “نقش مواد معدنی حیاتی در انتقال انرژی پاک” میگوید: فناوریهای نوظهور، مانند استخراج مستقیم لیتیوم یا افزایش بازیافت فلز از دستگاههای فرسوده یا سنگهای معدنی با عیار پایین، پتانسیل جدیدی را برای ایجاد گامی جدید در افزایش حجم عرضه در آینده ارائه میدهند.
همچنین در این کتاب بیان میشود که انتظار میرود میزان باتریهای برقی که به پایان عمر اولیه خود میرسند، پس از سال 2030 افزایش یابد. بازیافت این باتریها میتواند نیازهای عرضه لیتیوم را تا سال 2040 حدود یک دهم کاهش دهد.
مجمع جهانی اقتصاد در گزارش خود با عنوان “چشماندازی برای زنجیره ارزش باتری پایدار در سال 2030” پیشبینی مشابهی ارائه کرده است. در این گزارش بیان میکند که بازیافت باتریهای میتواند 7 درصد از تقاضای مواد خام برای تولید باتری در آن سال را پوشش دهد.
خودروهای الکتریکی دست دوم در حال ظهور نیز ممکن است برخی از مشکلات عرضه را کاهش دهد. بلومبرگ گزارش می دهد که چین فعالانه در تلاش برای توسعه بازار خودروهای دست دوم است. همچنین فروش خودروهای برقی دست دوم بریتانیا در ژانویه تا مارس در مقایسه با سال قبل بیش از دو برابر شد و به 14586رسید. ، این رقم در مقابل چین زیاد نیست، اما اگر بازار خودروهای برقی جدید بتواند به سرعت به فروش خود ادامه دهد، خودروهای دست دوم نیز به ناچار این کار را انجام خواهند داد.
منابع
https://elements.visualcapitalist.com/lithium-consumption-has-nearly-quadrupled-since-2010
https://www.weforum.org/agenda/2022/07/electric-vehicles-world-enough-lithium-resources/