A lítium jelenti a jövőt? Vannak hátrányai is a használatának?

Lítium nélkül olyan lenne a huszonegyedik század, mint olaj nélkül a huszadik. Konkrétan elképzelhetetlen, hogy egy fejlett gazdaság ne használjon lítiumot, legyen szó akkumulátorokról, vegyiparról, hadiiparról, atomfizikáról vagy épen gyógyászatról.

Amikor Johan August Arfwedson 1817-ben felfedezte a lítiumot (pontosabban annak egy lúgos oldatát, de erről később), fogalma sem volt róla, hogy kétszáz évvel később késhegyig menő viták zajlanak majd arról, a lítium alapú energiatárolás-e a megoldás, és ha igen, mennyire etikus vagy környezetbarát valójában.

Mi az a lítium? Ki fedezte fel? 

A lítiumról nagyon sokáig csak vegyületként tudtak – pontosabban vegyületeket ismertek, amelyekről kiderült, hogy egy új, addig nem ismert kémiai elemet tartalmaz.

Az első ilyen anyagot, a petalitot 1800-ban fedezte fel egy brazil kémikus (és nem mellékesen politikus), José Bonifácio de Andrada, viszont a már említett svéd kémikus, Arfwedson mutatta ki, hogy részben valami új anyag kell alkossa a petalitot.

Mivel Berzelius laborjában dolgozott, neki jutott a megtiszteltetés, hogy elnevezze, és így lett az oldat neve a görög λιθoς (lithosz), azaz kő szóból képezve lithina.

Ezzel arra utaltak, hogy szilárd anyag oldatában mutatták ki, szemben a nátriummal meg a káliummal, az új anyagot pedig a lithina után lítiumnak keresztelték el. Csal éppen fogalmuk se volt, hogy mire is lenne jó.

Röviden a lítiumról – ha unod a kémiát, görgess lentebb (bár itt is lesz azért néhány izgalmas tény)

Különös, de igaz, hogy nem az oxigén, a vas vagy épp a szén a harmadik kémiai őselem, ami az ősrobbanás során létrejött az újszülött univerzumban – hanem a lítium.

Csakhogy a hidrogénnel és a héliummal ellentétben magas hőmérsékleten megsemmisül és egyelőre nem ismert okoknál fogva a korai csillagokban sokkal kevesebb termelődött, mint a fiatalabbakban.

Emellett a hidegebb barna törpe csillagokban is nagy mennyiségben fordul elő, illetve 2020-as felfedezés, hogy bizonyos szupernóvák is jelentős mértékben hoznak létre lítium-7-et.

Térjünk ki pár mondat erejéig a száraz adatokra

A lítium vegyjele Li, rendszáma 3, az alkálifémek első tagja, ezüstös színe van, amíg levegővel nem érintkezik (mert akkor hamar feketére korrodálódik), könnyedén lehet vegyületeket képezni vele (eleve csak vegyületként fordul elő a természetben) és rengeteg található belőle a Földön.

Mivel sokszorosan szétfeszítené a cikkünk kereteit, továbbá valószínűleg a többség számára altatónak is beválna, eltekintek a további részletektől, de akit érdekel a kémia csodálatos világa, mindenképpen olvassa el a Náray-Szabó Gábor szerkesztésében 2016-ban megjelent Kémia című könyv vonatkozó fejezetét, vagy ezt a wikipédiás cikket a lítiumról.

Mire használják a lítiumot? 

Térjünk inkább ki arra a dilemmára, hogy megmenthetjük-e a Földet a Föld károsításával, avagy sikeresnek számít-e az a műtét, amibe a páciens belehal? A lítium (és az akkumulátorokhoz szükséges másik kémiai elem, a kobalt) termelése ugyanis „súlyosan károsítja az Ön és környezete egészségét”.

A lítiumot immáron évtizedek óta használja az emberiség, méghozzá számos területen, és például az akkumulátorok előállítása, töltése és újrahasznosítása gyakorta meglehetősen környezetromboló módon történik.

A lítium jelenleg az alábbi területeken kerül hasznosításra:

• energetika (akkumulátorok),
• vegyipar (kerámiamázak, kenőzsír, levegőtisztítás, stb.),
• optika (speciális optikai feladatok, például mobiltelefonok hardverében),
• hadiipar (rakéta hajtóanyagok adaléka, nukleáris töltetek egyik komponense),
• atomfizika (trícium termelés),
• gyógyászat (lítiumterápia).

Habár tényleg elképesztően sokoldalúan felhasználható anyag, minket most mégis elsősorban az energetikai felhasználása érdekel, méghozzá az a kérdés, hogy tényleg a lítium jelenti a kulcsot a környezetbarát közlekedéshez?

Miért van fontos szerepe a klímatudatos közlekedésben?

Az elektromos járművek legelső prototípusát Jedlik Ányos mutatta be 1825-ben (a hidrogén meghajtású belsőégésű motort pedig François Isaac de Rivaz építette meg még 1808-ban), és 1884-ben már megjelentek az utakon az első valódi elektromos járművek (angol rövidítéssel EV-k, azaz electronic vehicles), de végül mégis a belsőégésű motorok diadalmaskodtak. Legalábbis eleddig.

Ennek legfőbb oka az energiatárolás hatékonysága: a korabeli elemek, sőt még a modern savas elemek is alkalmatlannak bizonyultak arra, hogy alternatívát nyújtsanak a szénhidrogénekkel szemben. Lassú töltés, rövid hatótáv, jelentős plusz tömeg… és nincs erős motorhang sem.

Aki azt hiszi, ez valami vicc, az nem ismeri Amerikát

Történt ugyanis, hogy az Egyesült Államokban nem várt okból kapott erős kormányzati kritikát az elektromos autózás.

Az NHTSA (US National Highway Traffic Safety Administration, azaz Amerikai Országos Közúti Közlekedésbiztonsági Igazgatóság) hozott egy rendeletet arról, hogy az elektromos járművek gyártóinak mesterséges motorzajt kell beépíteniük, mert alacsony sebességnél szinte semmi zaja nincs az EV-knek, és ez megnöveli a közlekedési balesetek esélyét.

Persze, az alacsony zajszint még úgy is sokadlagos érv az elektromos autók mellett, hogy jól tudjuk, a zajártalom csökkenése, kiváltképpen városokban, azért jelentősen növelné az emberek életminőségét. Ám a klímatudatos közlekedés mellett – érthető okokból – nem a zajcsökkentés a legfőbb érv.

Az elektromos járművek tényleg segítenek a környezetvédelemben?

A szakmai közvélemény éppen annyira megosztott a kérdésben, mint a hétköznapi emberek. Ráadásul az „elektromos autózás” jelenleg egyenértékű az „akkumulátorokkal üzemelő, hálózatról töltött elektromos autózással”, ami eleve félreviszi a diskurzust.

A hidrogént elégető, üzemanyagcellás járművek is tisztán elektromos járművek ugyanis! A hidrogén elégetésével energia szabadul fel, ami elektromotorokat hajt meg, melléktermékként meg főként víz keletkezik.

Azonban jelenleg még a hálózatról töltött akkumulátorokkal meghajtott EV-k terjednek a piacon, és a vita ezek kapcsán éleződött ki.

Az elektromos autózás és a klímavédelem: mennyi az annyi?

Ha a valódi költségekre vagyunk kíváncsiak az elektromos autózás kapcsán, válasszuk szét három részre, mert ezek csak részben fedik egymást:

1. a gazdaságra gyakorolt hatások összköltsége
2. a teljes életciklus alatti környezeti terhelés
3. a civil felhasználók általi üzemeltetés költsége

A fenti három kérdés közül az elsőt hagyjuk meg közgazdászoknak, mert egyébként is egy meglehetősen hosszú tanulmányban kéne vizsgálni minden vonzatát (például azt, hogy mi lesz a sok tízezer, elbocsátásra kerülő autóipari munkás sorsa, ha teljesen átáll a gyártás akkumulátoros EV-kre).

A másik két kérdés már könnyebben megválaszolható, kiváltképpen, hogy ezeket a számításokat már elvégezték korábban.

Az elektromos autók vagy a hagyományos autók terhelik jobban a környezetet?

Az egyik legerősebb érv az elektromos autók mellett az, hogy kevésbé károsítják a környezetet. Csakhogy ez az érv, így, ebben a formában, erős fenntartásokkal kezelendő. A helyes válasz: attól függ.

Például attól, hogy mit vizsgálunk: az üzemeltetést, az utántöltést/tankolást vagy a teljes életciklust? Vagy attól, hogy épp melyik modelleket hasonlítjuk össze.

Ráadásul kevesen teszik fel a kérdést egyelőre, hogy ha hirtelen mindenki áttérne elektromos autózásra, akkor az honnan kapná az áramot és mégis, melyik közműhálózat bírná el a rászabadított több millió járművet.

Az kétségtelen tény, hogy maga a közlekedés során az EV-k messze kevésbé terhelik a környezetet, mint a belsőégésű motorokkal hajtott járművek. Ha más előnyt nem tudna felmutatni, már az, hogy nincs benzingőz meg dízelfüst, sokak számára meggyőző lenne.

Az elektromos autózás mellett síkra szálló intézmények érthető módon az elektromos járműveket hozzák ki nyertesnek.

A The International Council on Clean Transportation (A Tiszta Közlekedés Nemzetközi Tanácsa) által publikált tanulmány, A belső égésű motoros és elektromos személygépkocsik életciklus-alapú üvegházhatású gáz-kibocsátásának globális összehasonlítása is azt állapítja meg, hogy „még a ma nyilvántartásba vett autók közül is az akkumulátoros elektromos járművek (BEV) rendelkeznek messze a legalacsonyabb életciklus-alapú üvegházhatású gáz-kibocsátással”.

A Reuters elemzése a chicagói Argonne National Laboratory modelljén, a GREET-en alapul. A GREET betűszó a „Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy Use in Technologies”, azaz Üvegházhatású gázok, szabályozott kibocsátások és energiafelhasználás a technológiákban rövidítése.

Ahogy írják, egy Tesla 3-as modellbe például minimum 21,725 kilométert kell beletegyünk, mielőtt elkezd kevésbé környezetkárosító lenni, mint egy hasonló kategóriás benzines autó.

Országtól és járműtől függően az EV-k szén-dioxid-kibocsátásának nullpontja valahol 24 000 és 32 000 kilométer megtett távolság között van.

Persze, ebben egy dolog még nincs benne: az, hogy mi kezdünk a tönkrement lítium akkumulátorokkal – mert igaz ugyan, hogy a legnagyobb része újrahasznosítható ezeknek az akksiknak, és maga a lítium kevéssé számít mérgezőnek, akad mellette ott sajnos kobalt, nikkel és mangán is, amik toxikus nehézfémek.

Az elektromos autók vagy a hagyományos autók fenntartása drágább?

Habár amerikai példa, és ezért Európa esetében más értékekkel kell számolnunk, a Car and Driver autós magazin készített egy összehasonlítást, amiben négy autó költségeit vetette össze. Ahhoz, hogy ez minél objektívebb legyen, úgy választották ki az autókat, hogy páronként ugyanazon gyár kb. ugyanazon modellje legyen, csak egyik esetben elektromos, a másikban belsőégésű motorral szerelten.

Ezek a Mini Cooper Hardtop (24 250 dollár) és Mini Electric (30 750 dollár), illetve a Hyundai Kona (21 440) és Hyundai Kona Electric (38 330 dollár) voltak. A cikk három éves üzemeltetést vett alapul, és direkt nem számították bele az állami dotációt, mivel az a tényleges üzemeltetéstől független érték.

A végeredmény az volt, hogy a – kinti benzinárak mellett – a Mini Cooper Hardtop üzemeltetése a legolcsóbb és a Hyundai Kona Electric-é a legdrágább: ez utóbbira közel 8000 dollárral többet kell egy amerikainak költenie, mint a benzines változatra.

Magyarországon más a helyzet kissé

Magyarországon persze másként alakulnak az árak. Itt az autonavigator.hu készített egy átlagolt számítást és az jött ki, hogy állami támogatással és otthoni töltéssel egy kisebb EV nagyjából százezer kilométer után kezd előnybe kerülni a benzines társával szemben.

Azonban a „kalkuláció merőben másként alakulhat, ha az átlagnál nagyobb és erősebb autóval számolunk: egy SUV esetén például már akár ráfizetést is hozhat a villanyüzem – szélsőséges esetben.” – állapítják meg a cikkben.

Most még mellékesen: vajon az elektromos szolgáltatók akkor is ennyire alacsonyan fogják tartani a közlekedésre használt áram árát, ha már a többség EV-kkel furikázik?

Az akkumulátorok töltése napelemmel sokkal olcsóbb lehet

Az áramszámlát mérsékelni lehet napelemes rendszerrel, ha csak a hagyományos háztartási, meg szórakoztató elektronikai eszközöket látjuk el így árammal.

Persze, mivel egy ilyen rendszer kiépítése nem két fillér, így az, hogy akár hónapról hónapra nullás számlát állítanak ki az elektromos művek még nem jelent ingyen áramot. Ahhoz előbb meg is kell térüljön a beruházás.

Ám ettől függetlenül tény, hogy ha van saját napelem otthon, akkor az jelentősen csökkenti a környezet terhelését és az áramszámlát egyaránt. Mi több, egy jól kialakított okosotthon rendszerben az e-autó még az időjárásfüggő áramtermelésben keletkező áram tárolásra is használható lehet.

Végül is, az akkumulátor akkumulátor marad akkor is, hogy egyébként egy autóban használjuk

Ha tehát állami támogatással, otthoni töltéssel, kifejezetten kompakt elektromos autót vásárolnánk, akkor a jelenlegi áramárak mellett jó eséllyel olcsóbb lesz a fenntartása, mint egy azonos kategóriájú benzinesnek.

A kérdés most sokkal inkább az, meddig. Ugyanis a lítium se végtelen mennyiségben található meg a természetben!

Mennyi lítium van bolygónkon? 

A lítium a földkéregben 0,002-0,006 tömegszázalékban fordul elő, ami azt jelenti, hogy a természetben a lítium a 33. leggyakoribb elem. Gyakorlatilag szinte mindenütt megtalálható a különféle kőzetekben, a talajban, az édesvizekben és a tengerekben egyaránt.

Konkrét számokat alapvetően azért nem tud senki mondani, mert még bőven tartanak a kutatások és feltárások. Például 2018-ról 2019-re 30%-kal nőtt a feltárt tartalékok mértéke. Jelenleg világszerte több mint 80 millió tonna lítiumról bírunk tudomással.

Azt azonban fontos szem előtt tartani, hogy a fenti becslések csak iránymutatóak, és valójában másodlagosak. Ennek oka pedig az, hogy a gyakorlati lítiumtartalékokat a következő tényezők befolyásolják:

1. feltárás folyamatossága,
2. a technológia/termékek iránti kereslet (lásd: lítium akkumulátorok)
3. a lítium világpiaci ára,
4. az egyes termelő országok gazdaságpolitikája és különféle ösztönzői,
5. a geopolitikai helyzet a lítiumkészlettel rendelkező országokban,
6. a bányászat és feldolgozás technológiai fejlődése,
7. a szabályozás, a termelés felügyelete, továbbá
8. a bányászat környezeti hatásai.

Ezek közül pedig az utolsó pontból egyre inkább első lesz.

Hogyan bányásszák a lítiumot?

A lítium bányászata, akár más anyagok esetében, mindenképpen környezetrombolással jár. Csak nem mindegy, mennyivel. Dél-Amerikában például rendkívül vízigényes módszert dolgoztak ki, amihez erősen mérgező vegyszereket is használnak.

Egy tonna lítium előállítása 1,89 millió liter vizet igényel. Mivel egy átlagos EV akkumulátorai 8-10 kilogramm lítiumot tartalmaznak, nagyjából 18 ezer liter édesvíz felhasználása jut egyetlen elektromos autóra… egy olyan térségben, ami folyamatosan szárazsággal küzd.

Hónapokig tart, mire a lítium szállításra kész

A bányászok elsőként lyukat fúrnak a sósivatagban, és ásványi anyagokban gazdag sósvizet pumpálnak a felszínre.

A következő hónapokban megvárják, míg elpárolog a víz nagy része, mangán, kálium, bórax és lítiumsók keverékét hagyva hátra. Ezt leszűrik, majd áttöltik egy újabb párologtató medencébe. A folyamat összesen egy-másfél évig tart, mire kinyerhetik és elszállíthatják az ipari feldolgozásra alkalmas lítium-karbonátot, vagy, ahogy a szakmában nevezik, a fehér aranyat.

Hol található a Föld lítiumkészlete?

Hasonlóan az aranyhoz, a lítium is rengeteg helyen található meg, azonban a Föld bizonyos térségeiben jelentősen nagyobb a koncentrációja. Ám ahogy más nyersanyagok esetében, úgy a lítiumnál is igaz, hogy nem az termeli a legtöbbet, akinek a legtöbb van, és a legjobb üzletet se feltétlen az köti, aki a termelésben világelső.

Dél-Amerikában található a legtöbb lítium…

A mostani ismereteink szerint a dél-amerikai „Lítium-háromszög” rendelkezik a világ legnagyobb lítiumkészletével, ami az USGS (United States Geological Survey, Amerikai Földmérő Hivatal) 2020-as becslése szerint majdnem 50 millió tonna lítiumkészletet jelent.

Ebből Bolíviában 21 millió tonna, Argentínában 19,3 millió tonna és Chilében 9,6 millió tonna található. A negyedik helyen Ausztrália áll, ahol a kinyerhető lítiumot 6,4 millió tonnára becsülték, míg Kínában nagyjából 5,1 millió tonnát tehet ki a lítiumkészlet.

…a termelésben viszont Ausztrália a királynő!

A készletek egy dolog, a termelés pedig egészen más. Ezen a téren Ausztrália a bajnok: 2018-ban például már 51 000 tonna lítiumot termeltek ki az ausztrál cégek, szemben Kína 8 000 tonnájával.

2019-ben a világ 5 legnagyobb lítiumtermelője a következő volt:

1. Ausztrália – a globális termelés 52,9%-a,
2. Chile – 21,5%,
3. Kína – 9,7%,
4. Argentína – 8,3%,
5. Zimbabwe – 2,1%.

Hol vannak a legnagyobb kiaknázatlan területek?

Habár Dél-Amerikában, Ausztráliában, Kínában és Afrikában rengeteg a lítiumtartalék, Európa is kezd felzárkózni az élvonalhoz. Legutóbb pont Cornwallban zajló kutatások során derült ki, hogy amúgy hatalmas mennyiségű, ráadásul főként termálvízben oldott lítium található Anglia dél-nyugati csücskében.

A becsült készlet nem csupán Nagy-Britannia, de akár egész Európa lítium igényét kielégítheti, ráadásul a dél-amerikai környezetromboló bányászat helyett barátságosabb módszerrel, és mintegy 4 millió font ráfordítással nyerhető ki a termálvízből a „fehér arany”.

Milyen környezeti hatása van a lítiumbányászatnak?

A lítium ilyen mértékű bányászata még annyira új, hogy erősen korlátozott a rendelkezésre álló tanulmányok száma és mélysége, amikor környezeti és társadalmi hatásait vizsgáljuk.

Emellett a tönkrement lítium akkumulátorok környezetre és emberi egészségre gyakorolt hatásait is csak az utóbbi egy évtizedben kezdték érdemben vizsgálni – hiszen korábban annyira kevés ilyen akksi került kidobásra, hogy nem igazán fordítottak figyelmet a kérdésre.

Nincs egységes bányászati módszer

Ahogy a dél-amerikai vagy a cornwalli eset is mutatja, nem beszélhetünk a lítiumbányászat globálisan egységes környezeti hatásáról. Sokkal célravezetőbb az egyes bányászati módszereket vizsgálni, mégpedig sürgősen, mert egyes előrejelzések szerint a lítium-ion akkumulátorok iránti kereslet 2030-ra eléri a 2,2 millió tonnát.

Míg Cornwall esetében a bányászat minimális környezeti károkozással fog járni az ígéretek szerint, addig például Dél-Amerikában a környezeti hatás közvetett: mivel sósivatagban, sós lapályon történik a bányászat, ott eleve nem él meg túl sok minden. Viszont olyan elképesztő vízigénye van a folyamatnak, amit csak az élő természettől elvont édesvízzel tudnak kielégíteni a bányászati cégek.

Ez pedig, különösen aszályos években, egyaránt súlyos károkat okoz a természetnek és az agráriumnak.

Összefoglalva elmondhatjuk tehát, hogy bár nehéz megjósolni, milyen lesz a közlekedés ötven év múlva, azt biztosra vehetjük, hogy az elektromos autózás mind nagyobb teret hódít, és egyre többen fognak átülni lítium akkumulátorokkal felszerelt elektromos járművekbe.

Ám ennek komoly környezeti hatásai vannak, és nem mondhatjuk azt, hogy a lítium hozza el a tisztán zöld jövőt. Ahhoz túlságosan is piszkos.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.