סחורות
Investing In Lithium: The Core Metal For A Green Future
ליתיום עולה: מאפלה למתכת אסטרטגית
למרבית ההיסטוריה האנושית, ליתיום היה תרכובת מתכתית יחסית לא רלוונטית עם מעט יישומים מעשיים. הדבר התחיל להשתנות עם המצאתו על ידי ג’ון גודנאף ואחרים של סוללת ליתיום-יון, עבודה שזיכתה בפרס נובל לכימיה ב-2019, אותה פירטנו בדו”ח מפורט.
הטכנולוגיה אפשרה את הפיצוץ באלקטרוניקה ניידת קטנה, מה-Walkman הראשוני ועד לטלפונים החכמים, מחשבים ניידים וטאבלטים הנפוצים היום.
אך עם היציאה לאור של כלי רכב חשמליים, סוללות ליתיום-יון עברו מטכנולוגיה חשובה לטכנולוגיה משנה את העולם. רק סוללות ליתיום-יון היו בעלות צפיפות אנרגיה הנדרשת כדי לתת טווח מסחרי לכלי רכב חשמליים.
כיוון שרכב חשמלי צורך כמות סוללות כמו מאות או אלפי התקנים אלקטרוניים, החשמול של התחבורה הפך את כל ייצור הסוללות לפני שמהפכת רכבי החשמל התפוצצה באמצע שנות ה-2010 להערה היסטורית בהשוואה.
Source: Statista
היום, טכנולוגיית ליתיום-יון מאוימת על ידי כימיקלים חלופיים רבים שיכולים לספק ביצועים טובים יותר: טעינה מהירה, צפיפות אנרגיה גבוהה, יותר עמידות וכו’.
אך בעוד שחלק מהאפשרויות האלה מנסות לעקוף ליתיום לחלוטין, כמו סוללות נתרן-יון, הרבה מהאלטרנטיבים האלה תלויים באספקת ליתיום כמו סוללות ליתיום-יון: סוללות מוצקות של ליתיום-מתכת, סוללות ליתיום-גופרית מודפסות בלייזר, סוללות ליתיום-CO₂, סוללות ליתיום-אינדיום, סוללות ליתיום-יון עמידות לקור, סוללות ליתיום-יון עם גרפן, וכו’.
Source: Flash Battery
לבסוף, אפילו אם לכל כימיה של סוללה יש את היתרונות והחולשות שלה, ליתיום עדיין מרכיב מפתח עבור סוללות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה.
Source: Lithium Harvest
עבור משקיעים שרוצים להיכנס לחשמול, אנרגיות מתחדשות ועתיד ללא דלק מאובנים, מלבד “מתכות ירוקות” אחרות כמו נחושת ואלומיניום (עקבו את הקישורים לדו”ח השקעות מפורט על כל אחד), השקעה בליתיום יכולה להיות דרך לעשות זאת בלי לצורך לנסות לנבא איזו כימיה של סוללה תנצח בסוף.
למה ליתיום מציע ביצועי סוללה בלתי מושגים
הסיבה שליתיום פופולרי בקרב חוקרי סוללות היא בגלל תכונותיו האלקטרוכימיות הייחודיות.
ליתיום התגלה לראשונה ב-1817 על ידי כימאים שוודים. זהו היסוד המוצק הקל ביותר, עם מספר אטומי 3 (רק 3 פרוטונים בגרעינו).
Source: Medium
גודלם הקטן של אטומי ליתיום משמעותו שיש להם רק אלקטרון אחד על המטען החיצוני, וכאשר אלקטרון זה עובר לאטום אחר, זה נותן להם שינוי פוטנציאל חשמלי עצום לאטום.
כך שבעוד שיסודות אחרים עשויים להיות קלים יותר לעבודה, או זולים, ליתיום הוא האטום להשתמש בו עבור ביצועים גבוהים וצפיפות אנרגיה גבוהה בסוללות.
השוק הגלובלי של ליתיום ויצרנים מובילים
איפה מייצרים ליתיום? יצרנים גלובליים מובילים
השוק הגלובלי של ליתיום מוערך בכ-37.4$ מיליארד ב-2024 וצפוי להגיע ל-164$ מיליארד עד 2033.
ב-2024, 2/3 מייצור הליתיום הגיע מכריית עפרות, בחלקו הגדול ממרבצי ספודומן באוסטרליה, היצרנית הגדולה בעולם. זוהי גם הצורה הדומיננטית של ייצור ליתיום בסין.
Source: Lithium Harvest
עם זאת, המרבצים המוכחים הגדולים ביותר של ליתיום נמצאים ב”משולש הליתיום”, מה שנותן לאזור הזה את הפוטנציאל הגדול ביותר לצמיחה עתידית. יחד, שלוש המדינות האלה מייצגות כמעט 50% מעתודות הליתיום בעולם.
Source: UFine Battery
ליתיום מספודומן וכריית ליתיום קשה
ספודומן וסלעים עשירים בליתיום מוצאים בתהליך מורכב הדורש מהסלעים להיות מרוסקים, מטופלים בחום של 1,100 °C, טיפול בחומצה וחומרים ואז להיפרד עם ממברנות מרובות.
Source: Pall Corporation
זה הופך את התהליך למורכב יותר משיטות כריית ליתיום אחרות. עם זאת, זה הרבה יותר קל להגדיל את הקנה, וזול יותר, כיוון שהוא מנצל את אותן שיטות שפותחו עבור כריית מינרלים אחרים על ידי תעשיית הכרייה.
ליתיום ממקורות ברינה
ברינה הם מים עשירים במינרלים, בדרך כלל מצויים באקוויפרים תת-קרקעיים. ברינות עשירות בליתיום נוטות להימצא באזורים מדבריים, שם תנאים אקלימיים וגאולוגיים תורמים לריכוז הליתיום.
זה בדרך כלל תהליך יקר יותר, בחלקו הגדול בגלל הצורך בחומרים כמו סודה (נתרן קרבונט) ואבן גיר. בעוד שאינם במיוחד רעילים, חומרים אלה מייצגים עלות גדולה של פעולות כריית ליתיום מברינות, כמעט כמו כל מבנה העלות של ייצור ליתיום מסלע.
Source: S&P Global Market
מרבצי ליתיום על בסיס חרסית
מקור אפשרי שלישי של ליתיום, מרבצי חרסית, נחקר כעת על ידי חברות ליתיום רבות, בזכות התפוצה השווה יותר שלה, המאפשרת למדינות המעוניינות להביא הביתה את ייצור הליתיום לעשות זאת. זה במיוחד נכון עבור ארצות הברית, עם מרבץ ליתיום מקדרמיט שעלול להיות שווה 1.5$ טריליון.
בסופו של דבר, תחרות עוצמה גדולה וחשיבות הליתיום הגדלה עבור רכבים חשמליים, רשתות חשמל ירוקות ואינדוסטריאליזציה כוללת עשויה לגבור על כל בעיה טכנית או דאגות מקומיות לטובת האינטרס הלאומי. אם זה המצב, חברת Lithium Americas Corp יכולה להיות אחת החברות שירוויחו מכך.
‘הם נראים כאילו הצליחו לפגוע בנקודה המתוקה שבה החרסיות נשמרו קרוב לפני השטח, כך שלא יצטרכו לכרות כל כך הרבה סלע, ובכל זאת לא התמוססו עדיין.’
למה זיקוק ליתיום לרמת סוללות חשוב
היכן מייצרים ליתיום אינו מספר את כל הסיפור. יסוד חשוב אחר הוא היכן מזקקים ליתיום למוצר שימושי.
ליתיום תעשייתי המשמש לזכוכית, קרמיקה ושמנים פחות מזוקק, ויחסית קל לזקוק.
לעומת זאת, ליתיום לרמת סוללות הוא מזוקק מאוד, לפחות 99.5%, אך לעיתים קרובות עד 99.9%, 99.99% או אפילו 99.999% עבור ביצועים משופרים ועמידות סוללה.
רמת טוהר של ליתיום לרמת סוללות קשה יותר להשיג ודורש תשתית מיוחדת וניסיון. כרגע, זהו מומחיות של יצרנים סינים, עם כ-67% מאספקת הליתיום הגלובלית שמעובדת על ידי סין.
“אנחנו [המערב] לא בונים מפעלים לזיקוק והמרה יותר, בדרך שבה היינו עושים בעבר. זה מטופש לחשוב שאי פעם נוכל להסיר את תלותנו בסין.”
זהו עוד סיבה למדינות מערביות לחפש לבנות את שרשרת האספקה שלהן, כיוון שהמתיחות הגאופוליטית והסחר עם סין עולות.
“ליתיום אינו רק עוד מוצר – הוא מייצג עצמאות אנרגיה, תחרותיות טכנולוגית ויכולת פעולה לאקלים, כולם תפוסים במינרל אחד,”
תחזית דרישת ליתיום עד 2030
מהם המקורות העתידיים של דרישת ליתיום
ליתיום לרמת סוללות כבר הוא המקור הגדול ביותר של דרישה לליתיום ויהיה עוד יותר עד 2030, ויהווה 94% מהדרישה הכוללת.
Source: Lithium Harvest
דרישה זו תהיה מונעת על ידי בנייה מאסיבית של “גיגה-מפעלים” (מפעלים עם יותר מ-1GW של קיבולת ייצור סוללות בשנה), עם צפון אמריקה ואירופה שמנסות לתפוס את קצב היצרנות של סין (צמיחה של 9x ו-11.7x מקיבולת 2022 עבור ארצות הברית ואירופה, בהתאמה).
Source: Lithium Harvest
בסופו של דבר, המניע העיקרי לדרישת ליתיום עתידית תהיה כמות וסוג הסוללות המשמשות בעולם.
מצד אחד, הדרישה לרכבים חשמליים תהיה גורם. אך גם איכות רשת הטעינה, שכן יותר תחנות טעינה תקל על חרדת הטווח, מה שיפחית את הצורך בחבילות סוללה גדולות טובות ל-500+ מיילים כדי לשכנע קונים הססנים.
סוג הסוללה יהיה גם בעל השפעה. אם סוללות נתרן-יון יתחילו להיות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה מספיק, הן עשויות להתחיל לקחת נתח שוק מסוללות מבוססות ליתיום, לפחות עבור דגמי רכב חשמליים זולים יותר.
ייצור המוני של סוללות מוצקות, שעדיין לא יוצרו בקנה מידה גדול, עשוי לאיץ את מגמת החשמול של הרכב.
לבסוף, גורם חשוב יהיה האמוצעות של משאיות, אוטובוסים, חשמליות, רכבות או אפילו סירות להיחשמל. אם רוב הרכבים הכבדים יתחילו להיחשמל, זה יגרום לדרישה חזקה לסוללות. למשל, ה-Tesla Semi העתידי צפוי להיות בעל חבילת סוללה גדולה פי 9-22 מזו של רכב חשמלי רגיל.
גורמים מרכזיים מאחורי התנודתיות במחיר הליתיום
מחירי הליתיום רכשו בעשור האחרון מוניטין של היותם התנודתיים ביותר, עם תנודות חדות.
Source: Benchmark Minerals
הקפיצה במחירים ב-2023 הייתה עקב צמיחה מהירה בדרישה עם אספקה לא מספיקה, כיוון שמכרות חדשים מואטים להתחיל. זה הוביל לירידה דרמטית במחירים, כתוצאה משילוב של קיבולת ייצור חדשה עצומה המגיעה לשוק וקצב אמוציות רכבים חשמליים שהאט.
מאז, התעשייה נמצאת במיתון, עם הרבה מיצרנים קטנים או מכרות עם עלויות גבוהות מדי שמפסדים כסף.
בעקבות כך, הרבה תוכניות הרחבה ופתיחות מכרות חדשים בוטלו, הוקפאו או הושהו. בנוסף, בעיות אישורים ומחאות ציבור (כמו עבור פרויקט Jadar של Rio Tinto בסרביה) הפחיתו את הקיבולת החדשה הצפויה שאמורה להגיע בשנים הקרובות.
כתוצאה מכך, שוק הליתיום נחשף יותר ויותר להלם אספקה חדש, לאחר שנתיים של מחירי ליתיום נמוכים וירידה במחירי מניות חברות ליתיום. רק אם הדרישה תישאר קרובה לתרחיש הבסיס, תהיה האספקה העתידית מספיקה, אפילו עם אספקה ב-2029 לבדה, הצפויה לגדול יותר מכל הליתיום שנכרה ב间 2015-2022.
Source: Lithium Harvest
בסך הכל, כל עלייה בדרישה מאימוץ מחודש של רכבים חשמליים, כלי רכב כבדים המתחשמלים מהר יותר, או יותר דרישה לפארקים של סוללות תעשייתיות יכולה ליצור מחזור במחירי ליתיום.
כיצד מכסות משפיעות על שוק הליתיום
עד כה, מחירי הליתיום לא הושפעו באופן דרמטי ממכסות של טראמפ, בעיקר מכיוון ששליטת סין בתעשייה חזקה, אך לא כה קשה כמו עבור מינרלים אחרים כמו יסודות נדירים.
כך שיצרנים של רכבים חשמליים בארצות הברית יכולים בכל מקרה להשיג את הליתיום שלהם ממדינות אחרות אם יהיה צורך. זה, אם הם מייצרים את הסוללות שלהם בעצמם, ולא מייבאים אותן כבר מיוצרות מסין, מה שהוא מצב מאוד נפוץ.
המכסות יכולות גם להשפיע באופן עקיף על ייצור סוללות, לפחות בארצות הברית, כיוון שנקמה על ייצוא יסודות נדירים מסין עלולה להפוך את ייצור רכבים חשמליים וסוללות במדינה להרבה יותר קשה. במיוחד כיוון שזה יכול לקחת 5-15 שנים לבנות מחדש שרשרת אספקה של יסודות נדירים מחוץ לסין.
אותו הדבר נכון גם עבור רכיבי סוללה אחרים, למשל, 80% מחומרי הקתודה בעולם מיוצרים בסין, יחד עם יותר מ-90% מחומרי האנודה (שני הקטבים של סוללה).
חדשנות בכריית ליתיום ומיחזור
טכניקות כריית ליתיום ישיר (DLE)
שיטות הריכוז הנפוצות של ליתיום מסתמכות על אידוי ו/או ריכוז מינרלים.
במקום זאת, כרייה ישירה מייעדת את אטומי הליתיום דרך תהליך כרייה סלקטיבי. זה יכול להיעשות דרך מספר שיטות:
- כריית DLE מבוססת ספיחה, שבה הליתיום נספח פיזית על ידי חומר מיוחד.
- כריית DLE מבוססת חילוף יונים, שבה הליתיום מוחלף נגד קטיונים (יונים חיוביים).
- כריית DLE מבוססת המסה, שבה נוזל אורגני ממיס את הליתיום.
- שיטה אחרונה פורסמה לאחרונה, EDTA-aided loose nanofiltration (EALNF) לכריית ליתיום.
Source: Lithium Harvest
בסך הכל, כריית ליתיום ישירה יכולה להיות משנה משחק עבור התעשייה, מאפשרת כרייה ללא חומרים ועם הרבה פחות אנרגיה.
חברת Arcadium, שנרכשה לאחרונה על ידי Rio Tinto, עובדת על כריית ליתיום ישירה (DLE) מאז 1996, בשילוב עם בריכות אידוי, ולאחרונה עשתה התקדמות משמעותית בהפיכתה לשיטה מסחרית.
בנוסף, Arcadium רכשה את ILiAD Technologies ב-2023, שפיתחה מסופח סלקטיבי ל”טווח רחב של ברינות עשירות בליתיום בתנאים שונים”.
שיטה אחרת, עדיין בעיקר תאורטית, יכולה להיות כריית ליתיום אלקטרוכימית. הרעיון הוא להשתמש בזרם חשמלי חזק כדי להפריד את הליתיום מהמינרלים האחרים בברינה.
הברינות מכילות הרבה מינרלים אחרים עם גדלים ומטענים דומים, כולל מגנזיום, סידן, נתרן ואשלגן. זה הופך כל שיטה המבוססת על תכונות יונים בלבד לקשה, כיוון שצריך לעשות זאת הרבה פעמים כדי לבחור רק בליתיום.
החלופין יכולה להיות שימוש בזרם חשמלי, אך הברינות מכילות לעיתים קרובות הרבה יוני כלור, שיכולים להפוך לגז כלור מאוד רעיל במהלך תהליכים אלקטרוכימיים מסורתיים לבידוד ליתיום.
גז הכלור, הידוע גם כהלוגן, שימש במיוחד כגז לחימה במלחמת העולם הראשונה. עם זאת, בעיית ייצורו במהלך כריית ליתיום אלקטרוכימית חסמה עד כה את השימוש המסחרי בטכנולוגיה זו.
אולם, מגיב אלקטרוכימי בעל 3 תאים שפותח באוניברסיטת רייס יכול ל
