laitteiden ja työkalujen energialähteiksi. Nyt litiumin tuottajat tähyilevät autoteollisuuden suuntaan.

Transkriptio

1 :..l,,.tqr.*:.="tfl;f*, Litiumia tarvitaan yhä Sähkö- ja hybridiautojen sekä monien elektroniikkalaitteiden ja työkalujen akkuihin tarvitaan litiumia. Maailman litiumvarantojen riittävyydestä käydään kiivasta keskustelua. Suomikin on mukana kuvioissa, srlla maaperastamme föytyy litiumpitoisia ' " 'rtwonäuätilaru itiumin teollinen käyttö maailmassa on lisääntynyt lamavuosia lukuun ottamatta noin kuusi prosenttia vuosittain. Akkuteollisuudessa vauhti on ollut sitäkin nopeampaa, parikymmentä kuilla. orosenttia vuodessa. Akkuteollisuus kasvattaa siten jatkuvasti osuuttaan litiumin käyttäjänä. a Yhdysvaltain geologisen laitoksen mukaan ladattavat litiumakut ovat nousseet noin 23 prosentin osuudella toiseksi suurimmaksi litiumin käyttökohteeksi. Ykkösenä olevan keramiikka- ja lasiteollisuuden osuus on noin kolmannes. Litiumia käytetään myös muun mu- Autoteollisuuden arvioidaan kasvattavan litiumin kysyntää niin nopeasti, että käyn nissä olevat tuotantolaitokset eivät tahdo pysyä vauhdissa. assa voitel urasvoissa, il man käsitte- lylaitteissa ja alumiinin tuotannossa. Litiumakkuja valmistetaan varsinkin kannettavien elektroniikka- 40 O Tekniikan Maailma 2/2011 laitteiden ja työkalujen energialähteiksi. Nyt litiumin tuottajat tähyilevät autoteollisuuden suuntaan. Täyssähköiset autot ja hybrideistä ainakin ladattavat hybridiautot tultaneen varustamaan litium-ioni- Suuret varannot Tuottajat valmistautuvat kuitenkin kysynnän kasvuun sekä lyhyellä että pitkällä aikavälillä. Geologi Timo Ahtola Geologisesta tutkimuskeskuksesta toteaa, että maailmalla on meneillään yhteensä noin 60 tuotannon aloittamiseen tähtäävää projektia ja potenti- aalisten esiintymien kartoitusta.tässä joukossa ovat Suomesta mukana yksi tuotannon käynnistämistä valmisteleva kaivos ja muutama litiummineraaliesiintymä. Suurimmat litiumin tuottajamaat ovat Chile, Australia ja Argentiina. Suurimmat tunnetut varannot löytyvät Chilestä, Argentiinasta, Boliviasta ja Yhdysvalloista. Kaikkiaan maa- ilman litiumvarannot arvioidaan miljoonan tonnin suuruisiksi. Määrä on tuhatkertainen verrattu- na nykyiseen vuotuiseen tuotantolukuun, joka on noin tonnia. Litiumia ei koskaan myydä puhtaana metallina, vaan aina kemikaalina ja mineraalina. Autojen akkuja tekevälle teollisuudelle kelpaa vain litiumkarbonaatti, joka on hyvin korkealaatuista, puhtausasteel-

2 ruf -,i..e..4ft11\+"*,i' *.r*rw.:gffib ao enemman LITIUMIA ja litium- karbonaattia tuotetaan eniten suolajärvien alusvesissä olevista esiintymistä, Ennen varsinaista valmistusprosessia suolavettä våke- vöitetään haihduttamalla. Kuvassa haihdutusallas Salar de Atacaman suola- järvellä Chilessä. Tekniikan Maailma 2/2011 a 41

3 :,: titiumin hinta taan 99,95-prosenttista. Epäpuhtau- det aiheuttaisivat turvallisuusriskejä, joita autojen valmistajat karttavat kaikin mahdollisin keinoin. Litiumia ja litiumkarbonaattia tuotetaan pääsiassa suolajärvien alusvesissä olevista esiintymistä. Suolavesi pumpataan ylös, minkä jälkeen sitä väkevöitetään haihduttamalla, yleensä suurissa altaissa auringon alla. Lopuksi liuos johdetaan prosessiin, jossa litium erotetaan muista suoloista ja epäpuhtauksista. Toinen tärkeä litiumin lähde ovat kovien kivien sisältämät esiintymät. Suurin tuottaja on Australia, joka myy litiumin spodumeenirikastee- tukseen, mutta Kiinassa siitä on valmistettu myös litiumkarbonaattia. Tunnettujen varantojen lisäksi maailmalta voi löytyä uusia esiintymiä. Esimerkiksi Afganistan on geo- Litiumin tai pikemminkin litiumkarbonaatin osuus auton akun valmistuskustannuksista on vain 2-3 prosenttia. Toisin sanoen litiumin hinta saa nousta reippaastikin il- logisesti vielä melko tuntematon jonka maankamarasta arvioi- man, että se vähentäisi olennaisesti alue, daan löytyvän valtavat mal mivarat. Niissä arvioidaan olevan mukana myös litiumia. Kysynnän lisääntyessä litiumin hinta kohoaa. Sen seurauksena voi- daan tulevaisuudessa ehkä ottaa tuotantoon litiumpitoisuudeltaan entistä köyhempiä esiintymiä. Li- na. Rikaste käytetään pääasiassa la- tiumia on esimerkiksi merivedessä valtavasti, mutta niin pieniä pitoisuuksia, että merestä tuotantoläh- ja keramiikkatuotteiden valmis- teenä voi toistaiseksi vain haaveilla. si- 42 O Tekniikan Maailma 2/2011 litiumia sisältävien akkujen kilpailukykyä muihin tekniikoihin nähden. Paljon käyttäjiä Sähköautojen myynnin ennustetaan lähtevän pikkuhiljaa käyntiin. Amerikkalaisen Frost & Sulliva n -konsult- tiyhtiön laatiman ennusteen mukaan vuonna 2020 myytävistä uusista autoista seitsemän prosenttia on sähköautoja. Optimistisen skenaarion mukaan osuus voisi olla iopa 1 2 prosenttia. saa nousta reippaastikin Maailmassa myydään vuosittain 50 miljoonaa uutta henkilöautoa. Kansainvälisen energiajärjestö IEA:n skenaarion mukaan myyntimäärä nousee 2050 noin 170 miljoonaa autoon vuosittain. Niistä vajaa kolmannes olisi vety-polttokennoautoja, 50 miljoonaa sähköautoja, 50 miljoonaa ladattavia pistokehybridiautoja (PHEV) ja loput pääasiassa erilaisia diesel- ja bensiinihybridejä. Litiumin tarpeesta autojen litiumioniakuissa liikkuu erilaisia arvioita ja lukuja. Esimerkiksi Argonne National Laboratory on laskenut litiumtarpeeksi g/kwh akkukemiasta riippuen. Korealaisen LG Chem Ltd:n tytäryhtiö Compact Power Inc. kertoo nettisivuillaan. et-

4 Suolakerrostumien alla oleva litium- ja kaliumpitoinen suolavesi pumpataan ylös maan pinnalle. Suolavesiliuosta vä kevöitetään haihduttamalla sitä useissa peräkkäisissä altaissa. i -r-'f: 1,jk i =..' :. "\*-\,rr* rlitiurnka i3: rif -^[it. : J :;å i$ -.Kaliurn,tr * Suolavedestä ensin saostuvat kaliumsuolat viedään proses_ soitavaksi kaliumkloriditehtaalle..! :,9 ilman' että se vähentäisi olennaisesti litiumia sisältävien akkuien kilpaifukykyä... tä hybridi- ja pistokehybridiautojen akkuihin tarvitaan Iitiumia norn 140 g/kwh. yhtiö toimittaa litiumioni_ polymeeriakkuja pohjois_amerikan markkinoille, muun muassa Chevroletin Volt-autoihin. Otetaan laskelman lähtökohdak_ si 25 kwh:n litium-ioniakuilla varus_ tettu sähköauto. sillä voi yhdellä la_ tauksella ajaa i kilometriä. Jos liriumin tarve olisi 120 g/kwh, tarvittaisiin koko akustoon noin kol- me kiloa litiumia. Hybridiautoilla tyydytään lyhyempiin sähkökävttöi_ siin ajomatkoihin. IEA:n skenaarios_ pistokehybridiautot on varustettu keskimäärin kahdeksan kwh:n akus_ tolla, joilla voi ajaa 40 kilometriä. sa Vuonna 2050 myytäisiin siis 50 miljoonaa sähköautoa. Niiden ak_ kuihin kuluisi laskelman mukaan tonnia litiumia vuooessa. Samanaikaisesti myytävien pisto_ kehybridiautojen akkuihin kuluisi tonnia litiumia. yhteenlas_ kettu Iitiumin kulutus olisi tonnia vuodessa. Jos maailman kaikki arvioidut li_ tiumvarannot eli 30 miljoonaa ton_ nia. litiumia voitaisiin käyttää hen_ Krro.autojen akkuihin ja autoja myy_ täisiin vuosittain IEA:n vuoden 2050 skenaarion mukainen määrä, riittåisi litiumia 150 vuodeksi. Paljon epävarmuustekijöitä Laskelma jättää kuitenkin nuomioi_ matta lukuisia tekijöitä. Litiumia kåv_ tetään autojen akkujen lisäksi vhä enemmän myös moniin muihin so_ velluksiin. Uusi kasvava sovellusalue on litium-ioniakkujen käyttö ener_ gravarastoina esimerkiksi aurinko_ ja tuulienergia- sekä tasaussähkö_ ja va rasähköjärjestelmissä. Litium-ioniakkujen valmistukseen kelpaavan erittäin puhtaan litium_ karbonaatin tuotanto vaatii yleen_ så. monivaiheisen prosessin, jossa jokaisessa vaiheessa tapahtuu hä_ vikkiä. Meridian Internaiionat Rese_ arch arvioi litiumin hävikiksi näissä prosesseissa vähintään 30 prosent_ Tä mä yksistää n tiputtaisi akkute_ ollisuuden käytössä olevaa litiumin tia. määrää niin, että sitä riittäisi enää reil uksi vuosisadaksi. o I Meridian Internatlonal Researchin arvio ei ole aivan tuulesta temmat- tu. Suolajärviesiintymissä hanka_ tuutena on varsinkin magnesium. Mitä enemmän liuoksessa on mao_ nesiumia, sitä vaikeampaa ja kalliiä_ paa on litiumin erottaminen liuok_ sesta. Haittana ovat myös muuta_ mat muut alkuaineet, kuten boori ja kalium. Eikä litiumia saada täysin talteen niissäkään prosesseissa, joissa läh_ tökohtana ovat kovien kivien mine_ raalit. Suomessa litiumkaroonaatin tuotantoa suunnittelevan Keliber Oy:n toimitusjohtajan Olle Sir6nin mukaan kovan kiven rikastuspro_ sesseissa litiumin saanto vaihtelee yteensä 80:stä yli 90 prosenttiin. Tekniikan Maailma 2/201 1

5 Kaikista esiintymistä voitaisiin teoriassa tuottaa litiumyn- disteitä, jotka kelpaisivat jat_ kojalostuksen jälkeen akr<uteollisuudelle. Kustannukset ja sitä myöten tuotteen hinta ei kuitenkaan voi nousta ääret- KELIBER Oy teki elokuussa koelouhintoja Läntässä sijaitsevalla kaivospiirillään, Litiumiitoinen malmijuoni ulottuu kallioperän pintaan asti, joten kaivostoiminnan voi aloittaa avolouhinnalla. tömästi. Toisaalta käytettävissä ole_ van litiumin määrää voitaisiin lisätä kierräftämällä. Kevyt 1a hankalasti erotettava litium jää kuitenkin toistaiseksi kierrättä- mättä, sillä EU-direktiivin mu_ kaan riittää, että akkujen ja paristojen painosta puolet hyödynnetään. Litiumin riittävyyden kannarta myönteistä on se, että akkujen teknologian voi odottaa kehittyvän nykyisestä. Hatutut ominaisuudet voidaan tulevaisuuoessa saavuttaa entistä pie_ nemmillä raaka-ainepanoksilla. Lisäksi litium-ioniakut saanevat rinnalleen kokonaan uudenlaisia ratkaisuja. Hyvä esimerkki akkuteknologian kehitysmahdollisuuksista ja vaihtoehtoisista kemioista löytyy Varkaudesta, missä European Batteries valmistaa litium- ioniakkuja. Niissä litiumin tarve jää tasolle 60 g/kwh. Se on puolet vähemmän kuin edellä esitetyssä esimerkissä. vaihtoehtoja litiumille Yllä oleva laskelma on hvvin karkea, mutta se antaa kuvan suuruusluokasta. Se muistuttaa luonnonvarojen rajallisuu_ desta. Niiden käyttö viimeiseen pisaraan tai hippuseen ei ole järkevää. On parempi kehittää vaihtoehtoja hyvissä ajoin, ennen kuinjokin luonnonvara ehtyyja niukkuudesta aiheutuvat ongelmat alkavat kasaantua. Erikoistutkija Juhani Laurikko VTT:ltä vieroksuu ajatusmaailmaa, jossa ripustaudutaan yn- teen teknologiaan. "Jos nåyttää siltä, että litiu- mista voi tulla pulaa, pitää ke_ hittää jotain muuta. Maailma ei ole yksisilmäinen. Eikä täyssähköinen a uto ole ain ut tai välttämättä edes paras ratkaisu pyrittäessä vähäpäästöiseen ja vä- POHJANMAAN kallioperästä on löydetty niin suuria litiumpitoisia mineraaliesiintymiä, että Suomi kivunnee pian ruroopan suurimmaksi litiumin tuottaiaksi. Suomessa on löydetty kymmenkunta aluetta,.litiumpitoisia ioissa on mineraaleja.taloudellisesti merkittä;immäk_ si on arvioitu Keski-pohjanmaalla sijaitseva Kruunupvvn_ Ullavan-Kaustisen alue,jolla on laajuutta noin SOO neliö_ kilometriä. Kaupallisesti lupaavia esiintymiä löytyy myös Forssan seudulta Someron-Tammelan ålueelta. ". Geologian tutkimuskeskus arvioi Kruunupyyn_Ullavan alueen litiummalmivarannoiksi vähintään iö_zo milioo_ naa.tonniä. Näissä spodumeenipegmatiiteissa on keski_ maann notn yksi prosentti litiumoksidia (LirO), ioten esiin_ tymissä on litiumia arviolta vähintään 1000ö0_' ton n ia..norjalaisomistukseen siirtynyt Keliber Oy on käynnis_ reremassa kaivostoimintaa Ullavan lähellä Läntässä. Toi_ mitusjohtaja Olle Sir6nin mukaan yhtiön tavoitteena on Kaynntstaa tuotanto 201 j. Keliberin hallussa olevassa spo- dumeeniesiintymässä on kolme miljoonaa tonnia litiumpi_ totsta malmia, josta riittäisi louhittavaa noin 1 2 vuodeksi.. rnnen kaivoksen käynnistämistä meidän pitää saada Kasvatettua avolouhittavan malmin osuutta, iotta tuotan_ tokustannukset pysyvät kohtuullisina. Lisäksi meidän pitaa vakuuttaa rahoittajat prosessimme toimivuudesta ia varmistaa riittävä määrä toimitussopimuksia,i Siren on vakuuttunut, että Keliber löytää lisää avolouhit_ tavia esiintymiä. yhtiöllä on alueella useita valtauksia ia va lta usva rau ksia,..tarkoituksena on tuottaa aluksi vuosittain tonnia lrtrumkarbonaattia.tuote on puhtåusasteeltaan vähintään 99,95-prosenttista litiumkarbonaattia, joka kelpaa raaka_ atneekst akkukemikaalien valmistajille. Sen markkinahinta on noin US-dollaria tonnilta. Hinta kaksin_ kertaistuisi, mikäli puhtausaste kohoaisi 99,99 prosenttiin. Ainutlaatuisen tuotantoprosessin on kehitiänyt Outo_ tec. pros.essissa käytetään sekä raaka_aineena että ener_ grana btokaasua, mikä alentaa tuotantokustannuksia merkittävästi, euroa tonnilta. Biokaasun tuottaa hän energiaa kuluttavaan liikenteeseen. Aivan yhtä lailla Lassila&Tikanoja alueella syntyvistä biojätteistä, kuten kar_ Jan Ja sähköä voidaan varastoioa ve- turkiseläinten lannasta. tyyn ja tuottaa polttokennolla. Esiintymiä kaupan Ja ladattavat Lähellä Keliberin kaivospiiriä on kaksi esiintymää, joissa kummassakin on yli kaksi miljoonaa tonnia spodumee_ hybridiautot ovat nyt ja varmasti tulevaisuuoes_ sakin kilpailukykyinen vaihto- nipegmatiittia. Geologian tutkimuskeskus GTk raportoi esiintymät työ- ja elinkeinoministeriölle kuluvana sylsyna. ehto täyssähköisille autoille,i Laurikkototeaa. ra 44 O Tekniika n Maailma 2/201 1 otti Läntän esiintymän pinnasta timantti_ laikkaleikkurilla useita uranäytteitä. Näytteiden ana_ lysointi tarkentaa arviota malmion litiumpitoisuu_ desta. Näytteitä otetaan myös kairaamallå. löydetyissä spodumeenipeq_ matiiteissa on keskimäärin noin yksi prosentti litiuri_ oksidia, Kuvassa kairanäyte Kaustisen Syväjärveltä,. "Nähtäväksi jää, löytyykö esiintymille ostajia siinä vai_ heessa, kun ministeriö pyytää niistä tarjouksia. Kummassa_ Krn patt(assa spodumeenipegmatiittijuonet tulevat maan ptnnaile asti, joten kaivostoiminnan pääsee niissä aloitta_ maan avolouhoksina'i geologi Timo Ahtola kertoo. GTK on tutkinut paljon myös Somero_Tammelan aluet_ ta. Siellä on Ahtolan mukaan muutama kiinnostava esiintvmä. Somero-Tammelan alueella litium on sitoutunrt r"[ä petaliittimineraaliin että spodumeeniin. petaliitin litium_ pitoisuus on pienempi kuin spodumeenin.