A crise de suprimento de lítio não precisa parar carros elétricos

By 2030, the severe semiconductor shortage now hobbling much of the world’s Indústria de automóveis Esperamos ser uma memória distante. Mas, naquele momento, a escassez de outro material crítico - lítio - é previsto para estar atingindo com força total. Essa crise de suprimento iminente, se não for endereçada através de ação coordenada, poderia reduzir significativamente a transição de combustíveis fósseis para

Lithium is a powdery white metal used in the vast majority of rechargeable batteries that power electric vehicles (EVs) and that store electricity generated through renewable resources. This looming supply crunch, if not addressed through coordinated action, could significantly set back the transition from fossil fuels to Energia renovável e a batalha global contra Mudança climática .

A corrida está em todo o mundo para garantir fontes futuras de lítio e diversificar as cadeias de suprimentos. Os principais fabricantes de baterias e montadoras estão competindo para atingir contratos de longo prazo com mineradores e refinarias. Países com grandes indústrias de automóveis estão tentando desenvolver suas próprias cadeias regionais de fornecimento de bateria de íons de lítio, uma tendência que acelerará com a recente aprovação da Lei de Redução da Inflação nos EUA. E nações com reservas de lítio e outros materiais críticos da bateria, como o níquel, estão usando -os como alavancagem para construir indústrias de bateria domésticas. Isso exigirá colaboração entre todos os jogadores da cadeia de valor. Empresas de mineração, refinarias, fabricantes de baterias, OEMs automotivos e financiadores devem trabalhar em conjunto com governos, ONGs e outras partes interessadas para garantir que os projetos de bateria baseados em lítio sigam as melhores práticas ambientais e ofereçam uma parte justa de benefícios às nações e às comunidades locais. Os parceiros internacionais também devem fornecer a tecnologia, a experiência e o acesso ao mercado necessários para que projetos nacionais e locais relacionados a bateria se tornem comercialmente viáveis.

The challenge is how to address the potential lithium crisis in an environmentally and economically sustainable way. That will require collaboration among all players in the value chain. Mining companies, refiners, battery manufacturers, automotive OEMs, and financiers should work together with governments, NGOs, and other stakeholders to ensure that lithium-based battery projects adhere to best environmental practices and deliver a fair share of benefits to nations and local communities. International partners should also provide the technology, expertise, and market access needed for national and local battery-related projects to become commercially viable.

Por que o lítio é tão crítico

The improved performance and falling cost of lithium-ion batteries over the past decade have been a major force driving the adoption of Carros elétricos e caminhões. A expectativa de que essas tendências continuarão é uma grande razão pela qual o BCG prevê que os veículos alimentados puramente por baterias elétricas superem aqueles com mecanismos de combustão interna a gasolina como o tipo de veículo mais popular de luz vendido globalmente em 2028. Garantir fontes futuras de lítio e diversificar cadeias de suprimentos.

As baterias de íon de lítio também são usadas para 90% do armazenamento de energia da grade em todo o mundo, especialmente para energia eólica e solar. Iniciativas como o plano da UE de reduzir sua dependência do gás natural russo em dois terços, o que se baseia em parte da geração acelerada de energia renovável, aumentará significativamente a demanda por armazenamento de bateria. Mas o lítio é o mais crítico. É usado para fazer cátodos, um componente essencial de todos os tipos de bateria de íons de lítio. Também é provável que seja necessário nos ânodos de alta capacidade do futuro. Além disso, o lítio é usado nas soluções eletrolíticas que permitem que os íons viajem entre o cátodo e o ânodo dentro das baterias, permitindo que eles armazenem energia e forneçam energia. No futuro próximo, no entanto, nenhum deles oferecerá a combinação de custo, peso e densidade de energia volumétrica de baterias de íon de lítio. A produção deles não está atingindo a escala necessária para os volumes maciços que serão necessários. Embora o preço do lítio tenha aumentado mais de dez vezes nos últimos dois anos, há capacidade suficiente para atender à demanda prevista até 2025 - e potencialmente até 2030 se operações suficientes de reciclagem entrarem on -line. Depois disso, são esperadas escassez crônica. Mesmo assumindo que todos os novos projetos de mineração de lítio que o setor atualmente considera prováveis ​​ou possíveis entram em operação, bem como uma expansão significativa de projetos de reciclagem de lítio, espera-se que a oferta de lítio em 2030 fique em torno de 4% de demanda projetada ou por cerca de 100.000 toneladas de lítio equivalente a carbonato (a forma processada de formato processado). (Ver Anexo 1.) Até 2035, a lacuna de fornecimento é projetada para ser aguda - pelo menos 1,1 milhão de toneladas, ou 24% menor que a demanda. Primeiro, a quantidade de lítio extraída de depósitos em todo o mundo deve ficar bem aquém da demanda. Segundo, a capacidade de refinar o mineral nos produtos químicos utilizados nas baterias de íons de lítio está fortemente concentrado em um punhado de países. As principais interrupções, sejam devido a eventos geopolíticos, desastres naturais ou outra pandemia, podem colocar em risco toda a cadeia de suprimentos de bateria. Uma razão é que a mineração convencional de lítio pode representar vários riscos ambientais, como contaminação do solo e das águas subterrâneas. As tecnologias e processos atualmente usados ​​na extração de lítio requerem grandes quantidades de água, uma séria desvantagem em regiões áridas. Como resultado, os projetos de mineração enfrentaram oposição por motivos ambientais em países como Portugal, Sérvia e EUA. E embora a descoberta de grandes depósitos de lítio possa alterar a dinâmica da oferta, as questões ambientais ainda teriam que ser abordadas. O desafio é implantar essas técnicas em escala.

A number of other minerals, such as nickel, manganese, and cobalt, are also important ingredients in various types of lithium-ion batteries. But lithium is the most critical. It’s used to make cathodes, an essential component of every type of lithium-ion battery. It’s also likely to be required in the high-capacity anodes of the future. In addition, lithium is used in the electrolyte solutions that allow ions to travel between the cathode and anode inside batteries, allowing them to store energy and deliver power.

Of course, alternatives to lithium-ion batteries as storage options for vehicles and power grids are in development. For the foreseeable future, however, none of these will offer the combination of cost, weight, and volumetric energy density of lithium-ion batteries. Nor is their production reaching the scale needed for the massive volumes that will be required.

The Lithium Supply Challenge

The supply crunch won’t hit immediately. Even though the price of lithium has surged more than tenfold over the past two years, there’s enough capacity to meet anticipated demand until around 2025—and potentially through 2030 if enough recycling operations come online. After that, chronic shortages are expected. Even assuming that all the new lithium-mining projects that the industry currently regards as probable or possible go into operation, as well as a significant expansion of lithium-recycling projects, lithium supply in 2030 is expected to fall around 4% short of projected demand, or by around 100,000 metric tons of lithium carbonate equivalent (the processed form of raw lithium). (See Exhibit 1.) By 2035, that supply gap is projected to be acute—at least 1.1 million metric tons, or 24% less than demand.

Two factors are behind the expected shortfall. First, the amount of lithium extracted from deposits around the world is projected to fall well short of demand. Second, the capacity for refining the mineral into the chemicals used in lithium-ion batteries is heavily concentrated in a handful of countries. Major disruptions, whether due to geopolitical events, natural disasters, or another pandemic, could put the entire battery supply chain at risk.

Dramatically increasing production will be challenging. One reason is that conventional lithium mining can pose a number of environmental hazards, such as soil and groundwater contamination. The technologies and processes currently used in lithium extraction require vast amounts of water, a serious drawback in arid regions. As a result, mining projects have faced opposition on environmental grounds in countries such as Portugal, Serbia, and the US. And while the discovery of large new lithium deposits could change the supply dynamics, environmental issues would still likely have to be addressed.

As explained below, new extraction methods and technologies are under development that hold promise for reducing the environmental impact of lithium extraction. The challenge is to deploy such techniques at scale.

Supply Chain Vulnerabilities

The concentration of key parts of the Cadeia de suprimentos Em muito poucos países, representa um risco adicional para um futuro movido por baterias de íon de lítio. (Para uma descrição da cadeia de suprimentos, consulte o Anexo 2.) A maior parte do refino de lítio nos produtos químicos usados ​​para fazer componentes da bateria é feita em dois países. O Chile exporta 66% do suprimento mundial de carbonato de lítio, que ele extrai da salmoura de água salgada evaporada. A China produz a maior parte do restante usando um método diferente - refinando o carbonato de lítio a partir de minério de spodumeno, proveniente principalmente da Austrália. O carbonato de lítio é usado em eletrólitos e também é refinado no hidróxido de lítio, um ingrediente crítico nos catodos. A China é responsável por mais da metade das exportações globais de hidróxido de lítio. O Japão e a Coréia do Sul também são os principais exportadores de baterias.

China is also the world’s leading producer of cathodes, battery cells, and battery packs, both for its domestic EV industry and for export. Japan and South Korea, too, are major exporters of battery packs.

Além dos riscos estratégicos decorrentes da concentração em tão poucos lugares de grande parte do fornecimento de materiais críticos que a logística da atual cadeia de suprimentos global é muito ineficiente. Devido ao seu peso, as baterias de íons de lítio são cada vez mais fabricadas perto das plantas de montagem de EV. Isso significa que enormes volumes de carbonato de minério ou lítio são enviados longas distâncias para a China para refinar e são enviados de volta através dos oceanos na forma de hidróxido de lítio ou catodos para nações que fabricam células e pacotes de bateria. A diversificação de fontes globais de materiais críticos não apenas tornaria as cadeias de suprimentos mais resilientes, mas também reduziriam os custos e as emissões de carbono associadas ao envio. A Tesla, por exemplo, assinou um contrato de três anos com o Ganfeng da China, um dos maiores produtores de compostos de lítio do mundo. A Volkswagen está buscando criar o que o ex -CEO Herbert Diess chamou de “ecossistema completo de fornecedores da extração de lítio à montagem de baterias” na Espanha; A empresa também firmou um acordo com a empresa alemã-australiana Vulcan Energy Resources para obter lítio da região da Alemanha no Vale do Reno superior. Enquanto isso, a Vulcan fez acordos de fornecimento preliminares com Renault e Stellantis. A Ford concordou em comprar 25.000 toneladas métricas de lítio anualmente da instalação da Argentina dos recursos do lago baseado na Austrália. Materiais. A legislação dos EUA fornece incentivos de até US $ 7.500 para a compra de novos EVs construídos nos EUA, Canadá ou México. Mas a oferta vem com requisitos rigorosos de conteúdo local. Para se qualificar para metade do valor do incentivo, os VEs devem conter as baterias montadas na América do Norte. Para se qualificar para a outra metade, uma certa parte dos minerais críticos usados ​​nas baterias deve vir de nações com as quais os EUA têm acordos de livre comércio. Esse requisito será eliminado e atingirá 80% em 2029. Além disso, os veículos cuja cadeia de suprimentos de minerais críticos flui através de “entidades estranhas de preocupação” serão desqualificadas de receber essa metade do valor do incentivo. E na Índia, antes de aprovar e conceder incentivos aos projetos de bateria propostos, o governo federal exige garantias de que eles atenderem a certos limites para o conteúdo local.

Every major automotive OEM is scrambling to secure future sources of critical lithium materials. Tesla, for example, has signed a three-year agreement with China’s Ganfeng, one of the world’s largest producers of lithium compounds. Volkswagen is seeking to create what former CEO Herbert Diess has called a “full ecosystem of suppliers from lithium extraction to the assembly of batteries” in Spain; the company has also entered into an agreement with the German-Australian company Vulcan Energy Resources to obtain lithium from Germany’s Upper Rhine Valley region. Vulcan, meanwhile, has made preliminary supply agreements with Renault and Stellantis. Ford has agreed to buy 25,000 metric tons of lithium annually from the Argentina facility of Australia-based Lake Resources.

The Race to Develop Domestic Supply Chains

The recently passed Inflation Reduction Act in the US illustrates another global trend reshaping the battery industry—a race to create domestic, vertically integrated battery industries with locally produced critical materials. The US legislation provides incentives of up to $7,500 for the purchase of new EVs built in the US, Canada, or Mexico. But the offer comes with stringent local-content requirements. To qualify for half the incentive amount, EVs must eventually contain battery packs assembled in North America. To qualify for the other half, a certain portion of the critical minerals used in the batteries must come from nations with which the US has free-trade agreements. This requirement will be phased in and reach 80% in 2029. In addition, vehicles whose critical-minerals supply chain flows through “foreign entities of concern” will be disqualified from receiving this half of the incentive amount.

In the European Union, meanwhile, the European Battery Alliance, funded by the EU Commission, has taken several steps to secure lithium and other minerals critical to the energy transition. And in India, before approving and awarding incentives to proposed battery projects, the federal government requires assurances that they will meet certain thresholds for local content.

Ao mesmo tempo, as nações com matérias -primas críticas buscam alavancar suas reservas para construir indústrias de baterias domésticas. A Indonésia, por exemplo, fornece um terço do níquel refinado do mundo. Ele deseja implantar novos processos, como lixiviação de ácido de alta pressão, para refinar mais níquel em metal de nível de bateria. A Indonésia também quer desenvolver a fabricação a jusante. Um consórcio de empresas estatais, incluindo uma empresa de mineração que possui uma parcela significativa das reservas de níquel do país, assinou um memorando de entendimento com a solução de energia da LG para investir em um consórcio de US $ 9 bilhões para processar os metal e fabricar materiais catódicos, células e baterias acabadas. Ele também assinou um MoU com a tecnologia de Amperex contemporânea (CATL) da China, que anunciou planos de investir em uma iniciativa de US $ 6 bilhões com parceiros indonésios para desenvolver instalações de fabricação de baterias, reciclagem e projetos de minas de mineração. A mineração, o processamento inicial e o refino de lítio representam 25% a 30% do pool de lucro disponível para baterias de íons de lítio. A fabricação de ânodos, catodos e eletrólitos é responsável por uma participação de 20% a 25%. A produção de células e baterias montadas representa 45% a 50% do pool de lucro das baterias.

It’s natural that nations with large lithium reserves will want a greater share of the economic wealth generated by the rechargeable-battery boom. The mining, initial processing, and refining of lithium account for 25% to 30% of the available profit pool for lithium-ion batteries. The manufacture of anodes, cathodes, and electrolytes accounts for a 20% to 25% share. Production of cells and assembled batteries represents 45% to 50% of the batteries' profit pool.

Addressing Environmental Risks

Antes que novas operações de mineração de lítio possam ser trazidas on-line, os riscos ambientais da mineração devem ser abordados. Os governos e as partes interessadas precisam pesar as compensações entre o impacto da mineração nos ambientes locais e os benefícios de uma redução líquida em CO ₂ emissões de veículos. A partir de 2024, por exemplo, a UE exigirá que os importadores declarem o CO

New mining projects must be environmentally sustainable in order to compete in the face of stiffening regulations in global markets. Starting in 2024, for example, the EU will require importers to declare the CO ₂ pegadas de baterias vendidas na região. A UE também definirá limites de emissão e exigirá que uma certa quantidade de lítio seja reciclada. Além disso, a Comissão Europeia está pensando em estabelecer um "passaporte de bateria", uma plataforma de tecnologia que permitirá que todos na cadeia de suprimentos compartilhem informações sobre o histórico de fabricação de cada bateria vendida na UE. Algumas novas tecnologias e práticas recomendadas de mineração prometem reduzir o impacto ambiental a um nível consistente com os mais altos padrões ambientais, como os da UE. Por exemplo, a extração direta de lítio (DLE), na qual a maioria da água salmoura é reciclada, pode reduzir bastante a quantidade de água necessária. A energia geotérmica é usada para extrair o lítio e a salmoura é então reciclada de volta à fonte geotérmica. Os Recursos Energéticos da Vulcan e o lítio da Cornualha do Reino Unido estão entre as empresas que investem em projetos de salmoura geotérmica. Inscreva -se

Process innovations could make lithium extraction much more eco-friendly. Some new technologies and mining best practices hold promise for reducing the environmental impact to a level consistent with the highest environmental standards, such as those of the EU. For example, direct lithium extraction (DLE), in which most brine water is recycled, could greatly reduce the amount of water required.

Several pilot projects are underway to use DLE to recover lithium from naturally occurring geothermal brine deposits. Geothermal energy is used to extract the lithium, and the brine is then recycled back into the geothermal source. Vulcan Energy Resources and Cornish Lithium of the UK are among the companies investing in geothermal brine projects.

Uma estrutura para desenvolvimento sustentável de lítio

Empresas em toda a cadeia de valor da bateria devem se mobilizar agora para aumentar os suprimentos e diversificar suas cadeias de suprimentos. O desenvolvimento econômico e as pressões geopolíticas estão criando a necessidade de indústrias de baterias regionais integradas. Em muitos casos, empresas de mineração, refinarias, fabricantes de baterias e OEMs automotivos precisarão renovar seus Manufatura global e obtenção de pegadas para aproximar mais a produção dos mercados onde os VEs são vendidos. A Lei de Redução de Inflação dos EUA deve iniciar a próxima onda de investimentos em capacidade, reorganização da cadeia de suprimentos e ajustes do portfólio de produtos. É provável que outros governos façam movimentos em resposta.

Para realizar essa mobilização e proteger suprimentos, são necessárias coalizões. Mineiros, fabricantes de baterias, montadoras, governos e financiadores devem trabalhar juntos para garantir que os projetos de extração de lítio desesperadamente precisassem migrar da categoria possível para a provável em termos de sua probabilidade de chegar online. Para ter sucesso, os projetos de extração devem aplicar uma estrutura para o sucesso que inclua as seguintes ações:

• Traga as melhores práticas em sustentabilidade ambiental. Os parceiros globais podem ajudar as empresas domésticas a implementar sistemas para documentar e relatar suas pegadas de carbono para cumprir regulamentos cada vez mais rigorosos nos principais mercados globais. International mining and manufacturing partners should bring state-of-the-art technologies and processes such as DLE to minimize water and soil contamination and reliance on fossil fuels. Global partners can help domestic companies implement systems for documenting and reporting their carbon footprints to comply with increasingly stringent regulations in key global markets.
• Criar oportunidades para desenvolver indústrias a jusante. Empresas de mineração, processadores e fabricantes de baterias e componentes -chave podem fornecer processos avançados de produção, conhecimento operacional e acesso a mercados internacionais. Os OEMs automotivos podem suportar as indústrias de baterias locais, comprometendo-se a comprar grandes volumes de produção em contratos de longo prazo. Investidores, como instituições financeiras, fundos soberanos e empresas de private equity, podem fornecer financiamento estável para construir capacidade industrial. Os investidores internacionais em projetos de baterias também podem contribuir para o desenvolvimento econômico mais amplo e as capacidades industriais investindo em infraestrutura, programas de treinamento de habilidades e parcerias com sistemas educacionais. Os governos nacionais e municipais podem fornecer apoio financeiro e outros incentivos e trabalhar com consórcios internacionais para garantir que os projetos ajudem a promover objetivos econômicos e sociais. International partners should work with governments to bring downstream industries closer to lithium reserves and make them part of regional supply chains. Mining companies, processors, and manufacturers of batteries and key components can provide advanced production processes, operating expertise, and access to international markets. Automotive OEMs can support local battery industries by committing to purchase large volumes of output on long-term contracts. Investors, such as financial institutions, sovereign funds, and private equity firms, can provide stable financing to build industrial capacity.
• Guarantee fair value for domestic stakeholders. To ensure that host governments and local communities benefit adequately from their natural resources, royalties, shares of profits, and other benefits should be substantial enough to secure popular support for the long term. International investors in battery projects can also contribute to broader economic development and industrial capabilities by investing in infrastructure, skills-training programs, and partnerships with education systems. National and municipal governments can provide financial support and other incentives and work with international consortia to ensure that projects help advance economic and social goals.
  

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Atendendo ao crescimento explosivo da demanda por produtos de lítio nos próximos anos apresenta uma série de desafios assustadores. Mas esses desafios devem ser enfrentados se a transição para energia renovável e a luta global contra as mudanças climáticas forem para permanecer no caminho. Acreditamos que as coalizões públicas-privadas em toda a cadeia de valor recarregável de patrimônio pode não apenas atender às necessidades do setor de materiais críticos. Eles também podem desenvolver esses recursos de maneiras ambientalmente sustentáveis, avançar nas agendas de desenvolvimento econômico dos governos, atender aos principais requisitos de localização e oferecer uma parcela justa dos benefícios para as comunidades locais. Christine Wurzbacher