• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Топ-10 направлений применения лития

Литиевое месторождение в Боливии.

Литиевое месторождение в Боливии.
wirestock / Freepik

Версия для печати

Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с помощью системы анализа больших данных iFORA определил наиболее перспективные направления применения лития. Этот редкий металл иногда называют «белой нефтью» из-за высокой востребованности в мире и значимости для высокотехнологичных отраслей экономики.

Справочно: Система интеллектуального анализа больших данных iFORA разработана ИСИЭЗ НИУ ВШЭ с применением передовых технологий искусственного интеллекта и включает порядка 800 млн документов (научные публикации, патенты, нормативная правовая база, рыночная аналитика, отраслевые медиа, материалы международных организаций, вакансии и другие виды источников). В 2020 г. iFORA отмечена в журнале Nature в качестве эффективного инструмента поддержки принятия решений в интересах бизнеса и органов власти. ОЭСР относит систему к успешным инициативам в области цифровизации науки.

С 2014 г. по 2023 г. мировая добыча лития — легкого, обладающего высокой плотностью энергии металла — выросла в пять раз — до 180 тыс. т; а к 2030 г. может превысить 470 тыс. т. Основные драйверы рынка — цифровизация экономики и общества, увеличение числа электронных устройств, растущая потребность в хранении и резервировании электроэнергии, увеличение популярности электромобилей.

За прошедшие 10 лет радикально изменились направления применения этого металла. Если в 2014 г. основной объем лития использовался в производстве стекла и керамики, то в 2023 г. на первое место вышло производство аккумуляторов, а их доля в структуре мирового потребления выросла почти втрое. Сегодня литий крайне востребован во многих секторах промышленности, в т. ч. в производстве алюминиевых сплавов, лекарственных препаратов.

Как и другие редкие материалы, в частности германий, литий служит добавкой в кремниевых полупроводниковых пластинах, обеспечивая правильную работу транзисторов в микросхемах. Ведутся разработки по использованию литиевого кристаллического соединения (ниобат лития) в фотонных интегральных схемах, необходимых для квантовой связи. Другие литиевые соединения (литий-танталат) используются в пьезоэлектрических устройствах и датчиках.

Наряду с никелем, литий — один из ключевых компонентов современных систем накопления электроэнергии (СНЭ), спрос на которые стал основным драйвером добычи этого металла. Литий-ионные накопители обрели популярность благодаря сравнительно высокой производительности, длительному сроку службы, отсутствию «эффекта памяти» (потеря энергоемкости), возможности перезарядки, а также из-за фактора стоимости, которая существенно снизилась за последнее десятилетие.

Актуальная повестка исследований и разработок, связанных с литием (табл. 1), в значительной степени сфокусирована на производстве литий-ионных аккумуляторов. Благодаря перечисленным преимуществам и компактному размеру аккумуляторы на основе лития применяются во многих смартфонах, компьютерах и иной портативной электронике (№ 1). Другой ключевой потребитель литиевых аккумуляторов — электротранспорт (№ 2). Более половины (82,9 тыс. т) спроса на данный металл в 2023 г. пришлось на электрокары: для их производства в среднем требуется в шесть раз больше элементов (медь, кобальт, марганец и др.) по сравнению с обычными автомобилями.

К числу основных направлений применения лития относят и крупные стационарные системы накопления электроэнергии (№ 3). Как правило, их устанавливают рядом с электростанциями для стабилизации выработки электроэнергии в больших электросетях. Крупнейшая в мире СНЭ сетевого масштаба на литиевых батареях находится в Калифорнии (США). Крупные накопители особенно востребованы для снабжения электроэнергией удаленных объектов, например, сельских или изолированных территорий, районов со сложными природно-климатическими условиями и др. Стационарные СНЭ также поддерживают непрерывную работу энергетических установок на возобновляемых источниках (солнечных, ветровых), накапливая избыточную энергию и отдавая ее в сеть в период низкой выработки.

По мере распространения накопителей все острее встает вопрос об их безопасной утилизации. Большинство используемого в аккумуляторах лития в мире до сих пор не перерабатывается. Считается, что вторичной переработке подвергается только 5% литий-ионных аккумуляторов. При этом аккумуляторы для электромобилей после эксплуатации все еще обладают достаточной емкостью для использования, например, в стационарных накопителях. Однако переработка батарей и извлечение лития нужного качества для повторного применения — сложная, капитало- и ресурсоемкая задача, требующая значительных объемов воды. Кроме того, переработка сопряжена с риском возникновения пожаров из-за легковоспламеняющихся веществ и цепных химических реакций, короткого замыкания элементов батареи и других факторов.

Постепенно появляется все больше решений по эффективному выделению литиевых соединений из отработанных устройств и растет число компаний в этом сегменте (GE, ABB, Tesla, Umicore и др.). Некоторые государства поддерживают программы повторного использования аккумуляторов (например, Великобритания и США). Однако для массовой переработки пока не хватает инфраструктуры и системы сбора отработанных батарей.

Интерес к литию заметен и в различных сегментах обрабатывающей промышленности. В производстве керамики (№ 4) литий обеспечивает более низкую температуру обжига изделий по сравнению с аналогичными веществами. Растет спрос на литий и его соединения для изготовления стекол (№ 5), например используемых в производстве сверхчастотной техники оптических стекол и кристаллов, а также термостойких стекол для электронных устройств.

В металлургии (№ 6) литий используется в качестве добавки в порошки-флюсы для непрерывной разливки стали, а также в целом ряде сплавов с другими металлами (среди них, например, никель и алюминий). Литий-алюминиевые сплавы востребованы в аэрокосмической промышленности (№ 8). 

Необходимые в автомобиле- и судостроении, тяжелом машиностроении и иных производствах, где требуется высокая водо- и термостойкость, литиевые смазки (№ 10) занимают порядка 70% мирового производства пластичных смазок для различной техники. Также литий используется в системах очистки воздуха, производстве пластмасс, строительных материалов и др.

За последние 10 лет вырос уровень использования лития в медицине (хотя в целом все еще остается на уровне 1%). Данный металл применяется в стоматологии (№ 7) и производстве ряда лекарственных препаратов (№ 9). Дисиликат лития широко известен как основа стеклокерамики для восстановления зубов и используется при изготовлении зубных протезов.

Высокотехнологичные отрасли промышленности требуют все более стабильных поставок лития и литиевых соединений. В ближайшие годы потребность в этом металле будет увеличиваться благодаря популяризации электротранспорта, реализации инициатив цифровой трансформации государства и бизнеса, росту числа и видов электронных устройств для промышленного и индивидуального использования. На фоне высокой волатильности мирового рынка лития и усиливающейся китайско-американской конфронтации в этой области различные страны будут диверсифицировать поставки и развивать собственные компетенции в литиевой индустрии.

Комментирует

Комаров Михаил Михайлович

Михаил Комаров

главный научный сотрудник Центра стратегической аналитики и больших данных ИСИЭЗ, профессор департамента бизнес-информатики ВШБ НИУ ВШЭ

Рассмотренные в обзоре варианты использования лития и его соединений довольно точно отражают спектр актуальных приложений этого редкого металла — от литий-ионных аккумуляторных батарей, без которых невозможно представить производство электротранспорта и современной электроники, до применения присадок на основе лития, которые улучшают характеристики различных материалов или обеспечивают особые свойства и функциональные возможности широкой номенклатуры продуктов. Данный металл является одним из наиболее востребованных в производстве сложной высокотехнологичной продукции и крайне важен для развития российской экономики, особенно при реализации отраслевых задач технологического суверенитета. Наша страна обладает значительными запасами лития и, при наличии собственной технологической базы, в перспективе может стать одним из мировых поставщиков литиевой продукции. Наряду с созданием продукции на основе лития важно развивать и новые способы получения литиевого сырья.

 


Источники: расчеты на основе системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель — ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта «Экспертно-аналитическое сопровождение деятельности по развитию высокотехнологичных направлений в 2024 г., включая подготовку ежегодного доклада (“белой книги”) о развитии отдельных высокотехнологичных направлений» тематического плана научно-исследовательских работ, предусмотренных Государственным заданием НИУ ВШЭ.

Материал подготовили Николай Марчук и Юлия Туровец


Данный материал ИСИЭЗ НИУ ВШЭ может быть воспроизведен (скопирован) или распространен в полном объеме только при получении предварительного согласия со стороны НИУ ВШЭ (обращаться issek@hse.ru). Допускается использование частей (фрагментов) материала при указании источника и активной ссылки на интернет-сайт ИСИЭЗ НИУ ВШЭ (issek.hse.ru), а также на авторов материала. Использование материала за пределами допустимых способов и с нарушением указанных условий приведет к нарушению авторских прав.

Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»: «Тренды мировой научно-технической политики в I квартале 2024 года»
См. также: «Топ-10 направлений применения редкоземельных металлов»