li fakta om rÅstoffermima.geus.dk/wp-content/uploads/mima-faktablad_råst... · 2017. 9. 15. ·...
TRANSCRIPT
Batterityper og anvendelseBatterier anvendes til et utal af formål, fx lommelygter,håndværktøj, smartphones, høreapparater, power tools,transportmidler eller som back-up-strømforsyning påeksempelvis hospitaler. Hvert af disse formål stiller for-skellige krav til batteriets egenskaber, fx energitæthed(Wh/kg), effekt (W/kg), hvor længe apparatet skal kunneholde strøm, når det ikke bruges, strømstyrke indtil aflad-ning, ladetid, pris i forhold til ydelse (kr./Wh), størrelse ogbatteriets sikkerhed. Derfor fremstilles der mange forskel-lige batterityper, som i varierende grad op fylder disse krav.Tre hoved typer dominerer markedet: blybatterier, lithium-ion-batterier og alkali-batterier. Men udviklingen af nyebatterityper går hurtigt, og om nogle år vil der sikkertvære nye typer med andre egen skaber på markedet.
De forskellige typer af batterier anvender forskelligetyper af råstoffer og opnår dermed forskellige fysiske ogkemiske egenskaber:
Lithium-ion-batterier har en høj energitæthed, kort lade-tid og kan holde til mange genopladninger. Derfor anven-des de især i mindre elektroniske apparater (laptops, tab-lets, smartphones, kameraer, el-værktøj etc.). Disse bat-terityper har dog i stigende omfang vundet indpas i el-biler, og netop denne anvendelse forventes snart at blivedet største markedsområde for lithium-ion-batterier.
Blybatterier har lav energitæthed, høj effekt (W/kg), også er de billige. De anvendes mest som startbatteri tilbiler og som back-up strømforsyning til hospitaler ogandre vigtige anlæg, fordi vægt og størrelse ikke erafgørende til disse funktionsområder.
Rå
st
of
fe
r
ti
l
ba
tt
er
ie
rF
ak
ta
bla
d n
r.
13
, A
ug
us
t 2
01
7
FA
KT
A O
M R
ÅS
TO
FF
ER
VIDENCENTERFOR MINERALSKE
RÅSTOFFER OGMATERIALER
MiMa
Batterier giver energi til et utal af elektriske apparater og systemer, fra små høreapparater og mobil-telefoner til store elektriske apparater som startbatteriet i bilen og backupsystemer på hospitaler ogtelecentre. I de senere år er det især udviklingen af lithium-ion-batterier, der bl.a. bruges i el-biler ogel-cykler, som har øget anvendelsen af batterier. Tendensen til øget forbrug af batterier forventesfortsat at stige de kommende 20 år. Batteriernes funktion er den samme, som da de blev opfundetfor 150 år siden – at opbevare energi – men råstofferne til fremstilling af batterier har ændret sig itakt med, at nye batterityper er blevet udviklet. Stigende efterspørgsel på batterier giver øget for-brug af de råstoffer som indgår i fremstillingen af dem, herunder især bly, kobolt, lithium og grafit.For at dække råstofefterspørgslen til det hurtigt voksende batterimarked er det nødvendigt at åbnenye miner, øge genanvendelsen og etablere nye forsyningskæder.
Råstoffer til batterier
7
N14.007
ogennitr6
12.011
Cboncar
5
10.811
Bonbor
15
30.974
Pphosphorus
14
28.086
Sionsilic
13
26.982
Alaluminium
33
74.922
Asarsenic
32
72.64
Gemaniumger
31
69.723
Gagallium
30
65.38
Znzinc
29
63.546
Cuopperc
28
58.693
Ninickel
27
58.933
Coobaltc
26
55.845
Feonir
25
54.938
Mnmanganese
24
51.996
Cromiumchr
23
50.942
Vanadiumv
22
47.867
Tititanium
21
44.956
Scscandium
20
40.078
Cacalcium
19
39.098
Kpotassium
12
24.305
Mgnesiummag
11
22.990
Nasodium
4
9.0122
Beylliumber
3
6.941
Lilithium
1
1.0079
Hogendryh
51
121.76
Sbytimonan
50
118.71
Sntin
49
114.82
Inindium
48
112.41
Cdcadmium
47
107.87
Agersilv
46
106.42
Pdpalladium
45
102.91
Rhhodiumr
44
101.07
Ruruthenium
43
[98]
Tcechnetiumt
42
95.96
Momolybdenum
41
92.906
Nbniobium
40
91.224
Zroniumczir
39
88.906
Yiumyttr
38
87.62
Srtiumonstr
37
85.468
Rbrubidium
83
208.98
Bibismuth
82
207.2
Pblead
66
162.50
Dyosiumsprdy
65
158.93
Tbbiumert
64
157.25
Gdgadolinium
63
151.96
Euopiumeur
62
150.36
Smiumsamar
61
[145]
Pmomethiumpr
60
144.24
Ndneodymium
59
140.91
Praseodymiumpr
58
140.12
Ceiumerc
57
138.91
Lathanumlan
56
137.33
Baiumbar
55
132.91
Cscaesium
111
[272]
Rggeniumtoenr
110
[271]
Dsmstadtiumdar
109
[268]
Mtiummeitner
108
[277]
Hshassium
107
[264]
Bhiumbohr
106
[266]
Sgiumgseabor
105
[262]
Dbdubnium
104
[261]
Rfdiumorfruther
88
[226]
Raadiumr
87
[223]
Franciumfr
68
167.26
Erbiumer
67
164.93
Hoholmium
81
204.38
Tlthallium
80
200.59
Hgycurmer
79
196.97
Augold
78
195.08
Pttinumpla
77
192.22
Iridiumir
76
190.23
Ososmium
75
186.21
Reheniumr
74
183.84
Wentungst
73
180.95
Tatalumtan
72
178.49
Hfhafnium
97
[247]
Bkkeliumber
100
[257]
Fmmiumerf
99
[252]
Eseiniumeinst
98
[251]
Cfniumorcalif
96
[247]
Cmiumcur
95
[243]
Amiciumamer
94
[244]
Puoniumplut
93
[237]
Npneptunium
92
238.03
Uaniumur
91
231.04
Patiniumotacpr
90
232.04
Thiumthor
89
[227]
Actiniumac
2
4.0026
Hehelium
10
20.180
Neneon
9
18.998
Finefluor
8
15.999
Ogenyxo
18
39.948
Argonar
17
35.453
Clinechlor
16
32.065
Ssulfur
36
83.798
Kronyptrk
35
79.904
Brominebr
34
78.96
Seselenium
54
131.29
Xeenonx
53
126.90
Iiodine
52
127.60
Teiumellurt
86
[222]
Rnadonr
85
[210]
Attineasta
84
[209]
Popolonium
71
174.97
Luetiumlut
70
173.05
Ybbiumerytt
69
168.93
Tmthulium
103
[262]
Lrenciumwrla
102
[259]
Nonobelium
101
[258]
Mdmendelevium
6
12,010
CCarbon
Alkaline 15%i små produkter
Andre 7%
Ikke-genopladelige batterier
Lithium-ion 37% heraf udgørforbrugerelektronik 22%elkøretøjer 20%mobiltelefoner 19%bærbare computere 19%industri, ESS, stationære 12%powertools 4%el-cykler 4%
Zink-kulstof 6%i små produkter
Nikkel-cadmium 2%i små produkter
Bly-syre 33% heraf udgørstartere i køretøjer 61%backup i teleindustri 16%backup i datacentraler 11%backup i forsyninger 2%backup i hospitaler 2%backup i sikkerhedssystemer 2%backup for TV-medier 2%backup i olie og gasindustri 2%anden backup 2%
Batterimarkedet i 2015 i forhold til omsæt-ning. Estimat baseret på Battery University,Frost & Sullivan,Wikipedia, batterypower -online.com, investorintel.com, AvicenneEnergy. Fotos: Shutterstock.
82
207,200
PbLead
27
58,933
CoCobalt
3
6,941
LiLithium
MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 1
2
Alkali-batterier og de øvrige ikke-genop -ladelige batterier kombinerer høj effektmed, at de er små og billige. De bruges derfor især til håndværktøj, husholdnings-apparater, ure, digitalkameraer, radioer,legetøj, brandalarmer, høreapparater og lignende.
Forskellige batterier – forskellige råstofferDet er som nævnt råstofferne, der er medtil at give batterierne deres forskelligeegenskaber. Især følgende syv råstoffer harværet vigtige for batterier: bly, kobolt, lithi-um, grafit, nikkel, mangan og cadmium;men cadmium er under udfasning, da ænd-rede teknologier har gjort det muligt atudfase dette miljøskadelige grundstof.
Bly. Det meste bly brydes som biprodukt ienten zink- eller kobberminer. Efter bryd-ningen separeres blymineralet typisk fra deøvrige mineraler i malmen, hvorefter etblymineral-koncentrat sendes fra minen tilet smelteværk og derfra til raffinaderier,hvor de forskellige halvfabrikata blypro-dukter fremstilles. De velbestemte geologi-ske bly-reserver indeholder ca. 89 mio. tonbly, hvoraf hovedparten findes i Australien(ca. 35 mio. ton) og i Kina (ca. 16 mio. ton).Herudover skønner geologerne, at der kanvære yderligere ca. 2 mia. ton af ukendtkvalitet i en lang række lande.
Verdensproduktionen af bly fra minerne vari 2016 på 4,7 mio. ton. Kina er langt denstørste producent (49%), efterfulgt afAustralien (13%), USA (8%) og Peru (6%).Der har været et lille fald i denne primæreproduktion af bly i de sidste 5 år, men tilgengæld har fremstillingen af metallet blyværet svagt stigende, og udgjorde i 2016 ca.11,1 mio. ton, som helt svarede til efterspørg-slen. Det store underskud mellem primær-produktionen og metalproduktion dækkesaf en meget stor genanvendelse af bly.
Omkring 80% af blyproduktionen brugestil batterier; resten bruges i fremstilling afbl.a. plader og rør (6%), pigmenter til denkemiske industri og maling (ca. 5%). Kinahar øget sin import af blykoncentrat fra ca.0,4 mio. ton i 2001 til 1,5 mio. ton i 2016 forat dække landets behov for bly-metal tilbatterier.
Det er vanskeligt at regulere primærproduk-tionen af bly, da det meste produceres sombiprodukt, og er derfor underlagt konjunk -
Rå
st
of
fe
r
ti
l
ba
tt
er
ie
r Oversigt over forbruget af nogle vigtige råstoffer til bat-terier, med angivelse af hvor mange ton der bruges, oghvor meget batteriproduktionen udgør af råstofferne(%); desuden viser tabellen metalværdien (mia. kr.) af de råstoffer, der bruges til fremstil ling af batterier.
*I forhold til den globale anvendelse af råstoffet.
450 000
400 000
350 000
300 000
250 000
200 000
150 000
100 000
50 000
0
1990
2000
2010
2012
2013
2014
2015
ØvrigeLithium-ionNikkel-metal-hydridNikkel-cadmiumBly
Batterityper
År
Mio
. Wh
Udviklingen af fire almindeligt anvendte batterityper, vurderet i forhold til typernes samlede kapacitet.Kilde: Avicenne Energy.
Nøgletal (2015)
Bly
Mangan
Kobolt
Lithium
Grafit
Nikkel
Cadmium
80%
0,5%
42%35%
25%
2%
86%
8.500
130
72
58
95
55
22
85 mia. kr.
3 mia. kr.
10 mia. kr.
5 mia. kr.
4 mia. kr.
3 mia. kr.
0,2 mia. kr.
Råstof Anvendt ibatterier*
Mængde[1000 ton]
Metalværdi
Bly
Alkali (Zn- Mn)
12 2,3
59
17 17 22
11
1
21
22
% Ni % Co % Al
Indhold af udvalgte grundstoffer i tre meget anvendte batterityper
% Li % C* % Pb % Fe % Zn % Mn % Cu
1,9
1,4
17
16
13
14(LMO- grafit)
(NCA- grafit)Li- ion
Fyldstoffer og emballage er ikke medtaget i tabellen. (NCA: Ni, Co, Al) (LMO: Li, Mn, Oxid).
*C her i form af grafit.
MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 2
turerne for hovedprodukterne. De store oggeografisk spredte reserver og den højegrad af genanvendelse betyder, at bly ikkebetragtes som kritisk. Men bly er sundheds-skadeligt, og EU Kommissionen diskuterermuligheden for at forbyde produkter medet indhold af bly over en vis mængde.
Kobolt fremstilles næsten kun som bipro-dukt ved brydning af kobber- og nikkel-malm; derfor er det vanskeligt at tilpasseden stigende efterspørgsel på kobolt.Koboltholdige kobberforekomster findesisær i DR Congo og Zambia, mens kobolt-holdige nikkelforekomster især findes inikkel-laterit-forekomster i Australien, NyKaledonien og på Cuba, samt i magmati-ske nikkelforekomster i Canada, Austra-lien, Rusland og USA. De velbestemtekoboltreserver udgør 7,1 mio. ton, mens deskønnede ressourcer er på omkring 25 mio.ton, samt ca. 120 mio. ton i manganknoldei oceanerne.
I 2015 producerede minerne ca. 124.000ton rå-kobolt; DR Congo er den domine-rende producent (51%), fulgt af Kina (6%),Australien, Canada og Rusland med hver5% og Zambia (4%). Kobolt anvendes tilmange formål (batterier, special-stållege-ringer, magneter, kemikalier), og omkring42% af produktionen af kobolt bruges tilbatterier. Denne andel forventes at voksetil næsten 50% i 2020. Det vil være enudfordring for minerne og raffinaderierne,som fremstiller de kvaliteter, der skal bru-ges til batterierne, at følge med en sådanstigning i efterspørgsel, og batteriindustri-en vil derfor være i yderligere konkurrencemed andre industrier om den mængdekobolt der fremstilles. Der sker dog enbetydelig genanvendelse af kobolt. EU-Kommissionen betragter allerede nukobolt som et kritisk råstof, hvilket især eren følge af den politiske ustabilitet i DRCongo og Kinas dominerende rolle i forsy-ningskæden.
Lithium udvindes både fra lithium-rigesaltsøer (brines) i fx Chile og Argentina ogfra lithiumholdige bjergarter i fx USA ogAustralien; de hyppigste lithiummineralerer spodumene og lepidolit. Samlet blev deri 2015 produceret ca. 32.500 ton lithiumheraf 41% i Australien, 36% i Chile, 12% iArgentina og 7% i Kina. I disse produktio-ner er lithium det vigtigste produkt. Beggeproduktionstyper fremstiller typisk lithium-
karbonat med en renhed på 99,9% lithium,som er kravet hvis råstoffet skal bruges tilproduktion af Li-ion-batterier.
Der findes lithium-forekomster i mangelande, og der er 14 mio. ton velbestemtereserver, hvoraf hovedparten ligger i Chile(54%), Kina (23%), Argentina (14%) ogAustralien (11%). Hertil kommer yderligereca. 40 mio. ton mindre velbestemte res-sourcer, af hvilke halvdelen befinder sig iChile, Bolivia og Argentina.
I 2015 blev der produceret ca. 201.000 tonlithiumkarbonat, af hvilke ca. 39% blevbrugt til batterier, 24% i glas, 12% smøre-midler og resten i kølesystemer, medicin,legeringer og polymerer. Efterspørgslen pålithiumkarbonat er vokset mere end 10%om året i de sidste fem år. Det er især bat-terifremstilling til elbilmarkedet, der er detstore vækstområde for lithium, hvorefterspørgslen forventes at stige til ca.130.000 ton i 2020; desuden har en rækkefabrikanter planer om også at udvikle bat-terisystemer til familieboliger, som vil for-stærke efterspørgslen yderligere. For atafhjælpe den forventede efterspørgsel,arbejdes der på at udvikle billige og mereeffektive systemer til at genanvende Li-batterier.
Kina er en stor importør af lithiumkarbonatog må forventes at dominere markedet i dekommende år. EU-kommissionen anserikke lithium som et kritisk råstof for EU.
Grafit er et mineral, som kun består afkulstof (C). Der skelnes mellem typerne’amorf grafit’ og flagegrafit; i nogle minerfindes begge typer, i andre kun den ene.En betydelig del af forarbejdningen af gra-fitprodukter foretages i minerne, hvor derfremstilles forskellige produkter, somskræddersys til bestemte forbrugsområder. Grafitbrydning domineres af Kina, Indienog Brasilien, som står for henholdsvis 66%,14% og 7% af de ca. 1,2 mio. ton flage- ogamorf grafit, der blev brudt i 2015.Herudover findes der mindre produktioneri bl.a. Tyrkiet, Canada og Norge. De globalegrafitreserver udgjorde i 2015 ca. 230 mio.ton, hvoraf Tyrkiet, Canada og Kina råderover respektive 39%, 31% og 24%.Herudover udgør den mindre velbestemteressource ca. 800 mio. ton.
Grafit anvendes til mange forskellige for-mål, og batterisektoren aftager ca. 24%, ild-faste materialer (ca. 35%), smøremidler(10%) og støberier (7%); hvert anvendelses-område har deres særlige krav. Til fremstil-ling af batterier bruges overvejende flage-grafit, og materialet behandles af virksom-heder, der er specialiseret i fremstilling afprodukter til batterier. Kina dominerer i for-hold til specialbehandling (spheritisation/pelletisering), og Japan spiller en domine-rende rolle i de næste trin (coatningspro-cessen) i forsyningskæden for grafitproduk-ter til batterier. I 2015 blev der brugt ca.125.000 tons grafit, inklusiv ca. 25% synte-tisk grafit. Syntetisk grafit er et konkurre-rende produkt til naturlig grafit, selvom dethar lidt dårligere ledningsevne. Som følge
3
Rå
st
of
fe
r
ti
l
ba
tt
er
ie
r
Udvinding af lithiumholdige brines fra saltsø i Bolivia. Kilde: Yonhap News Agency.
MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 3
af landekoncentrationen af primærprodu-centerne, og på grund af Kinas domineren-de rolle i brydningen af flagegrafit ansesgrafit som et kritisk råstof i EU. Det anta-ges, at den forventede øgede genanvendel-se ikke vil være tilstrækkeligt til at dækkedet voksende behov.
Råstoffer til batterier er forudsætningenfor omstilling til ”grøn” elektricitetBatterier vinder indpas på flere og flereområder, og batteriteknologien udvikler sigmeget hurtigt. Dette skyldes bl.a., at enrække lande har truffet politiske målsæt-ninger om udfasning af benzin- og diesel-drevne transportmidler indenfor få årtier,hvilket giver særlig stor efterspørgsel påbatteriråstofferne kobolt, lithium og grafit.
Omstillingen til det batteridrevne samfund,baseret på vedvarende energikilder, forud-sætter, at batteriproducenterne kan frem-skaffe de nødvendige råstoffer i de rigtigemængder, kvaliteter og priser.Fremstillingen af batterier er koncentreret iAsien og særligt i Kina. Kina bryder hoved-parten af verdens grafit, men de størstemængder af lithium og kobolt udvindesuden for Asien, og Kina skal derfor impor-tere disse to råstoffer.
Kilder og videre læsning
Battery Materials Value Chains:http://www.beg.utexas.edu/energyecon/thinkcorner/CEE_Research_Note-Battery_Materials_Value_Chain-Apr16.pdf
Battery University: http://batteryuniversity.com/
International Lead and Zinc Study Group:http://www.ilzsg.org/static/statistics.aspx?from=1)
Cobalt Development Institute:http://www.thecdi.com/
Lithium production: SDGS MineralCommodity Summaries 2016 (https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2016-lithi.pdf)
Graphite production and further processing:http://www.carbonandgraphite.org/pdf/graphite_production.pdf
VIDENCENTERFOR MINERALSKE
RÅSTOFFER OGMATERIALER
MiMa
KontaktPer Kalvig, centerlederTelefon: 91 33 38 [email protected]
Rune J. Clausen, civilingeniø[email protected]
ISSN: 2246-7246
Videncenter for Mineralske Råstoffer og Materialer
De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og GrønlandØster Voldgade 101350 København K, Danmark
Internet: mima.geus.dk
Rå
st
of
fe
r
ti
l
ba
tt
er
ie
r Minedrift Processering/råmaterialer
Batterifremstilling(celler, elektroder, pakning)
USA
USA
Argentina
Kina Kina
Japan
Sydkorea
Japan
Sydkorea
England
Tyskland
Frankrig
Chile
Australien
Tyskland
Frankrig
DR Congo
Kina
Norge
Sydkorea
Japan
Japan
Australien
DR Congo
KinaKina
Finland
Belgien
Australien
Canada Canada
Zambia Zambia
Phillipinerne
USA
29
63.546
LiLithium
13
26.982
CoKobolt
Oversigt over forsyningskæderne for koboltog lithium, som er vigtige råstoffer i lithium-ion-batterier. Kina og DR Congo dominererforsyningskæden for kobolt; forsyningskædenfor lithium er mere diversificeret. Figur baseret på ERT (2013).
MiMa faktablad_Råstoffer til batterier.qxp_Råstoffer til batterier 15/09/17 15.21 Side 4