Λίθιο: Το στοιχείο που καίει

Θιβέτ, Αφγανιστάν, Βολιβία, Χιλή, Ζιμπάμπουε, Αργεντινή. Υπάρχει κάποιο κοινό «στοιχείο» που να τις κάνει ταυτόχρονα ενδιαφέρουσες για κάποιον που βρίσκεται πολύ μακριά από αυτές τις χώρες;

Θιβέτ, Αφγανιστάν, Βολιβία, Χιλή, Ζιμπάμπουε, Αργεντινή. Υπάρχει κάποιο κοινό «στοιχείο» που να τις κάνει ταυτόχρονα ενδιαφέρουσες για κάποιον που βρίσκεται πολύ μακριά από αυτές τις χώρες;

Σε Αργεντινή, Χιλή, Βολιβία αυτή την εποχή κάθε άλλο παρά ήσυχα περνούν οι ημέρες και οι νύχτες, ενώ το Θιβέτ ζει με συνθήκες αυστηρού ελέγχου από τον γίγαντα γείτονά του και οι κάτοικοι του Αφγανιστάν βλέπουν να περνούν διάφοροι από τη χώρα τους αλλά ηρεμία και ευημερία δεν καταφέρνουν να βρουν.

Οι κάτοικοι της Ζιμπάμπουε έχουν βγει και αυτοί στους δρόμους μόλις έμαθαν πως στη χώρα τους, μετά και τα 37 χρόνια σε καθεστώς Μουγκάμπε, πρέπει να ζουν στο εξής χωρίς υγειονομική περίθαλψη, ηλεκτρική ενέργεια και φαγητό!

Αν τώρα ρίξουμε μια ματιά σε έναν άλλο κατάλογο, βρίσκουμε να είναι στις πέντε πρώτες θέσεις παγκόσμια οι εξής χώρες: 1. Αυστραλία, 2. Χιλή, 3. Κίνα, 4. Αργεντινή, 5. Ζιμπάμπουε. Δηλαδή από τις πέντε οι τρεις ήταν και στην προηγούμενη ομάδα, δηλαδή των χωρών σε αναταραχή. Για ποιον λόγο βρέθηκαν μαζί στον κατάλογο αυτές οι πέντε; Η απάντηση έχει να κάνει με το ότι πρόκειται για τις κορυφαίες αυτή τη στιγμή χώρες σε παραγωγή λιθίου. Αλλά και το Θιβέτ λέγεται ότι έχει στο υπέδαφός του λίθιο, ενώ στη Βολιβία η κυβέρνηση του εξόριστου πλέον προέδρου Μοράλες είχε εθνικοποιήσει τις εταιρείες εξόρυξης του στοιχείου αυτού.

Στο Αφγανιστάν οι αμερικανοί γεωλόγοι που βρέθηκαν εκεί ως «σύμβουλοι» της αφγανικής κυβέρνησης είχαν ανακαλύψει ήδη από το 2007 μελέτες και χάρτες ρώσων ειδικών, θαμμένα στη σκόνη μιας βιβλιοθήκης αλλά με συγκλονιστικά στοιχεία. Που είχαν συγκεντρωθεί από το 1980, δηλαδή λίγο μετά την εισβολή του σοβιετικού στρατού, έως και το 1989, το έτος της αποχώρησής του. Σύμφωνα με αυτά θα μπορούσε να αναδειχθεί το Αφγανιστάν σε «Σαουδική Αραβία» των πλέον πολύτιμων ορυκτών υλικών. Μάλιστα, όταν έγιναν οι υπολογισμοί με τις τιμές του νέου αιώνα, η αξία τους βρέθηκε να φθάνει κοντά στο 1 τρισ. δολάρια και, όπως αναφέρθηκε, μεταξύ άλλων υπάρχει και εκεί λίθιο.

Μια Κυριακή στη Στοκχόλμη

Θα περάσουν υπέροχα όσοι παραβρεθούν και αυτή τη χρονιά στις τελετές της απονομής των βραβείων Νομπέλ που γίνονται στη σουηδική πρωτεύουσα, πάντα με τη φροντίδα της εκεί Ακαδημίας Επιστημών. Μακριά και από τις δυστοπικές τοποθεσίες στα διάφορα σημεία της Γης όπου παράγεται το λίθιο.

Την Κυριακή 8 Δεκεμβρίου το μεσημέρι, περίπου 1 η ώρα Ελλάδας, θα δώσουν την καθιερωμένη διάλεξή τους οι τρεις επιστήμονες που τιμήθηκαν το 2019 με το Νομπέλ για τη Χημεία. Είναι ο Βρετανός Στάνλεϊ Γουίτινγκχαμ, γεννημένος το 1941, ο Γερμανός Τζον Γκουντινάφ, γεννημένος το 1922, και ο Ιάπωνας Ακίρα Γιοσίνο, γεννημένος το 1948.

Και ο λόγος που τους απονέμεται το βραβείο αυτή τη χρονιά είναι η συμβολή τους στο να γίνουν προσιτές στον καθένα οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες λιθίου. Μια εφεύρεση που έχει αλλάξει τη ζωή σε ολόκληρο τον πλανήτη. Από τα πιο μικρά χωριά στην Αφρική μέχρι τις μεγαλουπόλεις σε Αμερική και Ασία. Μαζί με τη χρήση του λιθίου από τη φαρμακοβιομηχανία για ιατρικούς σκοπούς, κυρίως στη θεραπεία της διπολικής διαταραχής, αν και αυτό το κομμάτι ελάχιστο λίθιο απαιτεί για την παρασκευή των απαραίτητων χαπιών.

Τις προσπάθειες για την κατανάλωση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως ο άνεμος και ο ήλιος, βοήθησε αποφασιστικά η δυνατότητα κατασκευής των επαναφορτιζόμενων μπαταριών, διότι η ενέργεια μπορεί να συλλέγεται και να αποθηκεύεται οποτεδήποτε και να καταναλώνεται τη χρονική στιγμή που πρέπει. Και τώρα υπάρχουν πλέον σε όλα τα μεγέθη. Από τις μικροσκοπικές στα κινητά τηλέφωνα και τις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα έως εκείνες που μπορούν να υποστηρίζουν τοπικά ηλεκτρικά δίκτυα. Σε κλίμακες ενέργειας από κιλοβατώρες (kWh) έως και μεγαβατώρες (MWh).

Η μπαταρία για ένα από τα αυτοκίνητα της Tesla, το Model S, απαιτεί 63 κιλά ανθρακικού λιθίου, όσο δηλαδή και 10.000 μπαταρίες για κινητά τηλέφωνα. Αρα, κατά την Goldman Sachs, μόλις 1% αύξηση στην παραγωγή ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα αυξήσει τη ζήτηση σε λίθιο κατά 40% περίπου.

Η γεωπολιτική του λιθίου

Ενας από τους στρατηγικούς και εμπορικούς στόχους της Κίνας είναι να έχει την πρώτη θέση στην κατασκευή ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Στο 13ο πενταετές κινεζικό κρατικό πλάνο (2016-2020) οι μπαταρίες λιθίου έχουν προτεραιότητα. Γι’ αυτό και ο κινεζικός γίγαντας έχει βγει έξω από τα σύνορα της χώρας αναζητώντας εκτός από τα δικά της και άλλα σημεία εξόρυξης.

Δεν ήταν και δύσκολο να πάει λίγο πιο νότια, στην Αυστραλία, όπου το λίθιο εξορύσσεται σε στερεά μορφή από ορυχεία, κυρίως κοντά στο Περθ. Αυτή όμως η κινεζική διείσδυση έχει ανησυχήσει τους Αυστραλούς που προσπαθούν να δημιουργήσουν αντίβαρο σε αυτήν μπαίνοντας ως τέταρτο μέλος στη λεγόμενη τετραπλή (Quad) συμμαχία, μαζί με τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιαπωνία και την Ινδία.

Αυτό με τη σειρά του εξώθησε την Κίνα, αναζητώντας και άλλο λίθιο, να φθάσει έως τη Νότια Αμερική. Εκεί, στο πολύ γνωστό πεδίο του Salar de Uyuni στη Βολιβία, δημιούργησε ένα εργοστάσιο για την παραγωγή χλωρικού καλίου, που είναι χρήσιμο ως λίπασμα. Αλλά κάτω από το επιφανειακό στρώμα αυτού του υλικού υπάρχουν αποθέματα αλατιού που περιέχουν βέβαια και λίθιο.

Τον Φεβρουάριο του 2019 η κυβέρνηση του Μοράλες υπέγραψε μια άλλη συμφωνία. Πάλι με κινεζική εταιρεία, με το 51% να ανήκει στο κράτος και κόστος για τους Κινέζους 2,3 δισ. δολάρια. Και τώρα όλοι περιμένουν να δουν αν η νέα πρόεδρος ή έστω η νέα κυβέρνηση που θα προκύψει θα ακυρώσει τέτοιες συμφωνίες, κάτι που επιθυμούν πολύ οι Αμερικανοί. Και πάλι οι Αμερικανοί έχουν ανακατευθεί στις συμφωνίες Χιλής – Κίνας για το ίδιο θέμα και έχουν εκφράσει τη δυσαρέσκειά τους.

Η σκοτεινή πλευρά του στοιχείου

Και αυτό δεν είναι ανεξήγητο. Πέρα από τον εμπορικό ανταγωνισμό των δύο γιγάντων, με το λίθιο δεν φτιάχνεις μόνο επαναφορτιζόμενες μπαταρίες αλλά και ατομικά όπλα. Στη λεγόμενη υδρογονοβόμβα για να προκληθεί η σχάση του ουρανίου που θα οδηγήσει στην αλυσιδωτή αντίδραση των πυρήνων του ουρανίου με την παραγωγή καταστρεπτικής για τον εχθρό ενέργειας χρειάζεται να συμβεί πρώτα μια σύντηξη ελαφρών πυρήνων. Εκεί χρειάζεται το δυσεύρετο στη φύση τρίτιο, δηλαδή πυρήνας υδρογόνου με ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια. Αυτό εξοικονομείται με τη βοήθεια του λιθίου ύστερα από επεξεργασία σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Για να γίνει όμως αυτό, χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί το λίθιο-6, δηλαδή άτομα λιθίου που ο πυρήνας τους διαθέτει τρία πρωτόνια και τρία νετρόνια, ενώ το λίθιο-7 έχει τέσσερα νετρόνια. Αλλά το πρόβλημα για τους… κατασκευαστές είναι ότι το λίθιο-7 υπάρχει στη γη σε ποσοστό 92,5% και το λίθιο-6 σε ποσοστό μόνο 7,5%.

Αυτά όλα σημαίνουν και ότι υπάρχει η δυνατότητα κατασκευής πυρηνικών βλημάτων με τη βοήθεια του λιθίου, κάτι που το κάνει να μην έχει απλώς σημαντική εμπορική αξία αλλά να μπορεί να παίξει και έναν ρόλο ιδιαίτερου στρατηγικού ενδιαφέροντος.

Πώς φθάνει έως εμάς;

Παλαιότερα το λίθιο προέκυπτε από την εξόρυξη πετρωμάτων όπως είναι το σποδουμένιο, ο πεταλίτης και ο λεπιδόλιθος. Αυτό όμως αποδείχθηκε ότι κοστίζει περισσότερο από το να βγάλεις το λίθιο που βρίσκεται διαλυμένο σε υπόγεια αλατοφόρα πεδία (τα οποία βρίσκονται συνήθως κάτω από μεγάλες αποξηραμένες λίμνες σε μεγάλο υψόμετρο, όπως είναι η έρημος της Ατακάμα στη Χιλή), όπου νερό, αλάτι και διάφορα μέταλλα συνιστούν μια πολύτιμη άλμη. Την άλμη αυτή τη φέρνουν στην επιφάνεια με αντλίες και τη διοχετεύουν σε τεράστιες πολύ ρηχές στέρνες αφού απλώσουν στον πυθμένα ειδικές αδιάβροχες μεμβράνες. Εκεί η άλμη αυτή, αν δεν επέμβουν με χημικά μέσα, μπορεί να μείνει έως και δυόμισι-τρία χρόνια, ώσπου με την εξάτμιση να προκύψει η κατάλληλη συγκέντρωση στο διάλυμα που έχει συμπυκνωθεί αρκετά. Από εκεί, πάλι με τη βοήθεια αντλιών, το διάλυμα πρέπει να οδηγηθεί σε κοντινό εργοστάσιο, όπου σε γενικές γραμμές θα αντιδράσει με ανθρακικό νάτριο (σόδα δηλαδή) για να προκύψει με τη μορφή ιζήματος ανθρακικό λίθιο. Μετά την αποξήρανση μια λευκή σκόνη, το ανθρακικό λίθιο, είναι έτοιμη για συσκευασία και προώθηση στα εργοστάσια παραγωγής μπαταριών.

Το καθαρό λίθιο είναι ένα μέταλλο με ασημένιο χρώμα, που κόβεται με το μαχαίρι, επιπλέει στο νερό και πρέπει να καλυφθεί με παραφίνη για να μην οξειδωθεί.

Και όταν έρχεται το τέλος;

Καλύτερα όμως να επιστρέψουμε στις ειρηνικές χρήσεις του στοιχείου αυτού και στο τι θα γίνεται όταν θα έρχεται το τέλος τους. Διότι ακόμα και οι καλύτερες μπαταρίες ύστερα από πολλαπλές επαναφορτίσεις μάς… εγκαταλείπουν. Και ο πλανήτης ξέρουμε πως δεν αντέχει να φορτώνεται και με άλλο ένα δύσκολα αντιμετωπίσιμο «σκουπίδι». Μπορεί να μας φαίνεται πως είναι ένα τίποτα η μπαταριούλα από το κινητό τηλέφωνο, αλλά δεν είναι έτσι. Κάποιοι που έκαναν την πρόσθεση μας διαβεβαιώνουν ότι σε μόλις δέκα χρόνια 1,2 εκατομμύρια τόνοι μπαταριών λιθίου που θα έχουν φθάσει στο τέλος της διαδρομής τους θα πρέπει κάτι να γίνουν. Το 2030 θα πρέπει να υπάρχουν εγκαταστάσεις για να πάρουν πίσω 125.000 τόνους λιθίου, 35.000 τόνους κοβαλτίου, 86.000 τόνους νικελίου, 400.000 έως και 1 εκατομμύριο τόνους άλλων μετάλλων. Με σημερινές τιμές αυτό δίνει περίπου 5,5 δισ. ευρώ.

Ο καλός λογιστής βέβαια θα πρέπει να προσθέσει, ή καλύτερα να αφαιρέσει, από τον λογαριασμό τα έξοδα για την ανακύκλωση αυτή και να προσδιορίσει το τελικό ενεργειακό αποτύπωμα που αφήνει μια μπαταρία λιθίου. Διότι η ανάκτηση των υλικών γίνεται κατά κύριο λόγο με θέρμανση και πλύση με νερό. Στο βελγικό εργοστάσιο της ανακύκλωσης ισχυρίζονται ότι παίρνουν ένα μέρος της απαιτούμενης ενέργειας από όση ενέργεια έχει μείνει σε πολλές από τις μπαταρίες που έρχονται εκεί για να ανακυκλωθούν.

Σήμερα υπάρχουν πολύ λίγα σημεία στον πλανήτη όπου γίνεται ανακύκλωση των μπαταριών αυτών. Εκτός Κίνας, μια από τις πιο γνωστές εταιρείες βρίσκεται στο Βέλγιο και έχει ήδη πολλή δουλειά με δυνατότητα επεξεργασίας 7.000 τόνων το έτος (οι οποίοι αντιστοιχούν σε 250 εκατομμύρια μπαταρίες κινητών ή 2 εκατομμύρια μπαταρίες ηλεκτρικών δικύκλων ή 35.000 μπαταρίες ηλεκτροκίνητων οχημάτων).

Με θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες προκύπτει ένα ρευστό που περιέχει κοβάλτιο, νικέλιο, χαλκό, μια λάσπη που μπορεί να μετατραπεί σε υλικό για τις οικοδομές ή με περαιτέρω επεξεργασία να δώσει λίθιο, ενώ τα αέρια που προκύπτουν απαλλάσσονται από βλαβερές οργανικές ενώσεις προτού φύγουν στην ατμόσφαιρα.

Το λίθιο μπορεί να πάρει φωτιά και στα χέρια κάποιου που δεν ξέρει πώς να το χειριστεί. Κατ’ αναλογίαν αυτή τη στιγμή έχει ανεβάσει τη θερμοκρασία και σε αρκετά σημεία του πλανήτη και μπορεί να κάψει τα κράτη που δεν ξέρουν πώς να χειριστούν τα αποθέματα στο έδαφός τους.

Πώς λειτουργεί μια μπαταρία λιθίου

Η μεγάλη ανακάλυψη του Στάνλεϊ Γουίτινγκχαμ γύρω στο 1972 ήταν πως χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη το πανάλαφρο λίθιο για τον έναν πόλο της μπαταρίας, την άνοδο, σε ένωση όμως με κοβάλτιο και οξυγόνο (για να μη δρα απρόβλεπτα και «απείθαρχα»), εύκολα ηλεκτρόνια αποσπώνται από το λίθιο (ένα ηλεκτρόνιο από κάθε άτομο) και μετακινούνται προς την κάθοδο δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα. Πρόκειται για το τρίτο ηλεκτρόνιο, στη δεύτερη και κάπως πιο απομακρυσμένη στιβάδα του λιθίου που είναι πιο χαλαρά συνδεδεμένο με τον πυρήνα και «αποσπάται με ευκολία». Μια έκφραση που ισοδυναμεί με το ότι πρόκειται για πολύ δραστικό μέταλλο και πρέπει να προσέχει κάποιος πώς θα το χειριστεί, διότι με νερό ή άλλες ουσίες μπορεί να προκύψει έως και μια ανεπιθύμητη φλόγα.

Οταν φύγει το ένα ηλεκτρόνιο, το υπόλοιπο που λέγεται ιόν και είναι φορτισμένο θετικά κινείται έως την κάθοδο μέσω του ηλεκτρολύτη όταν έχουμε εκφόρτιση. Εκεί τα περιμένει ένα υλικό, το δισουλφίδιο του τιτανίου, με διαστρωμάτωση όπως αυτή του γλυκού μιλφέιγ, οπότε τα ιόντα μπορούν να εισχωρήσουν (εκεί που είναι η κρέμα, θα λέγαμε σχηματικά!) χωρίς να καταστραφούν. Αυτό επιτρέπει την επάνοδό τους στην άνοδο κατά τη διαδικασία της επαναφόρτισης.

Ο Τζον Γκουντινάφ ήταν ενήμερος για τα όσα συνέβαιναν με την μπαταρία του Γουίτινγκχαμ αλλά είχε και αυτός κάτι να συνεισφέρει λόγω των γνώσεών του σχετικά με τις ιδιότητες των διαφόρων υλικών. Μαζί με την ομάδα του επιδόθηκε στην αναζήτηση ενός υλικού που θα ήταν στη βάση του μεταλλικό οξείδιο και όχι σουλφίδιο. Ετσι το 1980 παρουσίαζε σε σχετική δημοσίευση μια βελτιωμένη έκδοση της μπαταρίας λιθίου, η οποία όμως είχε ανάμεσα στην κάθοδο και στην άνοδο διπλάσια διαφορά δυναμικού, δηλαδή τέσσερα βολτ αντί για δύο.

Τελικά ο Ιάπωνας Ακίρα Γιοσίνο χρησιμοποίησε στην άνοδο αντί για γραφίτη, όπως έκαναν έως τότε, ένα υλικό που περιέχει υψηλό ποσοστό  άνθρακα, αυξάνοντας την ασφάλεια των μπαταριών αυτών.

Δείτε επίσης
Science
Σίβυλλα
  • Ερμής… νέας εποχής Μια σταγόνα από τη ροζ Churchill σαμπάνια κύλισε στα χειροποίητα Berlutti παπούτσια του Φίφη Δελμούζου-Κασσανδρή. Ο μεγαλοβιομήχανος, χρυσός κληρονόμος,... ΣΙΒΥΛΛΑ
Helios Kiosk