リチウム: EV 革命を強化するホワイトゴールド

Jan 16, 2024

「ホワイトゴールド」とも呼ばれるリチウムは、今日かつてないほど需要が高まっています。この柔らかい銀色の金属により、電気自動車 (EV) のバッテリーはより多くのエネルギーを蓄え、寿命が長くなります。

この記事を読んでいるあなたが現在使用しているデバイスは、おそらくリチウムイオン電池を搭載しているでしょう。 また、電気自動車を運転している場合は、このバッテリーからも電力が供給されます。

EVおよびエネルギー貯蔵セクターの成長が続く中、バッテリーグレードのリチウムの需要は今後数年間で急激に増加すると予想されます。 リチウムイオン電池は、低炭素世界経済への移行に不可欠な要素です。

また、EVが世界の自動車総販売台数の10％を占めるため、電池メーカーはより多くのリチウムを調達するのに苦労している。

では、リチウムは実際にどのようにして地球から EV に運ばれ、このバッテリーは実際にどのように機能するのでしょうか? この記事でわかります。

この金属がどのように抽出され、電気機器やEVに電力を供給するためにどのように機能するかを説明します。 さらに、リチウム市場に関する重要な事実や数字、そしてそれがどれほど強気になる可能性があるかも学びます。

しかし、まずは金属元素自体から始めて、基本に立ち入ってみましょう。

リチウム (Li) はすべての金属の中で最も軽く、特にアルカリ金属と呼ばれる元素のグループに属します。 反応性が高いか、常に電子を放出しようとします。 また、密度が最も低く、小さなスペースに多くのエネルギーを蓄えることができるため、電池の製造に最適です。

柔らかく銀白色の外観から「ホワイトゴールド」と呼ばれるリチウムは、EVだけでなくラップトップや携帯電話などの他の多くのデバイスの充電式バッテリーの製造に使用される重要な金属です。

EV自動車メーカーは、軽量ですぐに充電できるリチウムイオン電池を好みます。

バッテリーやEVに使用されるリチウムには、炭酸リチウムと水酸化リチウムの2種類があります。

炭酸リチウムは幅広い産業用途に使用されています。 EV バッテリーの製造とは別に、炭酸リチウムは床処理材、セメント緻密剤、接着剤、合金の製造にも役立ちます。 この化合物は、世界保健機関によって双極性障害の治療に必須の薬としてリストされています。

炭酸リチウムは水酸化リチウムに変換することもでき、より高性能で寿命の長い EV バッテリーの製造に適しています。

世界最大のアルカリ金属製造業者の中には両方の種類のリチウムを製造しているところもありますが、小規模なアルカリ金属製造業者は 1 種類のみの製造に注力しています。 では、彼らはどのようにしてこの金属を抽出し、電気自動車に電力を供給できるようにするのでしょうか?

現在、地球からリチウムを抽出するには 2 つの主な方法があります。

米国では、この物質は水の多い塩辛い塩水、またはいわゆる「サラ」から採掘されます。

これまでのところ、国内にリチウム鉱山は 1 つだけあり、上に示したネバダ州のシルバー ピークで発見されています。 しかし、金属の需要が急増すれば、すぐにさらに多くの精製プラントが建設されるだろう。

実際、テスラはテキサス州にある北米初の新しいリチウム精製所の建設現場で着工した。 大手EVメーカーが完成させるには約10億ドルの費用がかかる。

今日の商用リチウム生産の大部分は、サラ金からリチウムを抽出する供給業者からのものです。 この採掘のほとんどは、アルゼンチン、チリ、ボリビアが交わるアンデス山脈の高地、リチウム・トライアングルで行われています。

地下からの塩水はポンプで地表に汲み上げられ、一連の蒸発池に送られます。 最長 2 年またはそれ以前の期間、水は蒸発し、塩水の組成が変化します。 これにより、プールの色も明るい青色に変わります。

次に、石灰と炭酸ナトリウムのスラリーを塩水に加えて、不純物やその他の不要な元素を除去します。 リチウム濃度が十分に高くなると、塩水は金属の濾過のために回収施設にポンプで送られます。

塩水が乾くと白い粉が残るので、さらに精製する必要があります。 粉末が最終的な化学変化を経た後、電池で使用できる固体の金属になります。

まとめると、Li ブライン抽出中に必要な主な手順は次のとおりです。

ホワイトゴールドを生産する別の方法は、鉱石または硬岩の採掘です。

硬い岩石には塩水よりも多くのリチウムが含まれています。 しかし、このプロセスには元素を掘り出すための重機が必要で、非常に騒音がかかります。

ノースカロライナ州のキングス マウンテンには、岩石中に最高級のリチウム鉱床がいくつかあります。 かつては世界のリチウムのほとんどを供給していました。 しかし、国内の他の地域で塩水からリチウムを入手する方が安価になったため、この計画は中止された。

リチウムを含む多くの鉱石の中で、スポジュメンは主に商業生産に使用されています。

鉱石を掘り出した後、粉砕し、高温（2012°Fまたは1100°C）でローストします。 その後、冷却し、粉砕し、硫酸を用いて 250°C の低温で再度焙煎します。 これは酸浸出として知られており、酸中の水素がリチウムイオンと置換されてリチウムが生成されます。

テスラによると、テキサス製油所で革新的な無酸リチウム処理を使用する予定だという。 このプロセスでは、危険性の低い試薬が使用され、砂や石灰石などの使用可能な副産物が生成されます。

塩水ベースの方法と同様に、スポジュメンから不要なマグネシウムを除去するために石灰が使用されます。 次に、濾過した溶液から炭酸リチウムを製造するためにソーダ灰も使用されます。

オーストラリアは鉱石からの世界のリチウム生産の大部分を占めています。 ブラジル、ポルトガル、アフリカ、中国では小規模な鉱石採掘事業が行われています。

業界の推計では、2025年までに北米とフィンランドでも追加の鉱山が稼働する予定であることが示されています。これにより、成長するリチウムイオンEV電池生産市場への供給がさらに増えることになります。

では、EV 用リチウム電池はデバイスや自動車に電力を供給する際にどのように正確に機能するのでしょうか?

電池は、金属シート、箔、フィルムを積み重ねたコンパクトなサンドイッチです。 このサンドイッチ内にリチウムを配置すると、電気が発生します。

各バッテリーはリチウムイオン電池が高密度に集合したもので、通常は円筒形または袋状になっています。 すべてのセルには、カソードと呼ばれる正極とアノードとして知られる負極が含まれています。

カソードにはニッケル、マンガンなどの金属酸化物が含まれることが多く、コバルトが一般的に選択されます。 そこにリチウム原子が存在します。 アノードは一般にグラファイトでできており、アノード間にリチウムを挿入または挿入できます。

カソードとアノードの間には、電解質と呼ばれる液体溶液があります。 リチウムイオンが2つの電極間を移動できるようにするものです。 言い換えれば、電池は基本的にリチウムイオンと電子を行き来させることで動作します。

安全のためにサンドイッチの中央には多孔質のセパレーターもあります。 正極と負極が直接接触するのを防ぎます。

充電サイクル中、導入された電流により、カソード内のリチウム原子から電子が分離されます。 リチウムイオンは電解質を通ってアノードに流れ、電子と再び結合します。 その間、電子は外部回路を移動してアノードに向かいます。

放電サイクル中、プロセスは単純に逆になります。 アノード内のリチウム原子は、イオンが電解質を通過するときに再び電子から分離します。 その間、電子は外部回路を流れ、車のモーターやその他の電子機器に電力を供給します。

このプロセスは何度も繰り返すことができ、リチウムイオン電池が EV に最適である理由が説明されています。 バッテリーの充電容量は時間の経過とともに低下しますが、10 ～ 20 年持続します。

これらの EV バッテリーは、車の床のような狭いスペースでも大量のエネルギーを蓄えることができます。 電気自動車は数百マイル、約100〜300マイル、または300km〜500km走行できます。 これは、1 回の充電サイクルで走行できる十分な長さです。

しかし、もう 1 つの疑問が残ります。電池用のリチウム生産は、EV 革命の夢を実現するのに十分持続可能でしょうか? それでは、市場とその将来がどれほど明るいかを覗いてみましょう。

市場予測によると、EVが埋め合わせるだろう50%2030 年までに米国での新車乗用車販売の割合。

注目すべきことに、現在使用されているEV用バッテリーの基礎を築いたノーベル賞受賞者のM・スタンリー・ウィッティンガム氏は、かつて重要な金属が長期的には重要であり続けると指摘した。 同氏は具体的に「今後10～20年はリチウムになるだろう」と述べた。

実際、リチウム市場は急速に変化しています。 リチウム電池の価格は次のとおりです。40% EVの生産コストの一部。 テスラ、フォード、BYD などの EV メーカーが、より優れたコスト効率の高い選択肢を探し求めているのも不思議ではありません。

S&P Globalによると、2023年第1四半期の米国のリチウムイオン電池輸入量はほぼ前年同期比で急増した。66%前年から驚異的な水準に達し、235,386メートルトン。

さらに投資家がリチウムに対して強気になるのは、次の 4 つの点です。

ほとんどが富裕国で構成されている国際エネルギー機関 (IEA) は、2050 年までにネットゼロになることを約束しています。ネットゼロとは、排出される炭素量と、同量の炭素が除去または削減されてバランスがとれることを意味します。

炭素排出削減を目指して、一部の国では化石燃料で動く新しい車両の販売を禁止しています。 正式にはICE（内燃機関車）と呼ばれます。

例えば、韓国とノルウェーは最も早い2025年に禁止を開始する予定である。英国、日本、インド、オランダなどの他の国々は2030年に禁止を開始する予定である。その他のカナダや中国は、さらに10年後にICE禁止を施行する予定である。 2040年。

興味深いことに、米国は EV が20%2030 年までに新車販売の

政府の禁止計画を受けて、自動車メーカーは2040年までにICE自動車の販売を段階的に廃止し始めている。その中にはGM、メルセデス、フォード、BYDなどの巨大自動車メーカーも含まれる。

この目標を達成するには、自動車会社は膨大な費用を費やす必要があります。5,100億ドル以上 EVとそのバッテリーの製造について。 この 10 年の終わりまでに、その金額の約 1/3 が EV バッテリーの製造とその部品の購入に費やされることになります。

さらに注目すべきことは、ドイツの自動車メーカー、フォルクスワーゲンが、1,100億ドル EVとバッテリー（ヨーロッパの自動車メーカー全体の約半数が約束）。 それは明らかに、今後10年間で数百万台のEVを販売するという欧州自動車メーカーの目標のためだ。

EV購入者をさらに引き付けるために、富裕国はさらに多くのインセンティブを与えている。 たとえば、EV 所有者は特定の税金が免除され、環境に配慮したエネルギーのリベートを獲得することもできます。

そのため、新型コロナウイルス感染症のパンデミックのピーク時であっても、EVの販売は依然として増加しており、それがリチウムの需要も増加させている。 電気自動車政策を導入している国は、記録を更新するほど多くのEVの販売を行っている国です。 これらの国とは、中国、英国、米国、ドイツ、ノルウェー、フランス、ニュージーランドです。

これは、バイデン政権がインフレ抑制法に署名した米国で特に当てはまります。 の1兆ドル歴史的な法律は、低炭素経済を促進するセクターと取り組みをサポートします。 同法に基づき、電気自動車メーカーはEVの製造、新しい施設の建設、EV用バッテリーの製造に対して税額控除を受けることができる。

法律では以下のことも規定されています220億ドル新規および既存のEV施設に対する融資補助金において。 公共交通機関や政府の車両もカバーしており、30億ドル以上ゼロ・エミッション車（ZEV）を購入する。 これらすべての数字は、もちろん特にリチウムを含む、より多くの原材料が必要であることを意味します。

ブルームバーグNEFによると、世界のリチウム電池生産能力は増加し、2025年には1,760GWh以上に達すると予想されています。そして、中国が依然として63%のシェアで市場を支配しており、欧州(15%)、米国(9%)がそれに続きます。

世界のリチウム電池生産量、2020 年と 2025 年の比較

中国はまた、リチウムイオン電池の製造に不可欠な世界のアノードとカソードのほとんどを生産している。 そしてIEAは、2030年まで世界のEV用バッテリー生産能力のほとんどは依然として中国製になると予測している。

さらに、EV用バッテリー市場の半分以上を中国企業が占めている。 特に中国現代アンペレックス技術有限公司 (CATL) は世界最大のリチウムイオン電池メーカーです。 同社は、テスラ、BMW、プジョー、フォルクスワーゲンなどの大手EVメーカーにリチウムイオン電池を供給しています。

Visual Capitalist が代表を務めるブルームバーグのデータによると、2022 年の EV バッテリー メーカーのトップ 10 は次のとおりです。

米国、欧州、韓国では政府の支援が急増しているが、中国は今後もEV用リチウムイオン電池市場のリーダーであり続けるだろう。

これまでのところ、リチウム最大手のアルベマールは、ホワイトゴールドの需要が供給を上回り、2025年の約200万トンから2030年には約400万トンに増加するとみている。鉱山大手は投資計画を明らかにした。13億ドル昨年3月、サウスカロライナ州のリチウム加工施設で。

ネバダ州にある同社のシルバーピークサイトは現在、米国でリチウム鉱山を運営している唯一のサイトである。 周りに供給します6,000トン1 年間の炭酸リチウムのみを占める1%世界の炭酸リチウム供給量の合計。

米国地質調査所は、米国が75万トン2021 年に回収可能なリチウムの量。新しいリチウム埋蔵量が発見され確立されると、この量は増加するでしょう。

以下のグラフに見られるように、世界のリチウム生産量は年々増加しました。21%2021年と比較して2022年は2018年の最高値を超えた。ソフトメタルの価格は急騰した2020年から1,078%、昨年は過去最高を記録する前に。

テスラとスペースXのCEO、イーロン・マスクによれば、1トン当たりのリチウムの平均価格は驚異的なものだった2022 年に 78,032 ドル/トン 。 しかし、価格が下落した今、市場は供給過剰の懸念を上回ると思われる。

しかし、今日のリチウム生産の大部分は高い水ストレスにさらされている場所に位置しているため、供給に対する懸念は依然として残っている。 しかし、リチウムはほぼどこにでも存在するため不足はないというマスク氏の発言が真実であれば、最大の課題はそれをどのように抽出して精製するかということになるだろう。

それがすべて解決すれば、EV用リチウムイオン電池の需要急増に対応するのは問題ないかもしれない。