Lithium: Dobrý sluha, ale zlý pán?

I kdybyste se hodně snažili, těžko byste v přírodě našli unikátnější kov, než je lithium. Švédský vědec Johan August Arfwedson, který ho v roce 1817 objevil, mu dal jméno odvozené z latinského termínu pro kámen. Jestli přitom lithium něco připomíná, tak kámen určitě ne. Je stříbřitě šedé, lehké, měkké tak, že se dá krájet kuchyňským nožem, a má tak malou hustotu, že plave ve vodě. Ovšem jen chvíli, protože při styku s vodou samovolně vzplane.

Díky svým unikátním vlastnostem má lithium širokou škálu využití. Používá se při výrobě keramických hmot, skla, hliníku a umělohmotných polymerů. Najdete ho v mazivech, kosmetice, náplních do klimatizací a chladicích článcích jaderných reaktorů. Z jeho slitin se vyráběly pláště externích palivových nádrží raketoplánů a pohlcovače oxidu uhličitého z vydýchaného vzduchu v ponorkách. V medicíně se soli lithia používají už dlouhá léta při léčbě bipolární poruchy. Jeho povzbuzující účinky na náladu a mozkovou činnost (kterým mimochodem ne zcela dobře rozumíme) používal jako reklamní tahák výrobce limonády 7Up. Ta až do 50. let lithium obsahovala a její původní název zněl: „Bib-Label Lithiated Lemon-Lime Soda“. No a aby toho nebylo málo, lithium je taky významnou přísadou pro výrobce pyrotechniky. Smíchejte soli lithia a stroncia, přidejte pár dalších chemikálií a na obloze se vám rozprskne překrásný jasně červený ohňostroj. 

Přestože je s námi lithium už několik set let, všechna jeho dosavadní použití byla před nedávnem odsunuta do pozadí a o kovu se začalo mluvit takřka výhradně v souvislosti s elektronickými přístroji. Respektive s jejich pohonnými jednotkami.

Lithium je pro využití v bateriích vhodné z několika důvodů. Je vysoce vodivé a lehké, což ho předurčuje k použití v přenosných přístrojích. Díky ochotě elektronů putovat oběma směry mezi kladným a záporným pólem je lithiová baterie dobře dobíjitelná a na rozdíl od niklo-kadmiových baterií nemá paměťový efekt. Nesmíme také zapomínat na to, že s lithiovými bateriemi máme dlouhé zkušenosti. Slavný chemik Gilbert Newton Lewis (mimo jiné objevitel fotonu a těžké vody) s nimi začal experimentovat už v roce 1912 a v běžném prodeji jsou od 70. let minulého století. Když v roce 1991 přišla Sony Corporation s dobíjitelnou verzí, stal se lithio-iontový akumulátor průmyslovým standardem, který otevřel dveře digitálního věku a éry přenosné elektroniky. Sice ho nosíme každý v kapse, ale jde o vynález tak významný, že za něj jeho vynálezci John Goodenough, Stanley Whittingham a Akira Yoshino dostali vloni Nobelovu cenu za chemii.

Opravdový skok zažil celý průmysl těžby a zpracování lithia v okamžiku, kdy se svět upnul k ideji elektrických vozidel. William Adams, rešeršér odborného časopisu Metal Bulletin, tvrdí, že ke zlomu došlo v roce 2015, kdy čínská vláda začala v rámci programu třinácté pětiletky masivně dotovat výrobu a prodej elektromobilů. Se zvyšující se poptávkou rostla samozřejmě i cena. Zatímco v roce 2002 stála tuna lithia 2243 dolarů, v roce 2018 už se prodávala za 16 500, přičemž největší – skoro stoprocentní – skok prodělala cena mezi roky 2017–2018.  Snaha těžařů uspokojit rostoucí poptávku se bohužel v současnosti začala projevovat na problémech, které se k těžbě vzácného kovu pojí.

Na celém světě se podle odhadů nachází asi 64 milionů tun lithia, z čehož se přibližně polovina těží v dolech v Austrálii a Číně a druhá polovina se nachází v zemích „lithiového trojúhelníku“– v Chile, Argentině a Bolívii. Zdejší naleziště mají kromě bohatého výskytu samotného kovu i tu výhodu, že není uložen hluboko v zemi, ale je rozpuštěný v minerálech zdejších solných jezer. Jeho těžba je proto relativně jednoduchá. Těžaři navrtají solnou krustu, nasycený roztok (tzv. solanku) přečerpají do speciálních „bazénů“, kde se postupně odpařuje, filtruje a zbavuje příměsí hořčíku, draslíku a dalších nežádoucích látek. Po 12 až 18 měsících se z pročištěné směsi může vyextrahovat „bílé zlato“– uhličitan lithný. V porovnání s těžbou jiných nerostů je to poměrně nenáročný proces, který ale samozřejmě není zcela bezproblémový.

Asi největším negativem zpracování solanky je vysoká spotřeba vody potřebné na zavodňování sedimentačních pánví, vymývání, filtraci a odlučování nežádoucích přísad (podle agentury Bloomberg NEF je jí na každou tunu zpracovaného lithia potřeba kolem 70 000 litrů). Oblasti lithiového trojúhelníku přitom patří k nejsušším krajinám na planetě a například v čilském Salar de Atacama těžba lithia spotřebovává neuvěřitelných 65 % vody z celého regionu. Situace se v blízké budoucnosti nicméně může radikálně zlepšit díky inovativním způsobům těžby. Mezi nejslibnější patří řešení společnosti Lilac Solution. Ta vyvinula metodu, která technologií na bázi výměně iontů získává lithium bez nutnosti odpařování slaných roztoků, s mnohonásobně vyšší efektivitou a pouze v řádu hodin. Výsledky testů jsou natolik slibné, že firmu podpořil výraznou investicí fond Breakthrough Energy Ventures, který založila University of California. Finance do něj vkládá mimo jiné Bill Gates, Jeff Bezos, Michael Bloomberg nebo zakladatel Alibaba Group Jack Ma. Lilac Solution má se zkušební těžbou začít již letos v Argentině a pokud se osvědčí, bude ji dále rozšiřovat i na dnes nevyužívané zdroje solanky, jako jsou ropná pole nebo geotermální elektrárny.

Těžba z povrchových a hlubinných dolů není tolik náročná na vodu, ale využívá metalurgické procesy, při kterých hrozí únik chemikálií do okolního prostředí. V roce 2016 například došlo k havárii v čínském dole Ganzizhou Rongda a k následné kontaminaci řeky Liqui, na jejíž vodě a rybách jsou závislé zdejší komunity Tibeťanů. Podobné problémy zaznamenaly i doly v Austrálii a Severní Americe a bezpečnost těžby je nejzásadnějším tématem při diskuzích o otevírání nových ložisek v Portugalsku, Srbsku a také v Česku.

Vrch Cínovec v Krušných horách vděčí za své jméno cínovým dolům, které zde vznikly už ve 14. století. Do zpráv se hora dostala před několika lety, kdy se začalo diskutovat o využití údajně největšího naleziště lithia v Evropě, jehož kapacita se odhaduje na 100–300 let. Zajímavé je, že o něj dlouhá léta nikdo nejevil zájem. Prospektor Otto Janout a jeho tři kolegové ho tu hledali prakticky na vlastní pěst od roku 2007. Když přestali zvládat milionové náklady, začali hledat investory. Přestože jejich sondy výskyt lithia prokázaly, oslovené firmy v Česku a Kanadě tehdy ještě nejistý projekt odmítly. Zájem projevila až australská firma EMH, která kromě financí disponovala i technologií těžby, což je v celém případě zásadní. Cínovecké doly jsou totiž unikátní tím, že se zde lithium nachází v podobě slídy pojmenované cinvaldit. Její výhodou je, že obsahuje také železo, a je tedy magnetická, a to navíc právě v té části, která obsahuje lithium.

Cinvaldit tedy lze po vytěžení rozemlít, oddělit mechanicky těžké složky, jako je cín a wolfram, a ze zbytků magnetickou separací získat část obsahující lithium. V porovnání s australskými doly, kde se využívají složité hydrometalurgické procesy, jde o daleko jednodušší postup. Nevýhodou naopak je, že cinvaldit obsahuje lithia jen asi čtvrt procenta, a musí se ho tedy vytěžit velké množství.

Právě velké náklady na těžbu, nutnost vyvinutí unikátní technologie separace a politické tahanice kolem práv na těžbu způsobily, že se v Cínovci netěží dodnes. Na konci loňského roku se sice Janoutova firma Geomet a její australští partneři dohodli na společném postupu s polostáním ČEZem (který předtím nabídku spolupráce několikrát odmítl), ale návratnost investice je stále předmětem probíhajících studií. Jak to vypadá, lithium se na Cínovci začne těžit nejdříve ze saské strany, kde doly spravuje kanadská firma Bacanora.

Přes pokračující výzkum alternativ zatím pro lithiové baterie nemáme potřeba i intenzita těžby bude v budoucích letech narůstat. Je proto potěšující, že nové způsoby jeho získávání stále více omezují negativní dopady těžby na životní prostředí.

Pokud se potvrdí výsledky probíhajících pokusů, budeme možná brzy schopni lithium získávat z doslova nevyčerpatelného zdroje – mořské vody. Oproti koncentrovaným solankám z jihoamerických náhorních plošin má voda v oceánu tu nevýhodu, že lithium je v ní obsažené v mnohonásobně nižších koncentracích. Za pomoci nových materiálů a technologických postupů je ale těžba lithia z oceánů teoreticky možná a reálně se s ní experimentuje. Stejně tak probíhá vývoj a vylepšování samotných baterií, možnosti recyklace lithiových komponentů a dalších technologií, které by měly dopady těžby a spotřeby lithia co nejvíce omezit. Pokud nedojde k nějakému zásadnímu objevu, budeme lithium potřebovat čím dál tím více. Digitální věk a éra elektromobility je totiž už tady. A neptá se, čím ji budeme pohánět.