Minería de litio: cómo las nuevas tecnologías de producción podrían impulsar la revolución mundial de los vehículos eléctricos

Minería de litio: cómo las nuevas tecnologías de producción podrían impulsar la revolución mundial de los vehículos eléctricos. Fuente McKinsey.

El litio es la fuerza impulsora detrás de los vehículos eléctricos, pero ¿mantendrá la oferta el ritmo de la demanda? Las nuevas tecnologías y fuentes de suministro pueden llenar el vacío.

A pesar de las expectativas de que la demanda de litio aumentará de aproximadamente 500 000 toneladas métricas de equivalente de carbonato de litio (LCE) en 2021 a entre tres y cuatro millones de toneladas métricas en 2030, creemos que la industria del litio podrá proporcionar suficiente producto para abastecer la floreciente Industria de baterías de iones de litio. Además de aumentar el suministro de litio convencional, que se espera que se expanda en más del 300 por ciento entre 2021 y 2030, la extracción directa de litio (DLE) y el litio directo al producto (DLP) pueden ser las fuerzas impulsoras detrás de la capacidad de la industria para responder más rápidamente a la creciente pedir. 

Aunque las tecnologías DLE y DLP todavía están en pañales y están sujetas a volatilidad debido al “palo de hockey” de la industria.¹ el crecimiento de la demanda y los tiempos de entrega, ofrecen una promesa significativa de aumentar la oferta, reducir la huella ambiental, social y de gobierno (ESG) de la industria y reducir los costos, con una capacidad ya anunciada que contribuye a alrededor del 10 por ciento de la oferta de litio 2030, así como a otros proyectos menos avanzados en tramitación.

Sin embargo, satisfacer la demanda de litio no será un problema baladí. A pesar del impacto de COVID-19 en el sector automotriz, las ventas de vehículos eléctricos (EV) crecieron alrededor de un 50 por ciento en 2020 y se duplicaron a aproximadamente siete millones de unidades en 2021. Al mismo tiempo, la creciente demanda de EV ha hecho que los precios del litio se disparen alrededor de un 550 por ciento. en un año: a principios de marzo de 2022, el precio del carbonato de litio había superado los $ 75 000 por tonelada métrica y los precios del hidróxido de litio habían superado los $ 65 000 por tonelada métrica (en comparación con un promedio de cinco años de alrededor de $ 14 500 por tonelada métrica).

Se necesita litio para producir prácticamente todas las baterías de tracción que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos, así como en la electrónica de consumo. Las baterías de iones de litio (Li-ion) también se utilizan ampliamente en muchas otras aplicaciones, desde el almacenamiento de energía hasta la movilidad aérea. Dado que el contenido de la batería varía según su combinación de materiales activos, y con las nuevas tecnologías de batería que ingresan al mercado, existen muchas incertidumbres sobre cómo afectará el mercado de baterías a la demanda futura de litio. Por ejemplo, un ánodo de metal de litio, que aumenta la densidad de energía en las baterías, tiene casi el doble de requisitos de litio por kilovatio-hora en comparación con las mezclas actuales ampliamente utilizadas que incorporan un ánodo de grafito.

La extracción directa de litio y el litio directo al producto ofrecen una promesa significativa de aumentar el suministro de litio, reducir la huella ambiental, social y de gobierno de la industria y reducir los costos.

Entonces, ¿habrá suficiente litio para cubrir las necesidades de un nuevo mundo electrificado? Como se discutió en nuestro artículo reciente, ” El desafío de las materias primas: cómo el sector de metales y minería será el núcleo para permitir la transición energética “, será crucial llegar a una respuesta considerada y comprender todo el contexto de oferta y demanda. para todos los actores a lo largo de la cadena de valor: empresas mineras, refinerías, fabricantes de baterías y OEM automotrices.

Factores de demanda de litio

Durante la próxima década, McKinsey pronostica un crecimiento continuo de las baterías de iones de litio a una tasa compuesta anual de aproximadamente el 30 por ciento. Para 2030, los vehículos eléctricos, junto con los sistemas de almacenamiento de energía, las bicicletas eléctricas, la electrificación de herramientas y otras aplicaciones que consumen mucha batería, podrían representar entre 4000 y 4500 gigavatios hora de demanda de iones de litio (Gráfico 1).

No hace mucho, en 2015, menos del 30 por ciento de la demanda de litio era para baterías; la mayor parte de la demanda se dividió entre cerámicas y vidrios (35 por ciento) y grasas, polvos metalúrgicos, polímeros y otros usos industriales (más del 35 por ciento). Para 2030, se espera que las baterías representen el 95 por ciento de la demanda de litio, y las necesidades totales crecerán anualmente entre un 25 y un 26 por ciento para llegar a 3,3 millones a 3,8 millones de toneladas métricas de LCE, según los escenarios descritos en el Anexo 2.

Futuro suministro de litio

Con esta creciente demanda, ¿debería el mundo preocuparse por el suministro futuro de litio? En 2020, se produjeron un poco más de 0,41 millones de toneladas métricas de LCE; en 2021, la producción superó los 0,54 millones de toneladas métricas (un aumento interanual del 32 por ciento). Nuestro análisis de caso base actual ve una demanda de litio de 3,3 millones de toneladas métricas o una tasa de crecimiento compuesta del 25 por ciento. Debido a los cortos plazos de entrega asociados con la nueva producción de litio, solo tenemos una visibilidad de 2,7 millones de toneladas métricas de suministro de litio en 2030; esperamos que el resto de la demanda se satisfaga con expansiones totalmente nuevas y abandonadas recientemente anunciadas.

Actualmente, casi toda la extracción de litio ocurre en Australia, América Latina y China (lo que representa un 98 por ciento combinado de la producción en 2020). Una cartera de proyectos anunciada probablemente introducirá nuevos jugadores y geografías en el mapa de la minería de litio, incluidos Europa occidental y oriental, Rusia y otros miembros de la Comunidad de Estados Independientes (CEI). Esta base de capacidad informada debería ser suficiente para que la oferta crezca a una tasa anual del 20 por ciento para llegar a más de 2,7 millones de toneladas métricas de LCE para 2030 (Anexo 3).

Si bien la demanda y el suministro pronosticados indican una industria equilibrada a corto plazo, existe la necesidad potencial de galvanizar nueva capacidad para 2030. Se prevé que las fuentes adicionales de litio requeridas para cerrar la brecha de suministro provengan de proyectos de salmueras y minerales convencionales en etapa inicial, como recursos aún desconocidos y salmueras no convencionales como las salmueras geotérmicas o de yacimientos petrolíferos. Mientras tanto, se espera que las nuevas tecnologías como DLE y DLP impulsen la recuperación y la capacidad. Además, el uso de envío directo de mineral (DSO) podría ayudar a mitigar el riesgo de suministro insuficiente a corto plazo, como sucedió en 2018 (Anexo 4).

Activos convencionales en etapa inicial

Desde países productores de litio bien establecidos como Australia, Chile, China y Argentina, hasta países con recursos y reservas mapeados recientemente, como México, Canadá, Bolivia, Estados Unidos y Ucrania, hasta lugares que normalmente no están asociados con el litio, como Siberia, Tailandia, el Reino Unido y Perú, la exploración de depósitos convencionales de “oro blanco” está ocurriendo a nivel mundial. Esperamos anuncios sobre nueva capacidad potencial en 2022, a medida que algunos de estos proyectos en etapa inicial se vuelvan factibles. Este nuevo potencial incluye salmueras convencionales con concentraciones de entre 200 y 2000 partes por millón (ppm), así como activos de roca dura, donde son comunes leyes de 0,4 a 1,0 por ciento de litio (Anexo 5).

Salmueras no convencionales (geotérmicas, salmueras de yacimientos petrolíferos)

El potencial adicional proviene de depósitos no convencionales: salmueras geotérmicas y de yacimientos petrolíferos con leyes de 100 a 200 ppm. La primera opción se enfoca en proporcionar tanto energía geotérmica limpia como suministro de litio. Aunque todavía no se ha probado nada a escala comercial, ya hay proyectos confirmados financieramente en Europa y América del Norte con algunos activos en etapa inicial en proceso. Anticipamos que, con el desarrollo tecnológico y la prueba de conceptos, aparecerán más operaciones geotérmicas de salmuera de litio en el mapa global, y algunas empresas automotrices y OEM ya respaldan activos incluso menos avanzados. Los ejemplos incluyen Renault Group, Stellantis y General Motors firmando asociaciones estratégicas y acuerdos de compra con proyectos de litio geotérmico en Europa y América del Norte.

Además, los proyectos en América del Norte se centran en la extracción de litio de las aguas residuales de los campos petroleros. Aunque normalmente es de baja calidad, puede ser una base de recursos adicional si se dispone de la tecnología adecuada.

Extracción directa de litio

Para que las salmueras geotérmicas o de yacimientos petrolíferos tengan éxito como fuente de suministro de litio, se requerirá un proceso probado para DLE. Hay una serie de empresas que prueban varios enfoques DLE. Si bien sus ideas difieren, el concepto sigue siendo el mismo: dejar que la salmuera fluya a través de un material aglutinante de litio mediante procesos de adsorción, intercambio iónico, separación por membrana o extracción con solventes, seguido de una solución de pulido para obtener carbonato de litio o hidróxido de litio. .

La prometedora tecnología DLE está siendo considerada actualmente no solo por jugadores no convencionales, sino también por empresas que tradicionalmente desarrollan activos de salmuera “típicos”. DLE tiene varios beneficios potenciales, que incluyen:

• eliminando/reduciendo la huella de los estanques de evaporación
• disminución de los tiempos de producción en comparación con la operación de salmuera convencional
• aumentar las recuperaciones de alrededor del 40 por ciento a más del 80 por ciento
• menor uso de agua dulce, que puede ser uno de los factores decisivos al solicitar una concesión minera en una región con escasos recursos hídricos
• menor uso de reactivos y mayor pureza del producto (en términos de magnesio, calcio y boro) en comparación con las operaciones de salmuera convencionales

Hasta la fecha, solo se ha utilizado DLE de adsorción a escala comercial, en Argentina y China. Si DLE se puede ampliar y distribuir entre los activos de salmuera, aumentará las capacidades existentes a través de mayores recuperaciones y menores costos operativos, al mismo tiempo que mejorará los aspectos de sostenibilidad de las operaciones (Anexo 6).

Litio directo al producto

Similar a DLE, la tecnología DLP busca contener solo el metal de litio en un polímero, y luego el litio se retira a un tubo electrolizador y se convierte en un producto de litio final. Si tiene éxito, este proceso potencial para la producción de litio podría tener un impacto significativo en el suministro.

Mineral de envío directo

Otra opción para cubrir el riesgo de falta de suministro a corto plazo, en caso de que se retrase el despliegue de nueva capacidad, es suministrar DSO al mercado. Este concentrado de espodumeno de bajo grado se puede llevar al mercado con un plazo de entrega muy corto (menos de un año para un proyecto brownfield), y las ventas resultantes contribuyen a la construcción de una planta de procesamiento de espodumeno a gran escala. Refinar DSO es más costoso y desafiante, pero 2018 proporcionó un ejemplo de cómo se puede hacer. En medio de un panorama de precios altos y un entorno de mercado desabastecido, las refinerías chinas importaron concentrados de espodumeno de Australia por debajo del 1,5 % de óxido de litio (0,7 % de litio) para satisfacer las necesidades del mercado.

Reutilizar y reciclar

Una pregunta frecuente es si las baterías de iones de litio se pueden reciclar. Con una vida útil esperada de la batería de alrededor de diez a 15 años para los vehículos de pasajeros, y la posibilidad de extender la vida útil de la batería EV a través del uso en el sector de almacenamiento de energía, se espera que el reciclaje de la batería aumente durante la década actual, pero no a niveles revolucionarios. Dependiendo del proceso de reciclaje empleado, es posible recuperar entre el cero y el 80 por ciento del litio contenido en las baterías al final de su vida útil. Para 2030, se espera que dicho suministro secundario represente un poco más del 6 por ciento de la producción total de litio (Anexo 7).

Riesgo de sustitución

Otra pregunta que surge es si se puede sustituir el litio. La mayoría de las aplicaciones de almacenamiento en red tienen una cola de tecnologías más o menos desarrolladas que podrían hacer la tarea: flujo redox de vanadio, aire de zinc, azufre de sodio, níquel de sodio, etc. Sin embargo, actualmente no existe un sustituto para el litio para satisfacer las demandas del sector de la movilidad. La única alternativa potencial es el ion de sodio, que, cuando esté completamente listo para su uso, solo podrá abordar aplicaciones de bajo rendimiento. Dado lo anterior, hay poco riesgo de que la demanda de litio disminuya para 2030.

¿Que viene despues?

Entonces, ¿asegurará el mundo suficiente litio para la próxima revolución EV? Creemos que lo hará, pero se deben tomar acciones específicas en cada nivel de la cadena de valor del litio:

• Financiación de nuevas tecnologías. Por ejemplo, DLE puede impulsar la producción de litio a partir de salmueras convencionales aumentando los niveles de recuperación. También puede permitir la producción de litio a partir de activos donde el litio está actualmente “bloqueado”, como las salmueras geotérmicas o de yacimientos petrolíferos.
• Exploración para nuevos proyectos. En 2021, casi el 90 por ciento de la extracción de litio se llevó a cabo en solo tres países (Australia, Chile, China). La expansión a otras regiones en busca de nuevas fuentes de litio puede contribuir al desarrollo de una nueva base de recursos para la minería.
• Alerta temprana de los requisitos de los fabricantes. Dependiendo de cómo se desarrollen las tecnologías de baterías, la industria necesitará más carbonato de litio o hidróxido de litio. En consecuencia, los usuarios finales, como los OEM y aquellos involucrados en la fabricación asistida por computadora, pueden ayudar señalando las especificaciones del producto y los volúmenes requeridos de litio desde el principio. Anunciar tales necesidades con mucha anticipación les dará a los mineros de litio suficiente tiempo para adaptarse.

SOBRE LOS AUTORES)

Marcelo Azevedo es socio asociado en la oficina de Londres de McKinsey, Magdalena Baczyńska es consultora en la oficina de Wroclaw, Ken Hoffman es experto senior en la oficina de Nueva Jersey y Aleksandra Krauze es consultora en la oficina de Varsovia.

Los autores desean agradecer a Nicolò Campagnol y Stephan Görner por sus contribuciones a este artículo.