Gospodarka niskoemisyjna to wyzwanie, przed którym stoi nie tylko Europa, ale prawie cały świat. Osiągnięcie tego celu wymaga zwiększonego zapotrzebowania na „metale przyszłości”. Wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne niektórych metali sprawiają, że są one wykorzystywane w nowoczesnych technologiach. Koncerny przemysłowe takie jak Tesla, VW, Toyota, Airbus, LG Chem i inne stawiają na „metale zielonej rewolucji”, z których najbardziej pożądany jest lit. Gdzie go szukać?
Zmiany klimatyczne wywołane przez nadmierną emisję gazów cieplarnianych (m.in. dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu) oraz degradacja środowiska naturalnego stanowią duży problem dla Europy i całego świata. Zachodzące negatywne zmiany w biosferze wymagają podjęcia działań mających na celu ich ograniczenie. W tym celu Komisja Europejska przyjęła zbiór inicjatyw, których nadrzędnym celem jest osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 r. Europejski Zielony Ład oraz powiązane z nim strategie wskazują potrzebę efektywnego korzystania z zasobów odnawialnych, zmniejszenie poziomu zanieczyszczeń, wspieranie innowacyjności oraz zwiększony udział gospodarki o obiegu zamkniętym.
Osiągnięcie ambitnego celu, jakim jest zeroemisyjna gospodarka, wymaga stałego, niezaburzonego łańcucha dostaw surowców mineralnych. Szczególne znaczenie dla rozwoju krajowych oraz europejskich strategii mają lit (Li) i inne „metale zielonej rewolucji” – aluminium (Al), miedź (Cu), nikiel (Ni), kobalt (Co) oraz pierwiastki ziem rzadkich (REE). Komisja Europejska uznała Co, Li, REE za surowce krytyczne (critical raw materials – CRMs) dla gospodarki europejskiej, w tym Polski.
Lit oraz inne „metale zielonej rewolucji” są wykorzystywane w nowoczesnych technologiach niezbędnych dla rozwoju zeroemisyjnej gospodarki m.in. w akumulatorach pojazdów o napędzie hybrydowym i elektrycznym (Cu, Co, Al), turbinach wiatrowych (REE), magazynach energii (Li, Co, Al), sieciach energetycznych (Cu), telefonach komórkowych (REE) oraz w wielu innych nowoczesnych urządzeniach elektronicznych. Według prognoz do 2050 r., całkowite zapotrzebowanie na surowce związane z technologiami czystych źródeł energii zwiększy się ponad 3-krotnie. Wykorzystanie surowców mineralnych m.in. kobaltu i niklu, niezbędnych do produkcji pojazdów elektrycznych oraz magazynów energii wzrośnie ponad 50-krotnie do 2050 r. Rozbudowa sieci elektrycznych doprowadzi także do podwojenia zapotrzebowania na miedź. Jednak kluczowe znaczenie w rozwoju nowoczesnych technologii ma lit. Szacuje się, że zapotrzebowanie na lit do 2050 r. m.in. dla magazynów energii i akumulatorów, wzrośnie ponad 100-krotnie w stosunku do obecnego poziomu.
Pomimo znacznego wykorzystania litu dla nowoczesnych technologii Unia Europejska posiada ograniczoną liczbę złóż. Występują one w Finlandii, Portugalii, Niemczech oraz Czechach, a prace rozpoznawcze prowadzone są w Austrii oraz poza UE w Serbii.
W przyrodzie lit występuje jako pierwiastek śladowy, a jego ilość w skorupie kontynentalnej wynosi średnio 20 ppm. Lit wydobywany jest z trzech głównych typów złóż: 1) solanek zamkniętych basenów sedymentacyjnych, 2) pegmatytów granitowych oraz 3) złóż iłów litonośnych. Mniejsze znaczenie w pozyskaniu mają solanki z obszarów naftowych oraz solanki geotermalne.
Złoża solanek zamkniętych basenów zawierają ok. 58% zidentyfikowanych światowych zasobów litu. Złoża solanek litowych to akumulacje słonych wód podziemnych, które wzbogacone są w rozpuszczony lit. Cechą wspólną występowania tego typu złóż jest suchy klimat i zamknięte baseny sedymentacyjne, gdzie występują współczesne słone jeziora. Niezbędne jest równoległe zachodzenie złożotwórczych procesów geologicznych, takich jak subsydencja, aktywność magmowa lub geotermalna oraz obecność skał litonośnych np. granitów pegmatytowych zawierających minerały litu. Największe eksploatowane złoża solanek litowych znajdują się w Boliwii (Salar de Uyuni), Chile (Salar de Atacama), Argentynie (Salar del Hombre Muerto), Stanach Zjednoczonych (Clayton Valley) oraz Chinach (DXC). Eksploatowane złoża charakteryzują się średnimi stężeniami litu w zakresie od 160 do 1400 ppm i szacowanymi zasobami od 0,3 do 6,3 mln ton metrycznych litu.
Słone jezioro Laguna Verde na pustyni Atacama w Chile. Fot. Michał Zieliński
Baseny solankowe w kopalni litu w Chile
Drugim typem złóż, z których może być pozyskiwany lit są pegmatyty granitowe. Pegmatyty te definiowane są jako skały magmowe, głównie o składzie granitowym, które odróżnia od innych skał gruboziarnista tekstura z licznymi kryształami. Ciała pomagmowe o gruboziarnistej teksturze, krystalizujące w ostatnich etapach stygnięcia plutonów magmowych, składające się głównie z kwarcu, albitu, skaleni potasowych, muskowitu. Oprócz wymienionych minerałów występują w nich również nośniki litu, takie jak spodumen (LiAlSi2O6), petalit LiAl(Si4O10) czy lepidolit KLi2Al(Si4O10)(F,OH).
Spodumen ze stanu Minas Gerais. Fot. Ivar Leidus, CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons
W niektórych ciałach pegmatytowych może znajdować się ponad 100 minerałów! – np. złoże Tanco w Kanadzie. Litonośne pegmatyty zawierające minerały litu odpowiadają za ok. 26% światowych zasobów litu. Ich występowanie znane jest z Australii (złoże Greenbushes), Kanady (złoże Tanco) czy Finlandii (złoże Rapasaari). Średnia zawartość Li2O w złożach wynosi od 1,5 do 4%. Ruda skalna zawierająca lit wydobywana jest w kopalniach odkrywkowych lub podziemnych przy użyciu konwencjonalnych technik górniczych. Obecnie jednym z największych eksploatowanych złóż litu jest złoże Wodgina w Australii Zachodniej.
Pegmatyt anatektyczny z kamieniołomu w Piławie Górnej. Fot. Archiwum PIG-PIB
Złoża iłów litonośnych występują w różnych środowiskach np. osadach piroklastycznych czy słonych jezior i uznawane są za ważny typ złóż, w których obecne są ekonomiczne zawartości litu. Szacuje się, że złoża te zawierają ok. 7% jego światowych zasobów. W złożach tych lit występuje w minerałach ilastych - smektycie (hektoryt) oraz jadaricie, który rozproszony jest w skale ilastej. Średnia zawartość Li2O wynosi do 1,5%. Złoża tego typu występują w wielu miejscach na świecie, m.in. w USA, Meksyku, Egipcie czy Australii.
Według danych Amerykańskiej Służby Geologicznej (USGS) zidentyfikowane zasoby litu na całym świecie wynoszą łącznie około 86 mln ton. Największe jego zasoby występują w Boliwii (21 mln t), Argentynie (19,3 mln t), Chile (9,6 mln t), Chinach (5,1 mln t).
W Europie prowadzi się szereg projektów poszukiwawczych oraz rozpoznawczych w zakresie złóż litu obecnych m.in. w granitach pegmatytowych w Finlandii – projekt Keliber, kopalnych złóż solanek w Niemczech (projekt Vulcan) oraz w Czechach, gdzie jest realizowany projekt litowo-cynowy „Cinovec”, dotyczący rozpoznania największego w Europie złoża litu (szacunkowe zasoby 372,4 milionów ton). W Polsce stwierdzono jedynie wystąpienia w niektórych pegmatytach sudeckich (w kamieniołomach Piława Górna, Lutomia) minerałów litu. Brak jest jednak perspektyw na odkrycie złóż litu w Polsce.
Wzrost zapotrzebowania na lit oraz inne metale dla zielonej rewolucji” wymaga podjęcia działań przez służby geologiczne, w tym Państwowy Instytut Geologiczny do poszukiwania nowych oraz alternatywnych ich źródeł. W ramach tych prac pracownicy PIG-PIB biorą udział w rozpoznaniu budowy geologicznej kraju realizując zadania mające na celu poszukiwanie i rozpoznanie złóż metali krytycznych m.in. w Sudetach czy na obrzeżeniu Gór Świętokrzyskich. Dodatkowo, w ramach realizacji Polityki Surowcowej Państwa, pracownicy PIG-PIB współpracują z partnerskimi służbami geologicznymi innych krajów m.in. Ukrainy, Mongolii, Angoli. Poszukiwanie złóż „metali zielonej rewolucji” staje się wyzwaniem Państwowego Instytutu Geologicznego, który realizuje cele polityki surowcowej państwa w zakresie zapewnienia dostępu do niezbędnych surowców w perspektywie zarówno krótkoterminowej, jak i wieloletniej.
Tekst: Karol Zglinicki
Dr Karol Zglinicki jest absolwentem Wydziału Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. W 2017r. uzyskał tytuł doktora nauk o ziemi na kierunku Geologia w zakresie Geologii Złożowej i Gospodarczej. W Państwowym Instytucie Geologicznym - Państwowym Instytucie Badawczym zajmował się zagadnieniami związanymi z surowcami krytycznymi dla gospodarki narodowej, bezpieczeństwem surowcowym oraz polityką surowcową państwa. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Geologicznego, POLVAL – Polskiego Stowarzyszenia Wyceny Złóż Kopalin oraz Stowarzyszenia Służb Geologicznych – EuroGeoSurveys. Autor licznych publikacji naukowych z zakresu geologii złożowej, poszukiwań surowcowych pierwotnych oraz wtórnych złóż pierwiastków ziem rzadkich (REE).
Artykuł został opracowany w ramach projektu "Współpraca krajowa w zakresie geologii i promocja działań państwowej służby geologicznej w latach 2021–2023"
