Павел Иевлев

Текст

Кобальт — химический элемент, в который уперлись надежды человечества на энергопереход. Почему вокруг него разгорелись геополитические баталии?

Что такое кобальт простыми словами

Кобальт в чистом виде — это тяжелый металл, имеющий голубовато-серый оттенок. Он относится к химическим элементам восьмой группы и в периодической системе расположен под номером 27. Кобальт содержится в земной коре, в морской воде и при этом входит в состав более чем тридцати природных минералов: сферокобальтит, каролит и т. д.

Человечество использует кобальт с древних времен. Еще египтяне получали с его помощью стойкий синий цвет для своих красителей. Прогресс расширил применение кобальта из сферы искусства в промышленность – в первую очередь, для легирования сталей и в качестве нефтехимического катализатора, – однако значительного мирового спроса на него не создал. Просто еще один редкозем, используемый в незначительных количествах для добавок в жаростойкие твердые сплавы.

Все изменила концепция «энергоперехода».

Где применяют кобальт и для чего он нужен

Кобальт никого особо не интересовал до открытия Коити Мидзусимой литий-кобальтового оксида. Оксид лития-кобальта (кобальтит лития, кобальтат лития) – неорганическое соединение, двойной оксид лития и кобальта с формулой LiCoO2 (Li2OCo2O3). Темно-серые кристаллы не растворяются в воде, но главное – этот оксид входит в состав положительного электрода литий-ионных аккумуляторов.

Первую волну спроса на кобальт дали смартфоны. В 2000 году спрос на металл составлял примерно 2700 тонн в год. К 2010-му, когда у каждого в кармане поселился iPhone или Android-смарт, спрос подскочил до 25 000 тонн, почти в десять раз! Но это было только начало. «Металлом века» кобальт сделала идея энергоперехода.

Кобальт используется в производстве батарей

Тренд на переход от углеродной энергетики к возобновляемой, недавно охвативший человечество, резко сместил сырьевой приоритет мировой промышленности и экономики от углеводородов к металлам. Как пишут аналитики EY: «В стремлении уйти от ископаемых энергоносителей мировое сообщество вовлекается в новую зависимость от других видов сырья».

Недавно мы писали о «литиевом феномене»:

Читать на ЦО.РФ

Что такое литий и как его применяют Добыча и производство металла, запасы в России и мире

Литий – это легкий белый металл, который критически важен для нескольких ключевых современных отраслей. Откуда он берется, кому принадлежит, и хватит ли его всем желающим?

Но литий - всего лишь один из многих.

Электричество вместо углеводородов – идея хорошая, и в самом энергопереходе есть здравая рациональность. Но невротизированное ужасами «глобального потепления» человечество побежало по этому переходу сломя голову, ничуть не задумываясь, как за ним должны успевать промышленность и экономика. Солнечная энергетика затребовала медь, алюминий и хром, ветроэнергетика – медь и цинк, геотермальная – никель и хром, водородная – никель и платиноиды. Добычу некоторых металлов можно нарастить быстро, и их дефицита не ожидается, но с другими возникла проблема.

В том числе, с кобальтом.

Электричество — основа энергоперехода

Дефицитная энергетика кобальта

Более половины добываемого в мире кобальта идет на производство батарей. Пока они помещались в смартфоны – проблем не было. Он составляет до 19% массы мобильного телефона, что примерно в 100 раз больше, чем содержание кобальта в руде, но сама батарея небольшая, кобальта там около 30 граммов. Другое дело – электромобиль. Средняя батарея EV требует около 9 килограммов кобальта. Производство электромобилей получило массовую поддержку от правительств всего мира. Европа поставила в план полный отказ от ДВС в ближайшие годы, и за один только 2021 год цена этого элемента выросла на 118%. Сейчас это самый дорогой компонент аккумуляторов – цена за тонну составляет от $30 000 до $35 000.

Нынешняя мировая потребность в кобальте оценивается в 100 тыс. тонн в год. По данным геологической службы США (UGS) в 2021 году было произведено 170 тыс. метрических тонн кобальта. Однако эксперты ожидают, что промышленный спрос на кобальт превысит его производство к 2025 году, поскольку прогнозируется рост спроса на 9% ежегодно. Энергопереход требует батарей, батареи требуют кобальта. Оценка его экономической значимости в прошлом году стала «крайне высокой» из-за использования в литий-ионных батареях, аэрокосмической промышленности и других критических отраслях.

Индекс риска критических материалов 2022 года ставит кобальт в качестве «наиболее подверженного риску критического материала во всем мире». Дело в том, что значительная часть поставок поступает от небольшого числа консолидированных производителей, а добыча и рафинированное производство сконцентрированы буквально в двух странах.

Так выглядит руда, содержащая кобальт

Добыча кобальта в Конго и мире

Около половины всех разведанных на сегодняшний день запасов кобальта находится в так называемом «медном поясе» на территории Демократической Республики Конго. Запасы кобальта в стране оцениваются примерно в 3,4 млн тонн, а ежегодная добыча в провинциях Верхняя Катанга и Луалаба достигает 90 тыс. тонн.

Без кобальта из Конго с энергопереходом возникли бы серьезные проблемы. Дело в том, что хотя кобальта на Земле много, только в Конго его удается добывать относительно дешево. Правда, в основном за счет того, что это нищая, разоренная войнами страна с околонулевой стоимостью рабочей силы. Немалая часть конголезского кобальта добывается в небольших «копанках», вручную, кирками и зубилами. Работники не имеют специальной одежды и защитных средств, широко используется детский труд. Кобальтовые руды очень токсичны, вдыхание кобальтовой пыли, которая в значительных количествах образуется при такой работе, вызывает смертельные легочные заболевания.

Добыча в Конго считается вопиющим образцом «неэтичной эксплуатации», приводя к массовым тяжелым болезням среди населения страны, почти не имеющей развитой медицины. Но это самый дешевый источник кобальта, поэтому, несмотря на протесты активистов, ситуация не меняется десятилетиями.

При добыче кобальта в Конго широко используется детский труд

Население и экономика Конго от этой добычи не получает практически ничего, потому что почти всю добытую руду забирает по концессии Китай. Китайские специалисты очищают сырье до гидроксида кобальта, который везут в порты Дар-эс-Салама (Танзания) и Дурбана (ЮАР), а далее в Китай. Там кобальт проходит дополнительную очистку и поступает на рынок.

Совокупная выручка китайских компаний составляет триллионы долларов, поэтому они способствуют дальнейшей разведке кобальта. Ежегодно фиксируются десятки новых раскопов, в кустарной добыче кобальта в Конго занято более 250 000 человек, из них не менее 35 000 человек – дети.

Сам Китай тоже добывает кобальт. Крупнейшее месторождение расположено в провинции Цинхай. Запасы оцениваются в 80 млн тонн, ежегодная добыча достигает 3100 тонн. Но главное, Китай является мировым лидером в области металлургической обработки кобальтовых руд, выпуская половину всех объемов кобальтосодержащих химических продуктов в мире.

Ситуация нравится далеко не всем. США озабочены тем, что на фоне американо-китайского торгового противостояния и развивающегося в мире политического кризиса, КНР может использовать кобальт в качестве одного из рычагов экономического шантажа. На днях Конгресс США наложил запрет на продажу редкоземельных металлов и минералов, и США срочно скупают металлы. Представители оборонного ведомства запросили дополнительные $250 млн на закупки, среди которых существенную долю занимает именно кобальт.

В мире развернулась борьба за контроль над цепочками поставок кобальта, спрос на который быстро растет. В течение многих десятилетий промышленной добычи кобальта в США не было, но сейчас добывающие компании оспаривают право на добычу на месторождениях в Айдахо, Монтане и на Аляске. По оценке CRU Group около 300 компаний по всему миру проявляют активный интерес к разработке месторождений кобальта. По словам исполнительного директора First Cobalt Трента Мелля инвесторы заинтересованы в разработке месторождений кобальта уже больше, чем, к примеру, в разработке новых месторождений меди.

Где добывают кобальтовую руду в России

По данным Минприроды у России 3,5% мировых запасов кобальта. Доля нашей страны в мировом производстве кобальта по данным за 2020 год составляла 7%. Основная добывающая активность сосредоточена в Республике Алтай. Ежегодная добыча составляет 5900 тонн, лидирующей компанией по добыче является «Норникель».

К сожалению, в отличие от Конго, ресурсы на территории России не позволяют добывать кобальт отдельно, он содержится в сложных рудах, в частности, никелевых, и добывается как побочный продукт.

Впрочем, поскольку производство собственных литиевых аккумуляторов в России невелико, а с главным мировым поставщиком – Китаем – отношения неплохие, вопрос импортозамещения у нас пока не стоит.

А вот все остальные заместить не прочь.

Кобальтозамещение

На фоне постоянных опасений по поводу поставок кобальта производители электромобилей и аккумуляторов добиваются прогресса в разработке новых, бескобальтовых литий-ионных аккумуляторов.

Кобальт является элементом, который делает работу аккумулятора безопаснее (препятствует чрезмерному нагреванию) и повышает плотность энергии. Это особенно критично для электромобилей – для менее энергоемких применений уже существуют другие химические соединения, такие, как литий-железо-фосфат.

Поиск путей уменьшения количества этого металла в батарее продолжается. Пример – европейский кобальтовый проект под названием ECO COM'BAT, возглавляемый немецким исследовательским органом Fraunhofer ISC, который сосредоточен на батареях типа NMC 622 и смог сократить потребности в кобальте на 20%, используя специальное покрытие электродов и высоковольтный электролит. Компания Panasonic также несколько лет работает над новым видом аккумуляторов, который бы содержал минимум кобальта.

Тесла с некоторых пор использует аккумулятор из никель-кобальт-оксида алюминия, который содержит меньше кобальта, чем стандартные аккумуляторы, основанные на химии оксида никеля-марганца-кобальта.

Однако сегодня эксперты скептически относятся к полному отказу от кобальта в электромобилях, это может произойти только при радикальном переходе на совершенно другую химическую структуру. Пока промышленных решений такого уровня не видно, так что детишки в Конго продолжают дышать кобальтовой пылью, а китайские компании зарабатывать на них миллиарды.

Как бы парадоксально это ни звучало, сейчас добыча металлов, необходимых для энергоперехода, является более затратным и неэкологичным вариантом, нежели использование традиционных систем на углеводородном топливе.

Возможно, однажды это изменится.

Использованные источники: