Литий сейчас у всех на слуху. Ещё бы: это ключевой материал для изготовления литий-ионных аккумуляторов. Именно такие батареи повсеместно используются в наших смартфонах и в электрических автомобилях. Но если в батарею электронного гаджета много лития не положишь: обычно менее 1 грамма, то тяговая батарея электромобиля, напротив, нуждается в очень большом количестве лития. Типичная батарея электромобиля может содержать порядка 8 кг этого металла, а более мощные аккумуляторы содержат десятки килограмм лития. Оно и понятно: перемещать многотонный автомобиль вместе с пассажирами на многие сотни километров и обеспечивать телефонные разговоры по смартфону — не одно и то же. Хотя, учитывая, что счёт выпускаемых гаджетов в современном мире уже идёт на миллиарды, это тоже весьма приличная статья расходов этого металла.
Неудивительно, что учёные, которые создали литий-ионные аккумуляторы, удостоились Нобелевской премии по химии. В 2019 году она была присуждена американскому физику Джону Гуденафу, британскому химику Стэнли Уиттингэму и японскому химику Акире Йошино. В общем, всем хорош литий: как-никак самый лёгкий из известных металлов с очень высоким электрохимическим потенциалом. Но «ложка дёгтя в бочке мёда» всё же есть: лития на нашей планете мало. Пока его, пусть и не без труда, но хватает. Но что будет дальше? Крупнейшие месторождения планеты находятся в Австралии, где литий добывается из карьеров в виде руды, а также в Южной Америке, где его выпаривают из солончаков. У нас в России также имеется весьма перспективное Колмозёрское месторождение в Мурманской области, которое стоит на пороге активного освоения: лицензия на добычу этого металла получена в этом году компанией «Полярный литий», совместным предприятием «Норникеля» и «Росатома». Наше месторожденеие — рудное.
И всё же в самом ближайшем времени мир столкнётся с жёстким дефицитом лития. Всё дело в том, что запланированный переход мирового автомобильного транспорта с использования бензина и дизельного топлива на электрическую тягу — дело решённое. В развитых странах вовсю принимаются программы, ведущие к тому, что к 2035 году продажа новых легковых автомобилей, работающих на двигателях внутреннего сгорания, будет запрещена. Надо думать, что рано или поздно доберутся и до грузовиков. Причём эти ограничения не сводятся к каким-то далёким теоретическим планам: массовое вытеснение традиционных автомобилей электромобилями происходит прямо сейчас. В Китае, к примеру, каждый второй продаваемый легковой автомобиль уже электрический. Так что год от года потребность в литии будет только возрастать. Ну а там, где дефицит, там и дорогая цена.
Поэтому учёные всего мира без устали ищут альтернативы литию. Ну а кто ищет, тот всегда найдёт. Наиболее многообещающая перспектива — производить батареи из натрия. В отличии от лития, натрия на Земле очень и очень много. Хлорид натрия в значительном количестве содержится в морской воде, да и попросту в каменной соли. Натрий, как и литий, относится к группе щелочных металлов периодической таблицы Менделеева. Щелочные металлы обладают высокой реакционной способностью всвязи с тем, что внешняя (валентная) оболочка атомов имеет только один электрон, который легко отдаётся, создавая положительные ионы. Раз подобными свойствами обладают как литий, так и натрий, возникает вопрос: почему вообще именно литий был выбран в качестве «материла будущего», а не его менее дорогой собрат?
Ответ кроется в строении атомов этих металлов. В атоме лития 3 протона, 4 нейтрона и 3 электрона, тогда как в атоме натрия 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов. В результате этого атомы натрия больше и тяжелее атомов лития. Таким образом натриевая батарея будет больше по размеру и тяжелее литиевой батареи такой же ёмкости. Из-за этого натриевые батареи на данный момент неприменимы для использования в электронных гаджетах, в которых именно компактность и малый вес имеют ключевое значение. В автомобилях вес тоже имеет значение, но уже не столь критическое, как в электронных устройствах. А вот, что касается больших грузовиков, кораблей и стационарных аккумуляторов, то тут у натриевых батарей могут открыться самые радужные перспективы.
Мировым лидером по созданию натрий-ионных аккумуляторных батарей является Китай. Что неудивительно, так как эта страна является абсолютным лидером и в производстве ставших уже традиционными литий-ионных аккумуляторов. Впереди планеты всей находится китайский аккумуляторный гигант CATL. В ряде перспективных моделей ведущих китайских автопроизводителей BYD и Chery предусмотрено использование именно натрий-ионных батарей.
Что у нас в России? В целом процессы идут: «Росатом» строит завод в Калининграде по производству литий-ионных батарей для транспорта, об освоении месторождения в Мурманской области я уже писал. Исследователи из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и МГУ работают, в том числе, и над технологиями для натрий-ионных аккумуляторов. И всё же у меня сложилось впечатление, что мы не до конца понимаем перемены, которые происходят в мире в сфере энергетики. Или, лучше сказать, не хотим их замечать.
За последний век мы в России привыкли, что именно нефть и газ являются движущей силой экономики, нашим главным ресурсом и аргументом. Поэтому у нас до сих пор чувствуется несколько снисходительное отношение к альтернативной энергетике: какие-то ветряки, солнечные панели и «батарейки», которые чуть что норовят сломаться или остановиться из-за природных факторов. То ли дело старые добрые нефтепродукты. Но что если лет так через двадцать автомобили, корабли и самолёты, использующие двигатели внутреннего сгорания, будут выведены из эксплуатации как класс? Что мы будем делать тогда? Так что настала пора начать по-новому относиться к тенденциям в сфере энергетики. Разработка месторождений новых энергетических материалов, исследовательские работы в этой области, конструкторские работы и опытное производство должны занять приоритетное положение. Ведь очень похоже, что именно здесь создаётся будущее, и нам нельзя от него отстать.
