Potražnja za materijalima za baterije raste u kontekstu evropske elektrifikacije, pri čemu se ključni izazovi odnose na obezbeđivanje stabilnih izvora, preradu i smanjenje zavisnosti od pojedinačnih dobavljača. U procenama potrošnje do 2050. godine, grafit i litijum beleže posebno izražene skokove, dok se struktura potražnje za kobaltom menja u korist baterija sa većim udelom nikla. Istovremeno, regulatorni okvir EU usmerava industriju ka jačanju domaćih kapaciteta kroz rudarstvo, rafinaciju i preradu strateških sirovina.
Studija JRC-a o foresight-u, koja prognozira potražnju materijala do 2050. godine i analizira zavisnosti lanca snabdevanja, naglašava potrebu za diverzifikacijom i otpornijim izvorima metala. Prema tim projekcijama, potražnja za grafitom raste za 45% do 2030. i za 85% do 2050. godine, dok se litijum povećava za 100% do 2030. i potencijalno za 170% do 2050. godine. Za kobalt se očekuje da će potražnja za baterije činiti gotovo 60% trenutne globalne ponude do 2030, ali da će taj udeo pasti na oko 40% do 2050. zbog pomeranja ka hemijama sa više nikla.
U takvom okruženju, nedavno usvojeni Critical Raw Materials Act (CRMA) postavlja cilj da se smanji ranjivost na uvoz i jedinstvene izvore kroz jačanje domaće proizvodnje i recikliranja. CRMA predviđa da do 2030. kapaciteti prerade u EU pokriju najmanje 40% domaće godišnje potrošnje strateških materijala. Za industriju to znači da tehnološke rute oporavka iz sekundarnih tokova postaju relevantne ne samo zbog dostupnosti sirovina već i zbog usklađivanja sa ciljevima vrednosnog lanca.
Istraživanja u laboratorijskim uslovima pokazuju kako bi se deo tog zadatka mogao adresirati alternativnim procesnim pristupima u odnosu na standardnu hidrometalurgiju. Istraživači SINTEF-a ispituju oporavak litijuma, nikla i kobalta iz sekundarnih sirovina poput crnog masa (black mass), kao i iz primarnih izvora kao što je koncentrat spodumena. Fokus je na molten salt chlorination, odnosno hlorisanju u rastopljenim solima, kao metodi koja može poslužiti kao opcija u lancu prerade.
Tokom eksperimenata korišćena su tri tipa ulaznih materijala: koncentrat spodumena i dve varijante crnog masa (BM). Jedan uzorak BM-a imao je nepoznatu hemiju baterije i prethodnu obradu, dok je drugi BM uzorak poticao iz NMC materijala i prethodno je podvrgnut pirolizi. Razlika u poreklu i pripremi ulaza važna je jer utiče na ponašanje metala tokom termičkih koraka i na efikasnost hlorisanja.
Za koncentrat spodumena istražen je termički rastvorljivost i ponašanje pri topljenju, a rezultati ukazuju na mogućnost potpunog oporavka litijuma u testiranim uslovima. Postignut je 100% prinos litijuma primenom gasa hlora u smeši kalcijum-hlorida, natrijum-hlorida i kalijum-hlorida pri temperaturi od 727°C. Ovaj rezultat daje merljiv pokazatelj performansi procesa na primarnom ulazu.
Kada je reč o crnom masa, najviši prinosi hlorisanja zabeleženi su kod nekalcinovanog materijala. U smeši litijum-hlorida i kalijum-hlorida pri 470°C, prijavljeni su prinosi: Li 64%, Co 22–24%, Ni 22–24%, Cu 83% i Mn 49%. Ovi brojevi ukazuju da se efikasnost procesa razlikuje po elementu i da prethodna obrada ulaza može biti presudan faktor.
Nalazi su predstavljeni na Joint Symposium on Molten Salts u novembru 2023, gde su SINTEF-ovi predstavnici prikazali rezultate ispitivanja hlorisanja u rastopljenim solima za oporavak ciljnih metala. U industrijskoj perspektivi, ovakvi prikazi pomažu da se procene tehnološke mogućnosti procesa kroz konkretne parametre kao što su temperatura, sastav soli i prinosi po elementu. Za planiranje kapaciteta prerade, podaci o prinosima iz sekundarnih tokova posebno su relevantni jer direktno utiču na bilanse materijala u vrednosnom lancu baterija.
S obzirom na to da CRMA traži jačanje preradnih kapaciteta unutar EU do 2030. godine, laboratorijski rezultati o alternativnim procesnim rutama predstavljaju dodatnu referencu za razmatranje načina diversifikacije izvora metala. Povećanje potražnje za litijum-jonskim baterijama oslanjaće se na kombinaciju primarnih izvora i sekundarnih tokova poput crnog masa, dok će promene hemija baterija uticati na relativnu važnost kobalta u budućoj strukturi potražnje. U tom okviru, procesi koji targetiraju oporavak Li, Ni i Co iz različitih ulaza ostaju tehnološki relevantni za industrijske lance prerade.
U narednim godinama, kako se prognozirani rast potrošnje reflektuje na planiranje nabavki i prerade strateških metala, precizni podaci o prinosima po elementu postaju ključni za poređenje tehnoloških opcija. Eksperimentalni rezultati SINTEF-a izdvajaju razlike između primarnog koncentrata spodumena i nekalcinovanog odnosno prethodno obrađenog crnog masa. Na osnovu prikazanih parametara—temperatura od 727°C za spodumen uz postizanje 100% Li, te 470°C za crni mas uz prinos od 64% Li—jasno je da performanse procesa zavise od karakteristika ulaza.
