Lithium – prvek budoucnosti?

K čemu potřebujeme lithium? Proč je někdy označováno za prvek budoucnosti?

Omezení produkce skleníkových plynů a snaha o snížení využívání fosilních paliv. Věty, které slýcháváme v poslední době často. Zní to poměrně snadně, ale cesta je to celkem trnitá, lemovaná zelenou politikou. Každopádně lithium je prvek, který se v této souvislosti často skloňuje – jedná se o kritickou surovinu stěžejní pro výrobu akumulátorů se širokým spektrem využití – od notebooků po elektromobily, stalo se synonymem pro udržitelnou energii. Budeme v konečném důsledku právě díky lithiu dýchat čistší vzduch?

Objev lithia je připisován švédskému chemikovi Johanu Augustovi Arfwedsonovi, ten jej objevil roku 1817 v minerálu petalit (LiAlSi₄O₁₀). Název prvku navrhnul Berzelius, a to odvozením od řeckého slova lithos – kámen. V zemské kůře se vyskytuje v koncentraci asi 65 ppm. Lithium je alkalický kov s vynikající tepelnou a elektrickou vodivostí. Je vysoce reaktivní (na vzduchu samovolně oxiduje – hoří), proto se v přírodě nevyskytuje samostatně, ale pouze ve sloučeninách. Jeho zdrojem jsou minerály (rudy) a roztoky solných jezer (solanky). Lithium barví plamen karmínově červeně, čehož se využívá v pyrotechnice. Stopové množství lithia máme i v našem těle, a to přibližně v koncentraci 70 nmol/l (příjem z potravy, vody). Na světových trzích se cena lithia vyjadřuje v jednotkách ekvivalentu lithného karbonátu (LCE, neboli Lithium Carbonate Equivalent). Lithium je nejlehčí kov na Zemi vůbec – hustota 534 kg/m³, čehož využívá materiálová věda. Kov je to navíc velice měkký (dá se krájet nožem). Jeho slitiny s hliníkem, hořčíkem, kadmiem, mědí a manganem jsou pevné a mechanicky značně odolné. Proto si je oblíbili například výrobci družic či raket, ale i letecký průmysl. Kupříkladu zatímco hustota hliníku je 2 700 kg/m³, přídavek 1 % lithia snižuje hustotu slitiny vzhledem k hliníku o 3 %, ale poměr tuhosti k hustotě zvyšuje o celých 10 %. A nižší hustota, byť „jen“ o 3 %, může znamenat u obrovských letadel úsporu několika tisíců tun paliva ročně. Právě letecký průmysl v poslední době využívá slitin hliníku a lithia (s příměsí mědi, hořčíku či zinku) při konstrukci nových typů letadel. Mají ideální poměr mezi pevností a houževnatostí. Bere se v úvahu i ekologické hledisko – kovové slitiny se recyklují oproti doposud používaným uhlíkovým kompozitům přeci jen snadněji.

V padesátých letech minulého století se sloučeniny lithia (Li₂CO₃) začaly uplatňovat v medicíně, a to při léčbě maniodepresivních stavů, které se projevují výraznými výkyvy nálad. Podáváním lithia se snižuje riziko sebevražedných tendencí, zklidňuje také mánickou fázi. Paradoxně se stále přesně neví, jaký konkrétní mechanismus za jeho působením stojí.

Od devadesátých let dvacátého století význam lithia vzrost hlavně v souvislosti s jeho využitím v bateriích (kovové lithium zde funguje jako anoda) a akumulátorech (lithiové ionty jsou vloženy do materiálu elektrody, dají se mnohonásobně nabíjet). Bez lithia by se dnes neobešla řada elektronických zařízení, například mobilní telefony, notebooky či tablety. Lithium je klíčovou komponentou elektromobilů a baterií pro krátkodobou akumulaci elektřiny. V domácnosti se toho dá využít např. při transformaci energie ze solárních panelů, kde je potřeba energii skladovat a pak postupně spotřebovávat. Bateriová úložiště mohou vyrovnávat i výkyvy elektrické sítě – prvním velkokapacitním úložištěm v České republice je baterie v Mydlovarech (kapacita 1,8 MWh), kde se dá ukládat i elektřina vyrobená z obnovitelných zdrojů. Limitujícím faktorem obecně však zůstává energetická hustota lithiových akumulátorů, a to hlavně u elektromobilů, kde se počítá každý kilogram hmotnosti automobilu navíc, ale to by bylo téma na samostatný článek.

Z hlediska širokého využití se tedy začaly zkoumat zdroje lithia – velká ložiska leží v Chile, Austrálii, Argentině, Číně či v Zimbabwe. Nicméně i u nás, konkrétně v severozápadních Čechách kolem města Cínovec, leží zajímavé zásoby lithiových rud (od středověku se zde těžil cín, pak i wolfram). Mělo by se jednat o cca 3-5 % celosvětových zásob lithia, představuje tedy jedno z největších nalezišť lithia v Evropě. Průzkumy tam aktuálně provádí a těžit by tam měla společnost Geomet (majoritním vlastníkem je skupina ČEZ), rozhodnutí o těžbě by mělo padnout do konce roku 2023. Hlavním úkolem vlády České republiky by mělo být zamezit tomu, aby užitky z těžby neodplynuly do zahraničí a doma nezbyly pouze případně následky v krajině (stejně jako u jiných těžeb, i zde se určitou měrou do krajiny promítají). Na těžbu by měl navazovat projekt Gigafactory – v bývalé elektrárně Prunéřov by měla vzniknout továrna, kde by se lithium vytěžené na Cínovci zpracovávalo na výrobu lithiových baterii pro elektromobily. To je ale stále předmětem jednání.

I když se o lithiových bateriích (hlavně v souvislosti se zelenou ekonomikou) mluví čím dál více, těžko říct, zda se nejedná o určitý „boom“, který bude časem opadat. Celá řada odborníků doufá spíše ve skladování energie ve formě vodíku či syntetického lihu, což by teoreticky umožnilo skladovat energii neomezeně. Každopádně nikdo nemůže lithiu už teď upřít jeho obrovský podíl na materiálové revoluci a i přes všechny nežádoucí účinky i podíl na zlepšení kvality života psychiatrických pacientů.

Literatura

https://www.osel.cz/8790-lithium-prodluzuje-zivot-o-16.html

https://www.eon.cz/mydlovary/

Miroslav Raab: Materiály a člověk, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2020