The Complex Nature of Lithium Extraction - A dynamic material flow analysis to understand supply constraints in the transition to electrified transport
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3026826Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Mange strategier for å redusere utslippene i transportsektoren er i stor grad avhengige av utskiftning av biler fra forbrenningsmotor til litium-ion batteri. Til tross for den geologiske overfloden av litium (Li), har det vært usikkerhet rundt hvor mye og hvor raskt utvinningsystemet kan ekspandere. Denne studien tar sikte på å forstå under hvilke forhold en mangel på Li kan oppstå samt foreslå strategier for hvordan en slik situasjon kan unngås. En dynamisk materialstrømanalyse med drivere fra både tilbuds- og etterspørselssiden av systemet ble gjennomført for perioden 2020-2050. En helhetlig vurdering av geologiske Li-forekomster ble utført, inkludert faktorer for produksjon som miljøinnsats, teknologi og sosial lisensiering. Disse ble brukt til å konstruere regionale Li-forsyningsscenarier under sannsynlige, optimistiske og banebrytende muligheter. Tilbudsscenarier ble aggregert på globalt nivå og sammenlignet med ulike scenarier for Li-etterspørsel. Resirkulering, lavere eierandeler av kjøretøy, mindre batterikapasitet og et skifte bort fra Li-baserte batterier ble utforsket som mulig intervensjoner i etterspørselssystemet. Basert på produksjonsfaktorene som ble vurdert, avdekket scenariene en stor variasjon i fremtidig Li-tilførsel. Uten noen inngrep nærmer eller overskrider Li-etterspørselen grensen for banebrytende tilbud for hele modellens varighet. Selv om alle intervensjoner ble funnet å ha en betydelig innvirkning for å redusere etterspørselen, unngikk ingen enkelt intervensjon behovet for banebrytende tilbudsnivåer. Når alle intervensjoner ble brukt samlet, kunne sannsynlige tilbudsnivåer møte etterspørsel innen 2035, men krevde fortsatt optimistiske tilbudsnivåer frem til da. Denne studien konkluderer med at uten gjennomgående og virkningsfulle endringer i alle deler av Li systemet er det en betydelig risiko for at etterspørselen for Li for elbiler vil overgå mulig tilbudsnivåer både på kort og lang sikt. For å redusere denne risikoen anbefales utvikling av kraftige resirkuleringssystemer samt skalerbare ikke Li baserte batteriteknologier. Det kreves betydelige og umiddelbare investeringer for å forbedre den teknologiske, miljømessige og sosiale ytelsen til Li-utvinningssystemet. Til slutt bør det vurderes å gjøre dype endringer i samfunnets avhengighet av det materialintensive personbilsystemet. Many strategies for lowering emissions in the transportation sector largely rely on the conversion of the vehicle fleet from internal combustion engine (ICE) to lithium-ion battery (LIB) drivetrains. Despite the geologic abundance of lithium (Li), there are concerns that the extractives system may fail to expand at the rate demanded by the planned transition to battery electric vehicles (BEVs). This study aims to understand under what conditions a shortage could occur and suggests strategies for how such a situation could be avoided. A dynamic material flow analysis with drivers from both supply and demand sides of the system was conducted for a model period of 2020-2050. A holistic assessment of geologic Li occurrences was performed which considered factors required for production, including environmental inputs, technology and social licensing. This was used to construct regional Li supply scenarios under probable, optimistic and breakthrough outlook conditions. Supply scenarios were aggregated at a global level and compared with different scenarios of Li demand. Recycling, lower vehicle ownership rates, smaller battery capacities and a shift away from Li-based chemistries were explored as possible interventions in the BEV demand system. Based on the production factors considered, the scenarios revealed a large variation in future Li supply. Without any interventions, Li demand approaches or exceeds the limit of breakthrough supply for the entire model duration. Although all interventions were found to have a significant impact in reducing demand, no single intervention alone avoided the need for breakthrough supply levels. When all interventions were used together, demand was reduced to within probable supply levels by 2035, but still required optimistic supply levels before then. This study found that without impactful changes through all aspects of the system, there is a significant risk that demand for EVs could outstrip supply in the short and long term. To mitigate this risk, the development of robust recycling systems and scalable, non-Li battery technologies is recommended. Significant and immediate investment is required to improve the technological, environmental and social performance of the Li extractives system. Finally, making deep changes to society’s reliance on the material intensive personal vehicle system should be considered.