Strašiaci z tábora ochrancov Zeme hovoria o devastačnej ťažbe hornín potrebných k získaniu prvkov Nikel, Kobalt, Mangán a Grafit. Pravdou však je, že v porovnaní s ťažbou železa, medi, uhlia, drahokamov ide o zanedbateľné množstvá spracovávaných hornín. V minulosti aj dnes pri ťažbe zlata, drahých kovov a vzácnych nerastov prichádzalo a prichádza k zdravotnej ujme oveľa vyššie množstvo osôb ako je tomu v prípade prvkov pre elektrobatérie.

Taktiež načúvame kuvikaniu z ich strany, že ide o zdroje obmedzené a tým pádom aj vyčerpateľné. Na druhej strane volajú po ochrane prírody, po zastavení používania fosílnych palív a to jak v energetike, tak v bežnom živote občana. Elektromobilita je pritom cestou ako tento cieľ dosiahnuť.

Len pre pripomenutie si opäť uvedieme koľko treba materiálu na výrobu jednej 100 kWh batérie pre elektromobil. Presné množstvá jednotlivých prvkov v batérii závisia od konkrétneho zloženia a výrobného procesu, ktoré nie sú verejne dostupné. Avšak na základe všeobecných údajov pre NMC batérie je možné poskytnúť približný odhad, Lítium 8 – 10 kg, Nikel 50 – 60 kg, Mangán 5 – 10 kg, Kobalt 5 – 10 kg.

Obsah prvkov v horninách

Niklové a kobaltové rudy
Laterity: Obsahujú nikel a kobalt v nízkych koncentráciách (0,5 – 2 % niklu, 0,02 – 0,2 % kobaltu). Sulfidické rudy: Obsahujú vyššie koncentrácie niklu (1 – 3 %) a kobaltu (0,05 – 0,3 %).
Mangánové rudy
Sedimentárne ložiská: Obsahujú mangán v rôznych formách (oxid manganičitý, uhličitan mangánatý) s koncentráciou 20 – 40 % mangánu.
Noduly (nerastné útvary rastúce extrémne pomaly, ložiská kovov) z morského dna: Obsahujú mangán, nikel, kobalt a meď.
Grafitové ložiská
Kryštalický grafit: Vyskytuje sa v metamorfovaných horninách, obsah grafitu sa môže pohybovať od 10 % do 40%.
Amorfný grafit: Vyskytuje sa v sedimentárnych horninách, obsah grafitu je zvyčajne nižší.

Ak hornina obsahuje 1 % niklu, potom 10 ton horniny obsahuje 100 kg niklu.
Ak hornina obsahuje 0,1 % kobaltu, potom 10 ton horniny obsahuje 10 kg kobaltu.
Ak hornina obsahuje 20% mangánu, tak 10 ton horniny obsahuje 2 000 kg mangánu.
Ak hornina obsahuje 20% grafitu tak 10 ton horniny obsahuje 2 000 kg grafitu.

Iba pripomínam, že 10 ton predstavuje nosnosť jednej nenaplnenej Tatry 813. Tá uvezie 13 – 16 ton materiálu a ťahač Tatry 813 môže odtiahnuť až sto tonový náves.

Postupy selekcie jednotlivých prvkov pre elektrobatérie

Batérie do elektromobilov sú zložené z rôznych materiálov ako sme si uviedli v minulom článku. Aby sme ich z vyťažených hornín dostali v použiteľnej forme a mohli pristúpiť k finálnej montáži postupuje sa týmito procesmi:
Ťažba – z rudy alebo solanky.
Selekcia – flotácia, magnetická separácia, odparovanie.
Rafinácia – hydrometalurgia, pyrometalurgia.
Lúhovanie – Používa sa na rozpustenie kovov z lateritických rúd pomocou kyselín alebo iných chemikálií.
Elektrolýza – Používa sa na získanie čistých kovov z roztokov.
Syntéza katódového materiálu – chemická konverzia.
Výroba batériových článkov – nanášanie vrstiev, montáž.

Ťažba a získavanie surovín

Každý z potrebných prvkov sa nachádza v rôznych typoch rúd:

Lítium – získava sa zo spodumenových ložísk (tvrdé horniny – Austrália, Kanada, Zimbabwe) alebo z soľných plání (solanky – Čile, Argentína, Bolívia tzv. „Lítiový trojuholník“).
Miesta rafinácie sa nachádzajú v krajinách:
Austrália – stále viac spracováva lítium lokálne (napr. Tianqi Lithium v Kwinane).
Čína – dominuje v rafinácii (80 % celosvetového spracovania).
Južná Kórea, Japonsko, USA – rozvíjajú kapacity na čistenie lítia.

Nikel – pochádza z lateritových rúd alebo sulfidických rúd. Ťaží sa najmä v Rusku, Indonézii, Filipíny, Kanada, Austrálii.
Miesta rafinácie sa nachádzajú v krajinách:
Indonézia a Filipíny – nové HPAL závody pre spracovanie lateritových rúd.
Čína – spracováva značnú časť niklu na batériové zlúčeniny.
Kanada, Fínsko – spracovávajú vysokokvalitné nikel-sulfidové rudy.

Mangán – nachádza sa v oxidoch mangánu a manganitoch. Ťaží sa Južnej Afrike, Gabone, Austrálii, Brazílii.
Miesta rafinácie sa nachádzajú v krajinách:
Čína – najväčší svetový rafinér mangánu (asi 90 % celosvetového spracovania).
Južná Kórea, USA, EÚ – snahy o diverzifikáciu rafinácie.

Kobalt – hlavne vedľajší produkt ťažby niklu a medi, najmä v Demokratickej republike Kongo (DRC), viac ako 70 % svetovej produkcie. Ďalej Rusko, Kanada, Austrália.
Miesta rafinácie:
Čína – spracováva viac ako 75 % celosvetového kobaltu na batériové zlúčeniny.
Fínsko (Umicore), Kanada – spracovávajú malé množstvá mimo Číny.

Foto: Povrchová baňa, viac v popise¹.

Selekcia a obohacovanie rudy

Po vyťažení sa hornina spracováva tak, aby sa oddelili užitočné minerály od odpadového materiálu. To prebieha rôznymi spôsobmi:
Drvenie a mletie – hornina sa rozdrví na menšie častice.
Flotácia (pre sulfidické rudy niklu a kobaltu) – využíva chemikálie na separáciu kovových minerálov.
Gravitačné alebo magnetické separačné procesy (pre mangán) – minerály sa oddeľujú na základe ich hustoty alebo magnetických vlastností.
Selektívne zrážanie a filtrácia (pre lítium zo soľných plání) – solanka sa odparuje a zrážajú sa jednotlivé prvky.

Po týchto procesoch vzniká koncentrát daného prvku, ktorý obsahuje vyšší podiel cieľového kovu.

Chemická úprava a rafinácia

Každý kov sa musí premeniť na chemickú formu vhodnú pre batériový priemysel:
Lítium
Zo spodumenu sa získava kalcináciou a konverziou na síran alebo hydroxid lítia.
Zo solanky sa získava zrážaním uhličitanu lítneho cez odparovanie a úpravy pH.

Nikel
Zo sulfidických rúd sa získava pyrometalurgicky (praženie, tavenie) alebo hydrometalurgicky (vyplachovanie v kyselinách).
Pri lateritových rudách sa používa vysokotlakové louženie (HPAL – High Pressure Acid Leaching).

Mangán
Môže sa čistiť pyrometalurgicky alebo chemicky vylúhovať (vyplachovať) v kyseline sírovej.
Výsledný produkt je najčastejšie síran manganatý (MnSO₄).

Kobalt
Získava sa najmä hydrometalurgickými procesmi (vyplachovanie v kyselinách a extrakcia rozpúšťadlami).
Často sa vyrába ako síran kobaltnatý (CoSO₄).

Výroba katódového materiálu

Spracované kovy sa kombinujú na výrobu aktívneho materiálu pre batérie:
Lítne zlúčeniny (LiOH alebo Li₂CO₃)
Nikel-mangán-kobaltové zlúčeniny (napr. NMC – LiNiMnCoO₂)

Tieto zlúčeniny sa pripravujú v chemických reaktoroch a následne sa kalcinujú, aby sa vytvorili potrebné kryštalické štruktúry.

Výroba batériových článkov

Katóda je elektróda, na ktorej prebieha oxidácia. V lítiovo-iónovom akumulátore je katóda vyrobená z materiálu, ktorý obsahuje ióny lítia, ako napríklad oxid kobaltu (Co₃O₄) alebo oxid mangánu (LiMn₂O₄, LMO), oxid vanádu (LiV₃O₈), oxid železa (LiFePO₄, LFP), oxid titánu (Li₄Ti₅O₁₂), oxid niklu (LiNi₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃O₂, variant NMC).
Anóda je elektróda, na ktorej prebieha redukcia. V lítiovo-iónovom akumulátore je anóda vyrobená z materiálu, ktorý dokáže absorbovať ióny lítia, ako napríklad grafit.
Elektrolyt je roztok soli lítia v organickom rozpúšťadle. Umožňuje prenos iónov lítia medzi katódou a anódou a zároveň podporuje chemické reakcie, ktoré prebiehajú v akumulátore.
Separátor je tenká membrána, ktorá oddeľuje katódu a anódu akumulátora. Je vyrobená z materiálu, ktorý je priepustný pre ióny lítia, ale nepriepustný pre elektróny. To umožňuje iónom lítia pretekať medzi katódou a anódou, čím sa vytvára elektrický prúd.

Posledným krokom je zostavenie batériových článkov a testovanie ich kapacity a bezpečnosti.

Prečo sa rafinácia nerobí vždy v mieste ťažby?

Dôvodov je hneď viacero. Ide najmä o chýbajúcu infraštruktúru – v rozvojových krajinách (napr. DRC) nie sú moderné rafinérie. Náklady na spracovanie sa snažia znížiť lacnejšou pracovnou silou a tiež dostupné chemikálie v Číne znižujú náklady. Environmentálne regulácie – prísnejšie normy v EÚ a USA obmedzujú lokálnu rafináciu. V neposlednom rade je jedným z dôvodov kontrola dodávateľského reťazca. Krajiny ako Čína si zabezpečili dominantnú pozíciu v rafinácii, čím kontrolujú trh.

Našli sme už všetky zdroje týchto prvkov na zemi?

Je veľmi pravdepodobné, že budú objavené nové ložiská surovín pre batérie, a to z niekoľkých dôvodov. Technologický pokrok umožňuje objaviť nové ložiská. Lepšie prieskumné metódy (napr. hyperspektrálne satelity, AI pri analýze geologických dát) umožňujú objaviť ložiská, ktoré boli predtým skryté. Doterajší geologický prieskum sa sústredil na povrchové a blízko povrchové ložiská. Moderné technológie umožňujú objavovať suroviny v hĺbke niekoľkých kilometrov. Na dne oceánov sa nachádzajú obrovské zásoby niklu, kobaltu, mangánu a medi vo forme tzv. mangánových konkrecií a hydrotermálnych sulfidov (Clarion-Clipperton zóna (Tichý oceán) – obsahuje obrovské množstvá mangánu, niklu a kobaltu).

Možné riešenia a alternatívy

Existujú aj rozsiahle oblasti s potenciálom bohatých ložísk, ktoré neboli dôkladne preskúmané kvôli politickým, technologickým alebo environmentálnym obmedzeniam. Spomeňme napríklad Grónsko bohaté na niklové a kobaltové rudy. Antarktídu, ktorá obsahuje obrovské zásoby minerálov, ale ťažba je zakázaná (Antarktická zmluva). Ukrajina, ktorej niektoré jej ložiská (lítium, nikel) neboli zatiaľ plne preskúmané. Uvádza sa však, že disponuje významnými ložiskami kľúčových surovín potrebných pre výrobu batérií do elektromobilov, ako sú lítium, kobalt, nikel a mangán. Podľa odhadov má Ukrajina približne 500 000 ton lítia, čo ju radí medzi krajiny s najväčšími zásobami tohto kovu v Európe. ²

Budúcnosť je aj v recyklácii

Hoci sa recyklácia nerovná ťažbe, v budúcnosti môže byť dôležitým zdrojom batériových kovov. Napríklad v Nórsku a Belgicku už vznikajú závody na recykláciu batérií, ktoré môžu poskytnúť až 50 % potrebného lítia a kobaltu. Ako sa budú zvyšovať množstvá vyťažených a využitých prvkov, bude úmerne rásť aj produkcia recyklovanej formy. Aj keď sa nepredpokladá, že raz príde k situácii kedy sa medzi spotrebu a recykláciu dostane rovnítko rovná sa (=), predsa len je recyklácia jedným z riešení ako zachovať čo najdlhšie zdroje v nevyčerpanom stave.

Pozri článok Ťažba surovín pre batérie do elektromobilov

Zdroje
1 Foto: Tyna Janoch excavator-2781676 In: In: PIXABAY, A CANVA GERMANY GMBH BRAND. [online]. 2025. Dostupné z: https://pixabay.com/photos/excavator-wheel-extraction-coal-2781676/ [cit. 2025-02-27]
2 Facta Pro Futura Online. Dostupné z: https://www.factaprofutura.com/l/nerastne-bohatstvo-ukrajiny/ [cit. 2025-02-27].

Údaje použité v článku sú verejne dostupné v rámci informácií z médií, pre dohľadanie zadávajte autorom použité kľúčové slová.