Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ ανέπτυξαν μια «φθηνή» μέθοδο εξόρυξης λιθίου από θαλασσινό νερό, η οποία, όπως ισχυρίζονται, θα μπορούσε να οδηγήσει σε βιώσιμη εξόρυξη αυτού του ορυκτού που αποτελεί το ‘κλειδί’ για την παγκόσμια μετάβαση στην καθαρή ενέργεια.
Η παγκόσμια ζήτηση σε λίθιο που χρησιμοποιείται στην παραγωγή πολλών τύπων μπαταριών έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια. Η παραγωγή του μετάλλου εκτιμάται ότι θα ανέλθει από περίπου μισό εκατομμύριο μετρικούς τόνους που ήταν το 2021 σε περίπου 4 εκατομμύρια μετρικούς τόνους έως το 2030, σύμφωνα με έκθεση της McKinsey & Co. Αυτή η απότομη αύξηση οφείλεται κυρίως στην ταχεία υιοθέτηση ηλεκτρικών οχημάτων και των συστημάτων αποθήκευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η λειτουργία των οποίων βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στις μπαταρίες λιθίου.
Παραδοσιακά, το λίθιο εξάγεται από πετρώματα με μια δαπανηρή και ενεργοβόρα διαδικασία που απαιτεί τη χρήση τοξικών χημικών ουσιών. Τελευταία, οι ανθρακωρύχοι παράγουν λίθιο από λίμνες εξάτμισης συμπυκνωμένου αλατιού που περιέχει το μέταλλο. Όλα αυτά απαιτούν χρόνο – συχνά έως και δύο χρόνια, ενώ η διαδικασία καθαρισμού είναι πολύπλοκη και αναποτελεσματική. Ως συνέπεια, μόνο το 30% περίπου του λιθίου της αρχικής άλμης φτάνει στην αγορά. Αυτή η μέθοδος συνεπάγεται επίσης υψηλό οικονομικό και περιβαλλοντικό κόστος και επιπλέον εξαρτάται από συγκεκριμένες κλιματικές συνθήκες και από τη διαθεσιμότητα των αλυκών. Νερό με υψηλή συγκέντρωση αλάτων, συμπεριλαμβανομένου του λιθίου, εμφανίζεται και σε ορισμένες φυσικές λίμνες, θερμές πηγές και υδροφορείς, αλλά και ως υποπροϊόν των εργασιών πετρελαίου και φυσικού αερίου και της αφαλάτωσης του θαλασσινού νερού.
Οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και καιρό λιγότερο δαπανηρές, πιο αποτελεσματικές και πιο φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους εξόρυξης λιθίου και μια ομάδα του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ τώρα ισχυρίζεται ότι βρήκε μία.
Η νέα μέθοδος εξόρυξης λιθίου από άλμη κοστίζει κατά 40 % λιγότερο από την επικρατούσα μέθοδο, είπαν οι ερευνητές. Ο καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών Yi Cui και η ομάδα του χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό για να μεταφέρουν το λίθιο μέσω μιας μεμβράνης ηλεκτρολυτών στερεάς κατάστασης από νερό με χαμηλή συγκέντρωση λιθίου σε ένα πιο συμπυκνωμένο διάλυμα υψηλής καθαρότητας. Η απομόνωση του λιθίου από αυτό το συμπυκνωμένο διάλυμα είναι πολύ πιο εύκολη, λένε οι επιστήμονες.
Αυτή η προσέγγιση που ονομάζεται ηλεκτροδιάλυση ζεύγους οξειδοαναγωγής (RCE) χρησιμοποιεί λιγότερο από το 10% της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται από την τρέχουσα τεχνολογία εξόρυξης από άλμη και έχει επιλεκτικότητα λιθίου σχεδόν 100%, καθιστώντας την πολύ αποτελεσματική. Η μέθοδος μπορεί επίσης να μειώσει το ‘σκληρό’ οικολογικό αποτύπωμα της παραγωγής λιθίου.
«Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει η προσέγγισή μας σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές εξόρυξης λιθίου ενισχύουν τη φιλικότητα προς το περιβάλλον και την οικονομικά αποδοτική παραγωγή λιθίου», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Rong Xu σε ένα σχετικό δελτίο τύπου. «Τελικά, ελπίζουμε ότι η μέθοδός μας θα προωθήσει σημαντικά την ηλεκτροκίνηση και την ικανότητα αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας».
Η μέθοδος RCE λειτουργεί με μια ποικιλία αλατούχων νερών, συμπεριλαμβανομένων αυτών με ποικίλες συγκεντρώσεις λιθίου, νατρίου και καλίου. Τα πειράματα δείχνουν ότι η νέα τεχνολογία μπορεί να εξάγει λίθιο από λύματα που προέρχονται από την παραγωγή πετρελαίου και ενδεχομένως από το θαλασσινό νερό, μια διαδικασία που δεν είναι εμπορικά βιώσιμη σήμερα.
«Οι τεχνικές άμεσης εξόρυξης λιθίου όπως η δική μας έχουν αναπτυχθεί εδώ και λίγο καιρό. Όμως, οι κύριες ανταγωνιστικές τεχνολογίες μέχρι σήμερα έχουν σημαντικά μειονεκτήματα, όπως αδυναμία συνεχούς λειτουργία και υψηλό ενεργειακό κόστος», δήλωσε ο Ge Zhang, άλλος συγγραφέας της μελέτης. «Η μέθοδός μας δείχνει να μην έχει κανένα από αυτά τα μειονεκτήματα».
Ωστόσο, οι ερευνητές επισημαίνουν ότι ορισμένα «προβλήματα σταθερότητας» στη μεμβράνη κατά τη χρήση θαλασσινού νερού πρέπει να αντιμετωπιστούν σε περαιτέρω μελέτες, αλλά η τεχνολογία αποδίδει καλά και αποτελεσματικά ακόμη και όταν κλιμακώνεται τετραπλά, είπε ο Yi Cui, ένας από τους ερευνητές. «Αυτό υποδηλώνει ότι η μέθοδος θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα, καθιστώντας την μια βιώσιμη εναλλακτική λύση στις τρέχουσες τεχνολογίες εξόρυξης», είπε ο Yi.
Οι ερευνητές πειραματίστηκαν με δύο εκδοχές της μεθόδου τους. Η μια εξήγε το λίθιο πιο γρήγορα χρησιμοποιώντας περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια, ενώ η άλλη ήταν πιο αργή και χρησιμοποιούσε λιγότερο ρεύμα. Η πιο αργή εξόρυξη είχε ως αποτέλεσμα χαμηλότερο κόστος και σταθερότερη μεμβράνη για τη αδιάκοπη μεταφορά του λιθίου και για μεγάλο χρονικό διάστημα, σε σύγκριση με την ταχύτερη εξόρυξη. Υπό υψηλές πυκνότητες ρεύματος και υπό ταχύτερη ροή νερού, οι μεμβράνες υποβαθμίστηκαν, οδηγώντας σε μειωμένη απόδοση με την πάροδο του χρόνου. Παρόλο που αυτό δεν ήταν εμφανές στο πείραμα πιο αργής εξόρυξης, οι ερευνητές θέλουν να βελτιστοποιήσουν το σχεδιασμό της συσκευής τους για να επιταχύνουν την διαδικασία. Ήδη δοκιμάζουν άλλα πολλά υποσχόμενα υλικά για τη μεμβράνη. Επίσης, οι ερευνητές δεν υπέδειξαν εξόρυξη λιθίου από θαλασσινό νερό σε αυτή τη μελέτη.
Η νέα μέθοδος που περιγράφεται στο επιστημονικό περιοδικό Matter θα μπορούσε να κοστίσει περίπου 4.500 δολάρια ανά τόνο ανθρακικού λιθίου κατηγορίας μπαταρίας σε σύγκριση με τα 9.100 δολάρια ανά τόνο που κοστίζει όταν εξάγεται από άλμη. Η τρέχουσα τιμή αγοράς για ανθρακικό λίθιο ποιότητας μπαταρίας είναι σχεδόν 15.000 $ ανά τόνο, αλλά μια έλλειψη στα τέλη του 2022 οδήγησε την ευμετάβλητη τιμή της αγοράς λιθίου στα 80.000 $. Η νέα τεχνολογία, σύμφωνα με τους επιστήμονες, θα ήταν επίσης πολύ πιο αξιόπιστη και βιώσιμη γενικότερα στη χρήση του νερού, των χημικών και της γης από σημερινές τεχνολογίες.
Πηγή: Stanford
