Знаете ли вы, что электромобили и практически все остальное, что работает на литиевых батареях, на самом деле не так уж и «зелены», потому что производство лития наносит огромный ущерб планете?
Ученые из Стэнфорда утверждают, что разработали способ извлечения лития из соляных растворов, который намного эффективнее, вдвое дешевле и намного экологичнее существующих методов.
Это хорошие новости по ряду причин. Благодаря электромобилям и системам хранения возобновляемой энергии в будущем нам понадобится гораздо больше лития, а не меньше. Компания по извлечению лития Lilac Solutions оценивает, что только автомобильной промышленности потребуется 20-кратное увеличение поставок лития.
Далее, традиционное извлечение лития требует много ресурсов, включая энергию, землю и воду. При нынешнем положении дел для извлечения одной тонны лития требуется около 500 000 литров воды.
Вам также нужно добывать глубоко в земной коре, чтобы начать, и этот теперь драгоценный ресурс сосредоточен в нескольких местах на земле, таких как Чили и Боливия. Это рецепт катастрофы.
Печальное состояние добычи лития
Подавляющее большинство лития, используемого сегодня для производства батарей, добывается из твердых пород в местах с солончаками, такими как солончаки Салар-де-Атакама в Чили. Вы смотрите на время выполнения около 18 месяцев, чтобы извлечь литий из этих источников.
Это потому, что сначала нужно добыть и закачать богатый минералами рассол в испарительные пруды размером до 10 квадратных миль (26 квадратных километров) каждый. Солнечное излучение испаряет этот рассол, который непрерывно перекачивается из одного пруда в другой, поскольку концентрация химикатов в нем увеличивается. Затем его собирают и отправляют на переработку в литий. Традиционные процессы обычно обеспечивают скорость извлечения лития 40%.
Лучший способ извлечения лития
Исследовательская группа в Школе инженерии Стэнфордского университета под руководством профессора материаловедения и инженерии Йи Цуя разработала подход, известный как «редокс-электродиализ» или RCE.
Извлечение лития из рассола с помощью RCEСтэнфордская школа инженерии
Он работает, используя электричество для транспортировки лития из воды с низкой концентрацией металла в раствор с более высокой концентрацией, пропуская его через твердотельную электролитную мембрану. Это осуществляется через ряд ячеек, каждая из которых увеличивает концентрацию лития до точки, где становится легко изолировать металл.
Насколько это лучше?
У этого подхода есть многочисленные преимущества:
- RCE использует только десятую часть электричества текущих методов извлечения
- Он имеет селективность лития почти 100%, что означает, что он чрезвычайно эффективен.
- В то время как извлечение тонны лития из рассола обычно обходится примерно в 9100 долларов США, с помощью RCE можно добиться этого примерно за 3500–4400 долларов США.
Этот метод также устраняет необходимость в огромных испарительных прудах, что может значительно снизить воздействие извлечения лития на окружающую среду, а также расширить число жизнеспособных источников литиевого рассола по всему миру.
С рассолом, который можно найти в разных местах США, Канады и Европы, работать сложнее: количество токсичных материалов в них, а также их более высокие температуры кипения затрудняют их обработку, но эта новая технология может сделать эти места экономически жизнеспособными.
Конец наших литиевых бед?
Другие эффективные методы прямого извлечения лития (DLE) разрабатываются с 1970-х годов, и некоторые из них были коммерциализированы. CNBC отмечает, что 7% всего лития поступает с помощью относительно устойчивых методов DLE. Несколько компаний, включая Lilac Solutions, EnergyX, Standard Lithium, Sunresin и китайскую CATL, в последнее время разрабатывают и используют методы DLE.
Метод RCE команды Стэнфорда следует по пятам за другим экологически чистым методом, называемым DLE на основе адсорбента. Здесь соли лития из богатого минералами рассола связываются с поверхностью смолы, и их можно смыть с адсорбирующей смолы водой. Говорят, что он эффективен более чем на 90% и не требует дорогостоящей кислоты для связывания лития с инертным материалом.
Однако метод RCE команды Стэнфорда кажется наиболее многообещающим из всех, с его эффективностью, близкой к 100%, более низкими требованиями к электричеству и более низкими эксплуатационными расходами.
Остается выяснить, насколько хорошо процесс RCE масштабируется для удовлетворения спроса, как его можно оптимизировать для быстрого и безопасного извлечения и можно ли его применять к морской воде, содержащей соли лития. Учитывая прогнозируемый рост спроса на литий в ближайшие годы, эта новая умная технология может помочь удовлетворить наш растущий аппетит к литию.
Исследование группы опубликовано в журнале Matter.
