Vědci objevili rychlejší a čistší způsob těžby lithia pro baterie elektromobilů

Foto: Columbia Engineering

Nový přístup k těžbě lithia

Vědci z Columbia Engineering objevili nový způsob těžby lithia, který by mohl učinit výrobu baterií pro elektromobily čistší, levnější a rychlejší. Tento průlomový postup by mohl pomoci vyřešit jeden z nejšpinavějších problémů čisté energie. Výzkumníci vyvinuli rychlou techniku, která získává lithium přímo ze slaných podzemních solanek pomocí teplotně citlivého rozpouštědla, čímž se vyhýbají obrovským odpařovacím nádržím, které mohou trvat roky a vyčerpávají cenné vodní zdroje. Ještě lepší je, že tato metoda funguje na nízkokvalitních zdrojích lithia, které současné technologie těžko využívají.

Autor původního článku: Grant Currin

Významný posun v těžbě lithia

Poptávka po lithiu roste, jak automobilky zvyšují produkci elektromobilů a energetické společnosti staví větší bateriové systémy na podporu větrné a solární energie. Současné metody těžby lithia jsou však pomalé a ekologicky nákladné. Pracují nejlépe s vysoce kvalitními ložisky, která se nacházejí pouze v omezeném počtu regionů, a zároveň spotřebovávají obrovské množství půdy a vody.

Vědci z Columbia Engineering nyní vyvinuli novou techniku těžby lithia, která by mohla urychlit produkci, snížit znečištění a využít rezervy, které současné technologie těžko přístupují. Jejich zjištění, publikovaná v časopise Joule, popisují proces nazvaný selektivní extrakce pomocí přepínatelného rozpouštědla, nebo S3E (vyslovuje se S tři E). Tato metoda používá teplotně citlivé rozpouštědlo k získávání lithia přímo ze slaných podzemních solanek, i když jsou koncentrace lithia nízké nebo smíšené s jinými minerály, které je obtížné oddělit.

Výhody nové metody S3E

Podle výzkumného týmu S3E prokázala během testování působivou selektivitu. Systém extrahoval lithium rychlostí až 10krát vyšší než sodík a 12krát vyšší než draslík. Také odstranil hořčík, jeden z nejběžnějších kontaminantů v lithných solankách, prostřednictvím chemického srážení, které odděluje nežádoucí materiál. Na rozdíl od mnoha současných systémů přímé těžby lithia S3E nezávisí na specializovaných vazebných chemikáliích nebo velkém množství následného zpracování. Místo toho spoléhá na jedinečný způsob, jakým lithium interaguje s molekulami vody uvnitř rozpouštědla, které mění chování v závislosti na teplotě. Při pokojové teplotě rozpouštědlo absorbuje lithium a vodu ze solanky. Po zahřátí systém uvolňuje vyčištěné lithium a vodu a regeneruje rozpouštědlo, takže jej lze opakovaně používat.

Problémy současné těžby lithia

Asi 40 % světové zásoby lithia pochází ze slaných podzemních solanek nacházejících se pod pouštními oblastmi. Většina producentů se spoléhá na solární odpařování, proces, který čerpá solanku do obrovských venkovních nádrží a nechává ji vystavenou slunci po měsíce nebo dokonce roky, dokud se neodpaří dostatek vody. Tento přístup je silně závislý na suchém klimatu, rovném terénu a rozlehlých plochách půdy, což jej činí praktickým pouze na vybraných místech, jako je chilská poušť Atacama a části Nevady. Také vyžaduje značné využití vody v již tak vodou stresovaných regionech.

„Solární odpařování samo o sobě nemůže uspokojit budoucí poptávku,“ řekl Ngai Yin Yip, La Von Duddleson Krumb Associate Professor of Earth and Environmental Engineering na Columbia University. „A existují slibné solanky bohaté na lithium, jako ty v kalifornském Salton Sea, kde tuto metodu nelze vůbec použít.“

Budoucnost těžby lithia

Vědci testovali systém pomocí syntetických solanek navržených tak, aby napodobovaly podmínky v kalifornském Salton Sea, geotermální oblasti, o které se věří, že obsahuje dostatek lithia na zásobení více než 375 milionů baterií pro elektromobily. Po čtyřech cyklech extrakce pomocí stejné dávky rozpouštědla tým získal téměř 40 % lithia. Výsledky naznačují, že technologie by mohla nakonec podporovat nepřetržitý velkoplošný provoz.

„Toto je nový způsob přímé těžby lithia,“ řekl Yip. „Je rychlý, selektivní a snadno škálovatelný. A může být poháněn nízkoteplotním teplem z odpadních zdrojů nebo solárních kolektorů.“

Výzkumníci zdůraznili, že projekt je stále ve fázi důkazu konceptu a ještě nebyl plně optimalizován pro účinnost nebo maximální obnovu lithia. Přesto věří, že S3E by se mohla stát životaschopnou alternativou k odpařovacím nádržím a těžbě tvrdých hornin, které v současnosti dominují světové produkci lithia navzdory jejich ekologickým nevýhodám.

Čistší těžba lithia pro přechod na čistou energii

S rostoucí poptávkou po bateriích po celém světě se čistší technologie těžby lithia mohou stát stále důležitějšími pro přechod na čistou energii. „O zelené energii mluvíme pořád,“ řekl Yip. „Ale zřídka mluvíme o tom, jak špinavé jsou některé dodavatelské řetězce. Pokud chceme skutečně udržitelný přechod, potřebujeme čistší způsoby, jak získat materiály, na kterých závisí. Toto je jeden krok tím směrem.“