Научен пробив: Нова технология прави добива на литий двойно по-евтин

Изследователи от Станфордския университет са разработили нов метод за извличане на литий от солената вода, който е по-ефективен, рентабилен и екологичен в сравнение с традиционните технологии. Методът на електродиализа с окислително-редукционна връзка (RCE) позволява извличането на литий с висока селективност и с по-малко ресурси – електроенергия, вода и химикали. Този подход намалява разходите за извличане на литий до 3500-4400 долара на тон, в сравнение с 9100 долара на тон при традиционния метод, и може да се прилага за различни източници на солена вода.

Търсенето на литий бързо нараства поради развитието на електрическия транспорт и възобновяемата енергия. Според доклад на McKinsey & Co търсенето ще нарасне от 500 000 тона през 2021 г. до приблизително 3-4 милиона тона през 2030 г. Основният метод за извличането му е изпаряването на солеви разтвори в открити басейни под въздействието на слънцето в продължение на година или повече. Този продължителен и ресурсоемък процес често е съпроводен с използването на токсични химикали. Освен това методът е силно зависим от климатичните условия. Естествените източници на литий включват солени езера и горещи извори. Веществото може да бъде и страничен продукт на нефтената и газовата промишленост и на обезсоляването на морската вода.

Учените разработват нови методи за извличане на литий, които ще бъдат по-евтини, по-ефективни и по-безопасни за околната среда. Обещаващо направление е директното извличане на литий, при което отпада необходимостта от големи изпарителни басейни. Новото проучване предлага използването на редокс-свързана електродиализа (RCE) за тази цел. Разработчиците го наричат „обещаваща алтернатива на съществуващите методи за извличане и потенциална промяна във веригата за доставка на литий“.

Новият метод използва електричество за преместване на лития през твърдотелна електролитна мембрана от вода с ниска концентрация на литий към по-концентриран и чист разтвор. Всяка клетка в системата постепенно увеличава концентрацията на литий, като опростява крайното химическо изолиране. Този подход изисква по-малко от 10% електроенергия в сравнение с настоящите технологии за извличане на литий от солниците и осигурява почти 100% литиева селективност.

Изследователите изчислиха, че новият метод може да произвежда литиев хидроксид с висока чистота на цена от 3500-4400 долара на тон. Такъв хидроксид може лесно да се превърне в литиев карбонат за батерии. Традиционният метод за извличане на литий от солници е много по-скъп и струва около 9100 долара на тон. В същото време настоящата пазарна цена на литиевия карбонат е 15 000 долара на тон, но в периоди на недостиг може да достигне 80 000 долара на тон. Основният фактор за намаляване на разходите е премахването на използването на скъпи слънчеви изпарителни басейни. Потреблението на ресурси като електроенергия, вода и химикали също е значително намалено. Новият подход не изисква използването на земя, което намалява екологичния отпечатък от производството на литий.

Методът може успешно да бъде мащабиран. Дори когато бъде увеличен четири пъти, той запазва висока ефективност и селективност, което е обещаващо за промишлени приложения. Технологията е приложима за широк спектър от солени води, различаващи се по съдържанието на литий, натрий и калий. Експериментите показват, че методът може да извлича литий например от отпадъчните води при добив на нефт. Потенциално той може да се използва за извличане на литий от морската вода, която има по-ниски концентрации на литий от солниците. Понастоящем това не е икономически целесъобразно.

Въпреки постигнатите резултати учените имат още работа за вършене. Експериментите с двете версии на метода показаха, че по-бързите темпове на извличане на литий са свързани с по-висока консумация на енергия и по-бързо разграждане на мембраната. По-бавното извличане, въпреки че е по-малко продуктивно, води до по-дълъг живот на мембраната и по-ниски експлоатационни разходи. В бъдеще изследователите планират да оптимизират дизайна на устройството, за да ускорят процеса на извличане на литий, без да се нарушава стабилността на мембраната.