Znanstveniki so morda našli hitrejši in čistejši način za sprostitev litija, ki poganja revolucijo električnih vozil.

Fakulteta za inženirstvo in uporabne znanosti Univerze Columbia
Prebojna metoda ekstrakcije litija bi lahko pomagala rešiti enega najbolj umazanih problemov čiste energije. Raziskovalci na Columbia Engineering so razvili novo hitro tehniko, ki litij črpa neposredno iz slanih podzemnih slanic z uporabo temperaturno občutljivega topila, s čimer se izognemo ogromnim izhlapevalnim bazenom, ki lahko trajajo leta in izčrpavajo dragocene zaloge vode. Še bolje, metoda deluje na nizkokakovostnih virih litija, ki jih trenutne tehnologije težko uporabljajo.

Povpraševanje po litiju strmo narašča, saj proizvajalci avtomobilov povečujejo proizvodnjo električnih vozil, energetska podjetja pa gradijo večje baterijske sisteme za podporo vetrne in sončne energije. Vendar pa je proizvodnja litija še vedno počasen in okoljsko drag proces. Trenutne metode pridobivanja najbolje delujejo z visokokakovostnimi nahajališči, ki jih najdemo le v omejenem številu regij, hkrati pa porabijo ogromne količine zemlje in vode.

Raziskovalci pri Columbia Engineering so zdaj razvili novo tehniko pridobivanja litija, ki bi lahko pospešila proizvodnjo, zmanjšala onesnaževanje in izkoristila rezerve, do katerih obstoječe tehnologije težko dostopajo.

Njihove ugotovitve, objavljene v reviji Joule , opisujejo postopek, imenovan selektivna ekstrakcija s preklopnim topilom ali S3E (izgovarja se S tri E). Metoda uporablja temperaturno odzivno topilo za neposredno črpanje litija iz slanih podzemnih slanic, tudi kadar so koncentracije litija nizke ali pomešane z drugimi minerali, ki jih je težko ločiti.

Nova metoda ekstrakcije litija kaže močno selektivnost
Po navedbah raziskovalne skupine je S3E med testiranjem pokazal impresivno selektivnost. Sistem je ekstrahiral litij s hitrostjo do 10-krat večjo kot natrij in 12-krat večjo kot kalij. Prav tako je s kemičnim obarjanjem, ki ločuje neželene snovi, odstranil magnezij, enega najpogostejših onesnaževalcev v litijevih slanicah.

Za razliko od mnogih trenutnih sistemov za neposredno ekstrakcijo litija S3E ni odvisen od specializiranih vezavnih kemikalij ali velikih količin naknadne obdelave. Namesto tega se zanaša na edinstven način interakcije litijevih ionov z molekulami vode znotraj topila, ki spreminja svoje obnašanje glede na temperaturo.

Pri sobni temperaturi topilo absorbira litij in vodo iz slanice. Ko se segreje, sistem sprosti prečiščen litij in vodo, medtem ko regenerira topilo, tako da ga je mogoče večkrat ponovno uporabiti.

Zakaj je trenutna proizvodnja litija problem
Približno 40 % svetovne zaloge litija prihaja iz slanih podzemnih slanic, ki se nahajajo pod puščavskimi območji. Večina proizvajalcev se zanaša na sončno izhlapevanje, postopek, pri katerem se slanica črpa v ogromne zunanje ribnike in jo pusti izpostavljeno soncu mesece ali celo leta, dokler ne izhlapi dovolj vode.

Ta pristop je močno odvisen od suhega podnebja, ravnega terena in velikih površin kopnega, zaradi česar je praktičen le na izbranih mestih, kot sta puščava Atacama v Čilu in deli Nevade. Zahteva tudi znatno porabo vode v regijah, ki so že tako ali tako pod pritiskom zaradi pomanjkanja vode.

»Samo sončno izhlapevanje ne more zadostiti prihodnjemu povpraševanju,« je dejal Ngai Yin Yip, izredni profesor za zemeljsko in okoljsko inženirstvo na univerzi Columbia pri La Von Duddleson Krumb. »In obstajajo obetavne slanice, bogate z litijem, kot so tiste v kalifornijskem Salton Sea, kjer te metode preprosto sploh ni mogoče uporabiti.«

Litij v Salton Sea bi lahko napajal milijone baterij za električna vozila
Za testiranje sistema so raziskovalci uporabili sintetične slanice, zasnovane tako, da posnemajo pogoje v kalifornijskem Salton Sea, geotermalni regiji, za katero velja, da vsebuje dovolj litija za oskrbo več kot 375 milijonov baterij za električna vozila.

Po štirih ciklih ekstrakcije z isto serijo topila je ekipa pridobila skoraj 40 % litija. Rezultati kažejo, da bi tehnologija sčasoma lahko podpirala neprekinjeno delovanje v velikem obsegu.

»To je nov način neposredne ekstrakcije litija,« je dejal Yip. »Je hiter, selektiven in enostaven za uporabo. Poleg tega ga je mogoče napajati z nizkokalorično toploto iz odpadnih virov ali sončnih kolektorjev.«

Raziskovalci so poudarili, da je projekt še vedno v fazi dokazovanja koncepta in še ni bil v celoti optimiziran za učinkovitost ali maksimalno pridobivanje litija. Kljub temu verjamejo, da bi S3E lahko postal izvedljiva alternativa izparilnim bazenom in rudarjenju trdih kamnin, ki trenutno prevladujejo v svetovni proizvodnji litija kljub svojim okoljskim pomanjkljivostim.

Proizvodnja čistejšega litija za prehod na čisto energijo
Ker povpraševanje po baterijah po vsem svetu še naprej narašča, lahko tehnologije za pridobivanje čistejšega litija postanejo vse pomembnejše za prehod na čisto energijo.

»Ves čas govorimo o zeleni energiji,« je dejal Yip. »Vendar le redko govorimo o tem, kako umazane so nekatere dobavne verige. Če želimo resnično trajnosten prehod, potrebujemo čistejše načine za pridobivanje materialov, od katerih je odvisna. To je en korak v to smer.«

Avtor fotografije: Columbia Engineering

Vir: www.sciencedaily.com