50 posto jeftinija i čišća metoda ekstrakcije litija

Nova tehnologija može ekstrahirati litij iz slane vode uz procijenjeni trošak ispod 40-50% u odnosu na današnju dominantnu metodu ekstrakcije, i uz samo jednu četvrtinu trenutne tržišne cijene litija. Nova bi tehnologija također bila puno pouzdanija i održivija u korištenju vode, kemikalija i tla od današnje tehnologije, prema studiji koju su danas objavili istraživači sa Sveučilišta Stanford u časopisu Matter. 

Globalna potražnja za litijem porasla je posljednjih godina, potaknuta porastom električnih vozila i skladištenja obnovljive energije. Dominantni izvor ekstrakcije litija danas se oslanja na isparavanje slane vode u golemim jezerima pod suncem godinu ili više, ostavljajući za sobom otopinu bogatu litijem, nakon čega obilna upotreba potencijalno otrovnih kemikalija završava posao. Voda s visokom koncentracijom soli, uključujući litij, prirodno se pojavljuje u nekim jezerima, toplim izvorima i vodonosnicima, te kao nusproizvod naftnih i plinskih operacija i desalinizacije morske vode. 

Mnogi znanstvenici traže jeftinije, a učinkovitije, pouzdanije i ekološki prihvatljivije metode ekstrakcije litija. To je općenito izravna ekstrakcija litija koja zaobilazi velike bazene za isparavanje. Nova studija izvješćuje o rezultatima nove metode koja koristi pristup poznat kao "redox-couple electrodialysis" ili RCE.

Istraživački tim procjenjuje da njegov pristup košta 3.500 do 4.400 dolara po toni litij hidroksida visoke čistoće, koji se može jeftino pretvoriti u litij karbonat za baterije, u usporedbi s troškovima od oko 9.100 dolara po toni za dominantnu tehnologiju za ekstrakciju litija iz slane vode. Trenutna tržišna cijena za baterijski litij karbonat je gotovo 15.000 USD po toni, ali nestašica krajem 2022. godine dovela je nestabilnu tržišnu cijenu litija do 80.000 USD. 

Istraživači sa Stanforda pokazuju da jezerski sedimenti sačuvani unutar drevnih supervulkana mogu ugostiti velike naslage gline bogate litijem. Domaći izvor litija pomogao bi zadovoljiti sve veću potražnju za ovim vrijednim metalom, koji je ključan za modernu tehnologiju. 

Tradicionalno, litij se ekstrahirao iz iskopanog kamenja, metodom koja je još skuplja, energetski intenzivnija i pokretana otrovnim kemikalijama. Kao rezultat toga, dominantna metoda za ekstrakciju litija danas se prebacila na isparavanje slane vode iz slanog jezera, iako još uvijek uz visoke financijske i ekološke troškove. Ova metoda također uvelike ovisi o specifičnim klimatskim uvjetima koji ograničavaju broj komercijalno isplativih slanih jezera, dovodeći u sumnju sposobnost industrije litija da zadovolji rastuću potražnju. 

Nova metoda koju su izradili znanstvenici Stanforda koristi električnu energiju za premještanje litija kroz membranu čvrstog elektrolita iz vode s niskom koncentracijom litija u koncentriraniju otopinu visoke čistoće. Svaka od nizova stanica povećava koncentraciju litija do otopine iz koje je konačna kemijska izolacija relativno laka. Ovaj pristup koristi manje od 10% električne energije potrebne za trenutnu tehnologiju ekstrakcije slane vode i ima selektivnost litija od gotovo 100%, što ga čini vrlo učinkovitim. 

Očekuje se da će nova metoda biti relativno jeftina jer eliminira potrebu za velikim solarnim bazenima za isparavanje, čija je izgradnja i održavanje skupo. Nova metoda koristi znatno manje električne energije, vode i kemijskih sredstava čime  dodatno smanjuje troškove. 

Izbjegavanjem ekstenzivnog korištenja zemljišta i potrošnje vode u tradicionalnim metodama, RCE pristup također smanjuje ekološki otisak proizvodnje litija. 

RCE metoda radi s raznim slanim vodama, uključujući one s različitim koncentracijama litija, natrija i kalija. Studijski eksperimenti pokazali su da nova tehnologija može izdvojiti litij, primjerice, iz otpadnih voda koje proizlaze iz proizvodnje nafte. Potencijalno bi se mogao koristiti za ekstrakciju litija iz morske vode, koja ima niže koncentracije litija od slane vode. Ekstrakcija litija iz morske vode konvencionalnim metodama danas nije komercijalno isplativa. 

Ipak, studija ističe neka područja za daljnja istraživanja i razvoj. Istraživači su eksperimentirali s dvije verzije svoje metode. Jedna je brže izvukla litij i potrošila više električne energije. Druga je bila sporija i trošila je manje struje. Sporija ekstrakcija rezultirala je nižim troškovima i stabilnijom membranom za kontinuiranu i dugotrajnu ekstrakciju litija u usporedbi s bržom ekstrakcijom. Pod visokom gustoćom struje i bržim protokom vode, membrane su degradirale, što je s vremenom dovelo do smanjene učinkovitosti. Iako to nije bilo vidljivo u eksperimentu sporije ekstrakcije, istraživači žele optimizirati dizajn svog uređaja za potencijalno bržu ekstrakciju. Oni već testiraju druge obećavajuće materijale za membranu.