Найден способ дешевой добычи лития из морской воды

С появлением литиевых батарей спрос на этот мягкий серебристо-белый металл - самый легкий твердый элемент в периодической таблице - резко вырос. В условиях, когда к 2050 году гонка за нулевым выбросом углерода набирает обороты, заставляя электрифицировать транспорт, литий станет еще более ценным активом в следующие 30 лет.

Поставка сырья для аккумуляторов может даже стать проблемой национальной безопасности; Глобальное лидерство Китая на больших объемах производства батарей сделало его монополистом, в то время, как большинство наземных запасов лития находятся в “треугольнике лития“ - Чили, Боливии и Аргентине.

Но, как и в случае с другими металлами, такими как уран, наземные запасы лития бледнеют по сравнению с тем, что находится в море. По данным исследователей из Университета науки и технологий Саудовской Аравии имени короля Абдаллы (KAUST), в океанах примерно в 5000 раз больше лития, чем в наземных месторождениях, и недавно разработанная технология может начать извлекать его достаточно дешево, с одновременным получением газообразного водорода, газообразного хлора и опресненной воды в качестве бонуса.

Этот процесс основан на электрохимической ячейке, содержащей керамическую мембрану из оксида лития-лантана-титана (LLTO) с порами, достаточно широкими, чтобы пропускать ионы лития, блокируя при этом более крупные ионы металлов. “Мембраны LLTO никогда раньше не использовались для извлечения и концентрирования ионов лития“, - говорит научный сотрудник, получивший докторскую степень, Чжэнь Ли, который разработал клетку.

В камере три отделения. Морская вода течет в первое, из которого положительно заряженные ионы лития проходят через мембрану LLTO во второй отсек, содержащий буферный раствор и медный катод, покрытый платиной и рутением. Между тем, отрицательно заряженные ионы проходят через анионообменную мембрану в третий отсек, содержащий раствор хлорида натрия, где они притягиваются к платино-рутениевому аноду.

При подаче тока литий протягивается через мембрану LLTO к катоду, и в процессе образуется газообразный водород на катоде и газообразный хлор на аноде, которые могут быть собраны. Там, где литий начинается с концентрации всего 0,2 частей на миллион в необработанной морской воде, эксперименты показали, что пропускание лития через эту ячейку за пять 20-часовых этапов увеличивает концентрацию до более чем 9000 частей на миллион, в результате чего остается раствор с установленным pH. центрифугировали, промывали и сушили, чтобы получить порошок фосфата лития чистотой 99,94%, соответствующий стандартам для фосфата лития аккумуляторного качества.

По данным исследовательской группы, электричество, необходимое для производства килограмма лития таким способом (около 76,3 кВтч), будет стоить около 5 долларов США, а каждый килограмм лития даст дополнительные 0,87 кг газообразного водорода и 31,12 кг газообразного хлора. По ценам 2020 года только эти побочные продукты могут продаваться по цене от 6,90 до 11,70 долларов.

Что касается того, сколько стоит этот килограмм фосфата лития, при чистоте 99,99% он будет стоить более 4700 долларов США за килограмм. В оптовых продажах ничего подобного не будет - и действительно, похоже, что в большинстве аккумуляторов для электромобилей используется карбонат лития аккумуляторного класса (99,5 процента), что больше похоже на 14 долларов США за килограмм.

Еще один побочный бонус заключается в том, что морская вода, которая проходит только одну стадию этого процесса, имеет общую концентрацию соли ниже 500 частей на миллион. По словам исследователей, это "означает, что после сбора лития оставшуюся воду можно рассматривать как пресную. Следовательно, этот процесс также может интегрироваться с опреснением морской воды для дальнейшего повышения его экономической жизнеспособности".

Как долго прослужит установка? Исследователи говорят, что они тестировали мембрану LLTO более 2000 часов в воде Красного моря и обнаружили "незначительное снижение производительности", так что там все кажется положительным. А оборудование будет дорогим? Не похоже. "Хотя по-прежнему потребуется тщательный экономический анализ, чтобы включить другие капитальные и операционные расходы, - говорится в документе, - можно утверждать, что затраты на энергию являются основными расходами в этом процессе".