2,2 милиона литра вода: възможно ли e извличането на „чист“ литий
В момента батериите, базирани на литиево-йонна електрохимия са най-ефективното, чисто и практично решение за захранване на електрически превозни средства и преносими устройства и за съхранение на електричество генерирано от вятърна и слънчева енергия.
Добивът на литиева суровина е концентриран в Австралия (около 40%), Чили (36%), Аржентина (12%) и Китай (7%). Литият се извлича от литиеви минерали във вулканични скали изградени от големи кристали (сподумен) или от надземни и подземни водоносни слоеве с висока концентрация на литиев карбонат (солен разтвор, срещан най-вече в Южна Америка). Първите се добиват на минен принцип с екскавация и се обогатяват до разтвор на литиев окис (Li2O). При водоносните слоеве литиевите разтвори се обработват или с директно изпаряване на водата (надземни) или добив с фракинг (подземни), подобен на този на добива на нефт и газ от шисти и последващо изпаряване. Понякога разтворени литиеви соли има във водоносен слой съпровождащ нефтени находища.
Транспортирането на литиевата суровина става под формата на литиев карбонат (Li2CO3), литиев хидроксид (LiOH) или литиев хлорид (LICL), играещи роля на прекурсори за материала на катода. Основна роля в тази преработка на суровината до сплав за катода има рафинериите в Китай, а от този момент своята роля поемат компаниите за производство на литиево-йонни клетки. Именно тези основни продукти – в зависимост от вида на крайния продукт – се смесват до ниво на каша с манган, кобалт и никел (NMC клетки) или желязо-фосфати (LFP клетки) за да се създадат съответната сплав. Последната се нанася върху колектори от алуминиево фолио. Материалът на графитния анод се отлага върху медно фолио, към това се добавя и производството на електролита. Като част от перспективните технологии в момента се разработват така наречените твърдотелни батерии (заради твърдия материал използван за електродите и електролита) и батерии използващи графен като част от структурата на катода и графен/силиций за анода.
И двата случая за добив (минен или от солни разтвори) обаче нанасят значителни щети на околната среда. Например, при извличането от солни разтвори добивът само един тон литий изисква 2,2 милиона литра (!) вода и е съпроводен с отделяне на хиляди килограми въглероден двуокис в атмосферата. Освен това суровите химикали (като солна киселина, натриев карбонат и др.), използвани по време на този процес, в крайна сметка замърсяват водата и почвата.
Стартиращата компания ElectraLith, съвместно с изследователи от университета Монаш, твърдят че са намерили решение на този проблем. Те са разработили метод за директна екстракция и рафиниране на литий (Direct Lithium Extraction and Refining, DLE-R), технология, която позволява извличане на литий от солен разтвор без използване на вода и всякакви вредни химикали.
От ElectraLith твърдят че тяхната авангардна технология DLE-R революционизира процесите не само на директна екстракция на литий (DLE), но и на рафиниране (производство) до ниво литиев хидроксид с качества нужни за производство на литиево-йонна клетка в общ, мащабируем и модулен процес, който не изисква вода или химикали. За да е пълно уравнението ElectraLith го реализира с възобновяема енергия. Това означава че се спестява и транспорт и зависимост от рафинериите в Китай.
Как работи DLE-R
Както споменахме за извличане на литий от солни разтвори в момента компаниите използват добив, базиран на изпаряване. Този подход включва изпомпване на солен разтвор в големи водни езера. След това водата се оставя да се изпари, при което се отлагат литиевите соли.
В следващата стъпка за рафинирането на лития се използват химикали като солна киселина (HCl). Този процес също изразходва много вода, освобождава вредни химикали и често се захранва от енергия от изкопаеми горива. След това пречистеният литий се изпраща на производителите на батерии, които го комбинират с различни вещества (никел-манган-кобалт или желязо-фосфор) за да произвеждат катоден материал.
В процеса на DLE-R не се включва вода и изпарение. Богатият на литий солен разтвор се изпомпва директно на повърхността, където се използват специални мембрани за селективно абсорбиране на литиеви йони от солния разтвор (саламурата). Извлеченият литий след това се пречиства и превръща в адекватен за нуждите на литиево-йонните клетки хидроксид. Целият този процес се захранва от възобновяема енергия и не включва използването на никакви вредни химикали.
На базата на тази технология може да произвежда литиев хидроксид от клас за батерии от редица литиеви източници, включително солни отлагания и солни залежи, съпровождащи нефтени находища, на места в САЩ, Аржентина и Австралия.
Тестване на DLE-R в реални настройки
Това не е първият опитен процес за щадящ природата добив, но повечето подобни методи се ограничават до лабораторни условия. При DLE-R обаче нещата не стоят по този начин. Екипът на ElectraLith тества своите DLE-R мембрани за извличане на литий на някои реални места.
От компанията твърдят, че в солния басейн „Парадокс“ в Юта, са успели да произведат „99,9 процента чист литиев хидроксид от геотермалните нефтени находища, все по-оскъден ресурс в по-широкия басейн на река Колорадо“. Друг успешен опит е производството ва литиев хидроксид от солни разтвори с концентрации до 60 части на милион. Сега компанията планира да използват същата технология за извличане на литий в някои от най-сухите части на САЩ.
„Ние отключваме зелено бъдеще с най-чистия, най-универсален и най-рентабилен метод за извличане и рафиниране на литий, основният елемент на устойчивото бъдеще“, твърдят от ElectraLith.