Ученые из Колумбийской инженерной школы предложили новый способ извлечения лития, который может сделать производство материалов для аккумуляторов быстрее и чище. Речь идет о технологии, позволяющей получать литий прямо из соленых подземных рассолов без гигантских испарительных прудов, которые занимают огромные площади и требуют много воды.
Новая методика получила название switchable solvent selective extraction, или S3E. Она основана на использовании растворителя, чувствительного к температуре. Такой растворитель способен вытягивать литий из соленого рассола даже в тех случаях, когда его там мало или когда он смешан с другими минералами, которые обычно мешают разделению.
По данным исследования, система показала высокую избирательность. Литий извлекался со скоростью до 10 раз выше, чем натрий, и в 12 раз выше, чем калий. Магний, который считается одной из самых распространенных примесей в литиевых рассолах, удаляли на отдельном этапе химического осаждения.
В отличие от многих других систем прямого извлечения лития, новая технология не требует специальных связывающих веществ и больших объемов дополнительной очистки. Вместо этого она использует особенности того, как ионы лития взаимодействуют с молекулами воды внутри растворителя, свойства которого меняются при нагревании.
Сама схема работы выглядит так: при комнатной температуре растворитель поглощает литий и воду из рассола, а после нагрева выделяет очищенные литий и воду, одновременно восстанавливаясь для повторного использования. Это позволяет применять один и тот же растворитель многократно.
Как пишет ScienceDaily, сегодня около 40% мирового лития получают из соленых подземных рассолов, расположенных под пустынными районами. Обычно для этого используют солнечное испарение: рассол перекачивают в огромные открытые бассейны и оставляют под солнцем на месяцы или даже годы, пока из него не испарится достаточно воды.
У такого подхода есть серьезные ограничения. Он подходит только для сухого климата, ровной местности и больших свободных площадей, поэтому реально работает лишь в отдельных районах, например в пустыне Атакама в Чили или в некоторых частях Невады. Кроме того, такой способ требует значительных водных ресурсов именно там, где воды и без того мало.
Один из авторов работы Нгай Инь Йип подчеркнул, что одного только солнечного испарения уже недостаточно, чтобы покрыть будущий спрос на литий. По его словам, есть и другие перспективные источники лития, например рассолы района Солтон-Си в Калифорнии, где обычный подход с испарением вообще неприменим.
Для проверки метода исследователи использовали искусственные рассолы, имитирующие условия района Солтон-Си. Этот геотермальный регион, по оценкам, может содержать достаточно лития для производства более 375 млн аккумуляторов для электромобилей. После 4 циклов извлечения с использованием одной и той же порции растворителя ученые смогли вернуть почти 40% лития.
Авторы подчеркивают, что технология пока находится на стадии подтверждения работоспособности и еще не доведена до максимально возможной эффективности. Тем не менее, по их мнению, S3E может в будущем стать реальной альтернативой как испарительным прудам, так и добыче лития из твердых пород, которые сейчас доминируют в мире, несмотря на экологические издержки.
Исследователи считают, что по мере роста спроса на аккумуляторы более чистые способы получения лития будут становиться все важнее. По словам Йипа, о зеленой энергетике говорят часто, но гораздо реже вспоминают, насколько загрязняющими могут быть цепочки поставок материалов для нее. Работа опубликована в журнале Joule.
