Lithiumwinning uit de oceaan kan de batterij-industrie stimuleren

Nu de vraag naar lithium stijgt met de opkomst van elektrische voertuigen en energieopslagsystemen, wenden wetenschappers zich tot de zee - waar enorme reserves van het cruciale batterijmateriaal grotendeels onaangetast blijven.

Lithium, het lichtgewicht metaal dat essentieel is voor hoogwaardige batterijen, wordt geconfronteerd met toenemende aanbodbeperkingen naarmate de terrestrische bronnen afnemen en extractiemethoden milieuzorgen oproepen. De oceaan, die naar schatting 180 miljard ton lithium bevat - bijna 5.000 keer meer dan landgebaseerde reserves - zou een oplossing kunnen bieden, maar het winnen ervan brengt formidabele technische uitdagingen met zich mee.

Zeewater bevat slechts ongeveer 0,17 delen per miljoen lithium - duizend keer verdunder dan in terrestrische zoutvlaktes. Bovendien worden lithiumionen vergezeld door veel overvloedigere natrium-, magnesium- en kaliumionen met vergelijkbare chemische eigenschappen, waardoor selectieve extractie buitengewoon moeilijk wordt. Huidige commerciële methoden zoals verdamping door zonne-energie (gebruikt in zoutvlaktes) of zuuruitloging (uit hard gesteente) blijken economisch onhaalbaar bij zeewaterconcentraties.

Onderzoekers over de hele wereld ontwikkelen innovatieve benaderingen om deze hindernissen te overwinnen:

Selectieve Adsorbentia: Geavanceerde materialen zoals lithium-aluminium-gelaagde dubbele hydroxiden en lithiummangaandioxide tonen veelbelovendheid voor het bij voorkeur vastleggen van lithiumionen. Japanse wetenschappers demonstreerden onlangs een systeem dat deze materialen gebruikt en 90% lithiumterugwinning uit zeewater bereikte.

Elektrochemische Methoden: Door precies afgestemde elektrische velden toe te passen, kunnen onderzoekers lithiumionen door gespecialiseerde membranen drijven en tegelijkertijd concurrerende ionen uitsluiten. Een studie uit 2023 in Nature Energy toonde aan dat deze aanpak het energieverbruik met 60% zou kunnen verminderen in vergelijking met traditionele methoden.

Membraanscheiding: Er worden nieuwe nanofiltratiemembranen met lithium-selectieve kanalen ontwikkeld. Hoewel huidige prototypes te maken hebben met duurzaamheidsproblemen, suggereren theoretische modellen dat ze uiteindelijk 99% zuiverheid kunnen bereiken tegen concurrerende kosten.

Succesvolle lithiumextractie uit zeewater zou de wereldwijde toeleveringsketens kunnen transformeren. In tegenstelling tot mijnbouw op het land - die vaak uitgebreid watergebruik in droge gebieden vereist en giftige bijproducten genereert - zou mariene extractie kunnen worden gecoloceerd met ontziltingsinstallaties, waarbij bestaande infrastructuur wordt gebruikt. Voorlopige levenscyclusbeoordelingen suggereren dat lithium uit zeewater een 30-40% kleinere koolstofvoetafdruk zou kunnen hebben dan conventionele bronnen.

Hoewel er aanzienlijke technische en schaaluitdagingen blijven bestaan, hebben de potentiële beloningen zowel overheden als bedrijven aangetrokken. Naarmate de vraag naar batterijen exponentieel blijft groeien, kunnen de oceanen binnenkort een centrale rol spelen bij het aandrijven van onze schone energietoekomst.