Добыча лития из океана может подстегнуть индустрию аккумуляторов

Поскольку спрос на литий резко возрастает с ростом электромобилей и систем хранения энергии, ученые обращаются к морю — где огромные запасы критически важного материала для аккумуляторов остаются в значительной степени неиспользованными.

Литий, легкий металл, необходимый для высокопроизводительных аккумуляторов, сталкивается с растущими ограничениями поставок, поскольку наземные источники истощаются, а методы добычи вызывают экологические проблемы. Океан, который содержит около 180 миллиардов тонн лития — почти в 5000 раз больше, чем наземные запасы — может предложить решение, но его добыча представляет собой серьезные технические проблемы.

Морская вода содержит всего около 0,17 частей на миллион лития — в тысячу раз меньше, чем в наземных солончаках. Более того, ионы лития сопровождаются гораздо более обильными ионами натрия, магния и калия со схожими химическими свойствами, что делает селективную экстракцию чрезвычайно сложной. Современные коммерческие методы, такие как солнечное испарение (используемое в солончаках) или кислотное выщелачивание (из твердой горной породы), оказываются экономически невыгодными при концентрациях в морской воде.

Исследователи во всем мире разрабатывают инновационные подходы для преодоления этих препятствий:

Селективные адсорбенты: Передовые материалы, такие как слоистые двойные гидроксиды лития-алюминия и оксид лития-марганца, перспективны для преимущественного захвата ионов лития. Японские ученые недавно продемонстрировали систему, использующую эти материалы, которая достигла 90% извлечения лития из морской воды.

Электрохимические методы: Применяя точно настроенные электрические поля, исследователи могут проталкивать ионы лития через специализированные мембраны, исключая конкурирующие ионы. Исследование 2023 года в Nature Energy показало, что этот подход может снизить потребление энергии на 60% по сравнению с традиционными методами.

Мембранное разделение: Разрабатываются новые нанофильтрационные мембраны с каналами, селективными к литию. Хотя нынешние прототипы сталкиваются с проблемами долговечности, теоретические модели предполагают, что они в конечном итоге могут достичь 99% чистоты при конкурентоспособных затратах.

Успешная добыча лития из морской воды может преобразовать глобальные цепочки поставок. В отличие от наземной добычи, которая часто требует интенсивного использования воды в засушливых регионах и производит токсичные побочные продукты, морская добыча может быть совмещена с опреснительными установками, используя существующую инфраструктуру. Предварительные оценки жизненного цикла показывают, что литий из морской воды может иметь углеродный след на 30-40% меньше, чем у обычных источников.

Хотя остаются значительные технические проблемы и проблемы масштабирования, потенциальные выгоды привлекли инвестиции как со стороны правительств, так и со стороны корпораций. Поскольку спрос на аккумуляторы продолжает экспоненциально расти, океаны, возможно, скоро сыграют центральную роль в обеспечении нашего будущего чистой энергией.