Khai thác lithium từ đại dương có thể thúc đẩy ngành công nghiệp pin

Khi nhu cầu về lithium tăng vọt cùng với sự gia tăng của xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng, các nhà khoa học đang hướng đến biển—nơi dự trữ lớn của vật liệu pin quan trọng vẫn chưa được khai thác.

Lithium, kim loại nhẹ cần thiết cho pin hiệu suất cao, phải đối mặt với những hạn chế về nguồn cung ngày càng tăng khi các nguồn trên cạn cạn kiệt và các phương pháp khai thác làm dấy lên những lo ngại về môi trường. Đại dương, nơi chứa khoảng 180 tỷ tấn lithium—gần gấp 5.000 lần so với trữ lượng trên cạn—có thể đưa ra một giải pháp, nhưng việc khai thác nó đặt ra những thách thức kỹ thuật ghê gớm.

Nước biển chỉ chứa khoảng 0,17 phần triệu lithium—loãng hơn một nghìn lần so với trong các bãi muối trên cạn. Hơn nữa, các ion lithium đi kèm với các ion natri, magiê và kali phong phú hơn nhiều với các đặc tính hóa học tương tự, khiến việc khai thác có chọn lọc trở nên cực kỳ khó khăn. Các phương pháp thương mại hiện tại như bay hơi bằng năng lượng mặt trời (được sử dụng trong các bãi muối) hoặc chiết bằng axit (từ quặng đá cứng) chứng minh là không khả thi về mặt kinh tế ở nồng độ nước biển.

Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang phát triển các phương pháp tiếp cận sáng tạo để vượt qua những rào cản này:

Chất hấp phụ chọn lọc: Các vật liệu tiên tiến như lithium-nhôm-layered double hydroxides và lithium manganese oxide cho thấy triển vọng ưu tiên thu giữ các ion lithium. Các nhà khoa học Nhật Bản gần đây đã chứng minh một hệ thống sử dụng các vật liệu này, đạt được 90% khả năng thu hồi lithium từ nước biển.

Phương pháp điện hóa: Bằng cách áp dụng các trường điện được điều chỉnh chính xác, các nhà nghiên cứu có thể dẫn các ion lithium đi qua các màng chuyên dụng trong khi loại trừ các ion cạnh tranh. Một nghiên cứu năm 2023 trong Nature Energy cho thấy phương pháp này có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng xuống 60% so với các phương pháp truyền thống.

Tách màng: Các màng lọc nano mới với các kênh chọn lọc lithium đang được phát triển. Mặc dù các nguyên mẫu hiện tại phải đối mặt với các vấn đề về độ bền, nhưng các mô hình lý thuyết cho thấy chúng cuối cùng có thể đạt được độ tinh khiết 99% với chi phí cạnh tranh.

Việc khai thác lithium từ nước biển thành công có thể thay đổi chuỗi cung ứng toàn cầu. Không giống như khai thác trên cạn—thường đòi hỏi việc sử dụng nước rộng rãi ở các vùng khô cằn và tạo ra các sản phẩm phụ độc hại—khai thác biển có thể được đặt cùng với các nhà máy khử muối, sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có. Các đánh giá vòng đời sơ bộ cho thấy lithium từ nước biển có thể có lượng khí thải carbon nhỏ hơn 30-40% so với các nguồn thông thường.

Mặc dù những thách thức kỹ thuật và mở rộng quy mô đáng kể vẫn còn, nhưng những phần thưởng tiềm năng đã thu hút đầu tư từ các chính phủ và các tập đoàn. Khi nhu cầu về pin tiếp tục tăng trưởng theo cấp số nhân, đại dương có thể sớm đóng một vai trò trung tâm trong việc cung cấp năng lượng cho tương lai năng lượng sạch của chúng ta.