Przełomowe odkrycie w ekstrakcji litu. Co to oznacza dla naszej przyszłości?
Zespół naukowców z Rice University dokonał przełomowego odkrycia w dziedzinie ekstrakcji litu, co z kolei może mieć ogromny wpływ na przemysł pojazdów elektrycznych (EV). Ich nowatorska metoda cechuje się niemal idealną selektywnością dla jonów litu, eliminując główne problemy związane z tradycyjnymi metodami wydobycia i przetwarzania tego surowca. Osiągnięcie to obiecuje bardziej zrównoważony i efektywny sposób pozyskiwania litu, który jest kluczowym składnikiem nowoczesnych akumulatorów, znajdujących zastosowanie w gadżetach, smartfonach, pojazdach elektrycznych i nawet wielkich magazynach. Jednak mimo tak wielkiej odpowiedzialności, która spoczywa na wykorzystaniu tego surowca, konwencjonalne metody ekstrakcji litu napotykają liczne przeszkody.
Czytaj też: USA na drodze do niezależności. Odkryto ogromne złoża litu
Do tej pory wykorzystywane procesy cechuje niska efektywność separacji litu od podobnych jonów, np. magnezu i sodu, a na dodatek szkodliwe dla środowiska procesy. Mowa m.in. o specyficznych zbiornikach odparowujących czy chemicznych metodach, które pochłaniają ogromne zasoby wody i generują toksyczne odpady. Te wyzwania sprawiają, że dla naszej lepszej przyszłości, konieczne jest opracowanie bardziej efektywnych i ekologicznych metod pozyskiwania tego cennego pierwiastka. To właśnie wzięli sobie na cel wspomniani specjaliści, którzy wykorzystali elektrolity stałe (SSE – Solid-State Electrolytes) jako membrany do ekstrakcji litu z roztworów wodnych. Mowa więc o materiałach, które były stosowane dotąd w akumulatorach półprzewodnikowych i które umożliwiają szybkie przewodzenie jonów litu bez udziału cieczy i innych konkurencyjnych jonów.
W przeciwieństwie do klasycznych membran nanoprzepuszczalnych, które wykorzystują uwodnione pory, membrany SSE działają na zasadzie anhydratowego „skoku jonowego” w ich krystalicznej strukturze. Zrealizowane przez naukowców badania wykazały, że SSE doskonale sprawdzają się jako membrany separacyjne, osiągając niespotykaną selektywność dla litu. Dzięki temu jony litu mogą swobodnie przechodzić przez membranę, podczas gdy inne pierwiastki – takie jak sód, magnez, a nawet cząsteczki wody – zostają zablokowane. Tego typu podejście z membranami SSE eliminuje konieczność stosowania tych przestarzałych praktyk, bo bezpośrednia ekstrakcja litu z roztworów wodnych za pomocą SSE pozwala na znacznie szybszy, czystszy i bardziej energooszczędny proces.
Czytaj też: Militaryzacja farm wiatrowych. Turbiny mogą zagrozić najpotężniejszym samolotom
W warunkach laboratoryjnych membrany SSE wykazały niemal idealną selektywność i to nawet w roztworach o wysokim stężeniu konkurencyjnych jonów. Chociaż w początkowych testach pewne jony osadzały się na powierzchni membrany, to dalsze prace inżynieryjne nad materiałem zdziałały cuda i nadal dają miejsce na poprawę. Finalnie jednak w samych próbach laboratoryjnych końcowy produkt zawierał wyłącznie jony litu, co jest osiągnięciem dotąd niespotykanym w technologiach membranowych. Tajemnica tego procesu leży w samej strukturze SSE, bo ich sztywna, krystaliczna sieć działa niczym “sito molekularne”, uniemożliwiając przenikanie większych jonów i cząsteczek wody przy jednoczesnym zachowaniu swobodnej migracji litu.
Czytaj też: Bateria litowo-jonowa? To już przeżytek. Chińska alternatywa zwraca uwagę całego świata
To odkrycie ma ogromne znaczenie dla przemysłu pojazdów elektrycznych, bo wraz ze wzrostem zapotrzebowania na lit, jego ograniczona podaż i negatywny wpływ wydobycia na środowisko pozostają poważnymi wyzwaniami. Zwłaszcza że metoda ekstrakcji oparta na membranach SSE oferuje skalowalną i ekologiczną alternatywę dla tradycyjnego górnictwa litu, co może ustabilizować łańcuch dostaw i zwiększyć efektywność produkcji akumulatorów. Co ważne, samo odkrycie naukowców może znaleźć zastosowanie nie tylko w ekstrakcji litu, bo zasada selektywnego transportu jonów za pomocą SSE może zostać wykorzystana do odzyskiwania innych cennych minerałów z wód gruntowych, słonych jezior czy nawet ścieków przemysłowych.