Lit stał się symbolem epoki akumulatorów litowo-jonowych i całej tej wielkiej obietnicy, według której energia ma być przenośna, gęsto upakowana, względnie tania i dostępna na masową skalę. Tyle że w praktyce nie wystarczy ot znaleźć tego pierwiastka chemicznego w ziemi. Trzeba jeszcze wydobyć go tak, żeby nie zostawić po sobie problemu większego niż ten, którego ludzkość próbuje aktualnie rozwiązać. Dlatego właśnie patrzę na nowe odkrycie zespołu z MIT przez konkretny filtr. Nie jako na kolejną laboratoryjną ciekawostkę, którą można wrzucić do worka z hasłem “akumulatory przyszłości”, ale jako na próbę dotknięcia samego fundamentu przemysłu.
Największy problem nie polega na tym, że litu nie ma
Naukowcy opracowali nowy proces pozyskiwania litu ze spodumenu, czyli jednego z najważniejszych minerałów zawierających ten pierwiastek. W praktyce chodzi o coś większego niż ot kolejny byle sposób na ten problem. W grę wchodzi bowiem pomysł, żeby rozebrać skałę na użyteczne składniki, zamiast potraktować ją jak jakieś jednorazowe opakowanie, które skrywa litowe bogactwo i które trzeba zniszczyć, aby do tego skarbu się dostać.
Czytaj też: Wpływ turbin wiatrowych na ludzi. Naukowcy sprawdzili, czy powinniśmy się bać elektrowni wiatrowych
Klasyczne pozyskiwanie litu ze skał twardych jest energochłonne i odpadowe. Spodumen trzeba zwykle prażyć w temperaturze przekraczającej 1000 stopni Celsjusza, a później poddawać go kolejnym etapom chemicznego ługowania. Jest to jeden z powodów, dla których lit z solanek bywa tańszy, mimo że sama metoda parowania wody z ogromnych obszarów też ma swoje poważne środowiskowe konsekwencje. Podobną kwestię poruszałem już przy chińskich złożach litu, gdzie sama obecność surowca nie oznacza jeszcze gotowej przewagi przemysłowej. Liczy się też jego rafinacja, koszt, infrastruktura i kontrola całego łańcucha.
MIT proponuje coś, co brzmi znacznie ciekawiej niż samo dosyć puste hasło “tańszy lit”. Proces opiera się na mieszaninie wody i fluorku amonu, która pozwala rozpuszczać spodumen w niskiej temperaturze, a nawet w temperaturze pokojowej. Najważniejsze jest jednak odwrócenie typowej logiki chemicznej. Zamiast zostawiać trudną do ruszenia krzemionkę jako odpadowy resztkowy problem, proces uderza właśnie w wiązania krzem-tlen i rozpuszcza krzemionkę jako pierwszą. Dzięki temu można dobrać się do litu, glinu i krzemu w sposób bardziej kontrolowany.
Skała jako zestaw produktów, a nie śmieć po wydobyciu
Najciekawsza część tej historii nie leży w samym słowie “lit”, tylko w sposobie myślenia o rudzie. Spodumen składa się głównie z litu, glinu i krzemionki, więc badacze potraktowali go nie jak skałę, z której trzeba wyrwać jeden cenny składnik, ale jak materiał do rozdzielenia na kilka rynkowo użytecznych frakcji. W efekcie proces może prowadzić do uzyskania soli litu przydatnych dla przemysłu akumulatorowego, tlenku glinu o jakości dla hutnictwa oraz krzemionki, którą można wykorzystać jako dodatek do cementu.
Jest to ważne nie bez powodu, bo odpady są jednym z tych tematów, które w dyskusji o “czystej energii” często wracają ze zdwojoną siłą. Najpierw zachwycamy się nowym ogniwem, nową chemią, nowym zasięgiem samochodu albo drona, a dopiero potem ktoś pyta o kopalnię, rafinerię, zużycie wody, odpady i zależność całego przemysłu od kilku państw. Pisałem już o tym przy dendrytach litu, gdzie przyszłość akumulatorów rozbija się o upartą fizykę oraz chemię na poziomie mikrostruktur. Tutaj jest podobnie, tylko sama skala przesuwa się z wnętrza ogniwa na początek łańcucha dostaw.
Czytaj też: Naukowcy przebadali samochody. Wyszło na to, że trzeba z nich zrobić elektrownie
Po rozpuszczeniu skały badacze najpierw wyizolowali fluorek litu, a później opracowali ścieżki prowadzące do wodorotlenku litu i węglanu litu, czyli związków znanych z produkcji katod. Część etapów wymagała dodania dwutlenku węgla albo węglanu sodu. Glin został odizolowany z wykorzystaniem procesu wysokotemperaturowego, a krzemionkę odzyskali przez strącanie. Co istotne, zespół sprawdził 17 różnych źródeł skał spodumenowych z różnych części świata, więc mówimy o próbie wyjścia poza jedną idealną próbkę dobraną pod eksperyment.
Badacze twierdzą też, że po oddzieleniu minerałów można odzyskać rozpuszczalnik i reagent, więc ilość odpadów ma zbliżać się praktycznie do zera. Brzmi to bardzo obiecująco, ale “prawie zero odpadów” w laboratorium i “prawie zero odpadów” w wielkoskalowym zakładzie przemysłowym to dwa zupełnie różne światy. Trzeba więc policzyć straty reagentów, odporność instalacji na różne składy rudy, koszty oczyszczania, bezpieczeństwo pracy z chemią fluorową i jakość każdego produktu ubocznego. Jeśli tlenek glinu albo krzemionka nie spełnią wymagań odbiorców, to wtedy piękna koncepcja gospodarki obiegu zamkniętego szybko wróci do starego problemu – co zrobić z odpadem?
Jeśli to zadziała na dużą skalę, stawka będzie ogromna
Według szacunków taki proces zamkniętego obiegu może być o połowę tańszy od tradycyjnego pozyskiwania litu ze skał twardych i zbliżyć się kosztowo do metod opartych na solankach. Jeśli ta kalkulacja przetrwa kontakt z przemysłem, to konsekwencje będą szersze niż samo obniżenie ceny jednego surowca. Dzisiaj problemem nie jest bowiem wyłącznie wydobycie. USA, Europa czy Australia mają zasoby litu, ale duża część rafinacji i przetwarzania koncentruje się w Chinach. Dlatego tak często słyszymy o “surowcach krytycznych” i o tym, że bezpieczeństwo technologiczne nie kończy się na gotowym produkcie. Można mieć samochody elektryczne, drony, magazyny energii i fabryki ogniw, ale jeśli kluczowy etap przetwarzania surowca pozostaje poza kontrolą, to cała niezależność jest częściowa.
Zespół już komercjalizuje technologię przez spółkę Rock Zero, która działa przy The Engine, czyli środowisku wspierającym twarde technologie wywodzące się z MIT. Jest to dobra wiadomość, bo takie procesy nie mogą kończyć się na publikacji. Muszą przejść przez pilot, większą instalację, dostawy rudy, odbiorców produktów ubocznych i brutalną księgowość przemysłową. Najtrudniejsze pytanie brzmi więc prosto – czy wszystkie elementy tej układanki będą działały jednocześnie? Sam lit może mieć wysoką wartość, ale model “kopalni bez ogona odpadów” wymaga tego, żeby produkty uboczne całego procesu też znalazły stabilnych odbiorców, a ci często cenią sobie jakość materiału.
Czytaj też: Naukowcy wsadzili przyszłość fotowoltaiki do próżni. 10 minut później efekt zaskoczył
W tej technologii najciekawsze jest dla mnie to, że nie próbuje omijać materialnej strony przyszłości. Nie udaje, że świat zasilany akumulatorami powstanie z powietrza, wykresów i optymistycznych prezentacji. Wręcz przeciwnie – zaczyna od skały. Od czegoś ciężkiego, nieporęcznego, brudnego i kosztownego, a potem pyta, czy można potraktować tę skałę rozsądniej. Jeśli więc Rock Zero i MIT dowiozą ten proces na masową skalę, to może się okazać, że jeden z ważniejszych kroków w stronę elektrycznej przyszłości nie będzie nowy typ akumulatora, tylko nowy sposób potraktowania starej skały.
Źródła: MIT
