По оценкам, к концу десятилетия продажи электромобилей приведут к тому, что спрос на литий возрастет в пять раз по сравнению с нынешним уровнем. Такой резкий рост заставляет компании искать новые источники ценного металла, но один ученый из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета считает, что у нас есть весь необходимый литий, и он ждет нас прямо на морском побережье.

В лаборатории доцента Чонга Лю разрабатывается новый тип электродов, которые могут извлекать ценные элементы из морской воды с помощью процесса, называемого электрохимической интеркаляцией. Этот метод может стать одним из самых экологически чистых методов извлечения лития. Автор: Джон Зич

 

В настоящее время около 75% мирового запаса лития поступает с горного участка земли, расположенного между Аргентиной, Боливией и Чили, который называется Литиевым треугольником. В этом районе металл добывается путем закачивания соляного раствора в гигантские бассейны под открытым небом, где он испаряется в течение года. Однако этот продолжительный процесс представляет собой серьезное затруднение для мира, испытывающего дефицит лития, и хотя существуют и другие источники, большинство из них сопряжено с экологическими издержками.

Чтобы предотвратить возникновение дефицита, многие страны, включая Соединенные Штаты, ищут экологически безопасные методы добычи востребованного элемента. Именно здесь на помощь приходит Чонг Лю, доцент кафедры Нойбауэр в Притцкеровской школе молекулярной инженерии.

Лю - материаловед, она изучает свойства вещества с целью создания высокоспециализированных материалов. В настоящее время ее лаборатория разрабатывает новый тип электродов, которые могут извлекать ценные элементы из морской воды с помощью процесса, называемого электрохимической интеркаляцией. И хотя работа Лю все еще находится на ранней стадии, она может представить один из самых устойчивых методов извлечения лития в любой точке мира.

"Наша главная мотивация - создать процесс, максимально безопасный для окружающей среды". Доцент Чонг Лю

 

"Наша главная цель - создать процесс, максимально безопасный для окружающей среды", - сказал Лю. "Поскольку мы используем электрохимический подход, мы полностью избегаем необходимости сильного нагрева или использования сильных кислот, и мы получаем только тот элемент, который нам нужен - это одноионная селективность".

Этот подход серьезно рассматривается Министерством энергетики США. 2 сентября Лю была названа одним из 13 исследователей, которые получат часть фонда в размере 30 миллионов долларов, направленного на обеспечение страны важнейшими материалами для чистых энергетических технологий.

"Расширение инфраструктуры электромобилей, укрепление электросетей страны и создание миллионов рабочих мест в сфере чистой энергетики - все это зависит от надежности поставок таких критически важных материалов, как кобальт и платина", - сказала министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхолм. "Ключ к нашему безуглеродному будущему лежит в наращивании темпов развития экологически чистых американских отраслей промышленности, создании прочных систем поставок важнейших материалов американского производства и активном внедрении полученных климатических технологий здесь и за рубежом". 

Электрохимический подход

Чтобы понять метод Лю, достаточно представить себе электромагнит. Подобно тому, как электромагнит может притягивать и собирать черные металлы, процесс Лю может притягивать и собирать литий. В электрохимической интеркаляции нет магнетизма, вместо этого ионы притягиваются электрическим полем, но принцип действия аналогичен. Работники смогут погрузить массив электродов в резервуар с морской водой, притянуть литий, а затем высвободить собранный литий в резервуар для хранения.

На молекулярном уровне Лю добивается этого, разрабатывая специфические электродные материалы, которые притягивают ионы к электродам и при этом захватывая только определенные элементы, удерживая их.

Однако такой подход сопряжен с определенными трудностями. Поскольку концентрация лития в морской воде довольно низкая, около 0,2 частей на миллион, любой метод извлечения должен быть чрезвычайно эффективным, чтобы извлекать литий с достаточной скоростью. Кроме того, чтобы использовать эти электроды в промышленных масштабах, они должны быть изготовлены из высокоселективных, высокопрочных материалов. Выбор лучшего кандидата для этого потребует времени.

Лю видит эти проблемы и предусмотрела их на уровне разработки. Ее лаборатория уже получила многообещающие результаты в процессе выбора материалов, сузив круг кандидатов до нескольких наиболее вероятных групп, над совершенствованием которых она работает с помощью новых методов машинного обучения. Она надеется, что в течение следующего десятилетия будет создана новая, полностью устойчивая система для извлечения лития.

"Я полностью ожидаю, что в течение 10-20 лет мы увидим полную трансформацию способов перемещения людей и грузов", - говорит Лю. "Но чтобы создать такую систему, чтобы всерьез заняться проблемой изменения климата, нам необходимо найти экологически чистые методы для каждого аспекта этого процесса, включая производство аккумуляторных батарей. Именно это мы и надеемся обеспечить".