Учёные MIT нашли способ добывать литий из твёрдой породы без огромных затрат энергии

Исследовательская группа разработала новый способ извлечения лития из породы.

Это изменение способно изменить себестоимость батарей, если поставки сырья станут дефицитными. Работа, опубликованная в журнале Science, рассматривает, как сократить расход энергии и количество отходов при добыче лития из твёрдой руды.

Пока что литий-ионные батареи продолжают доминировать по простой причине, и причина эта в масштабе. Глобальная цепочка поставок лития уже хорошо развита и крайне эффективна, что мешает альтернативам конкурировать по цене.

Однако такое преимущество во многом зависит от доступа к дешёвому литию, значительная часть которого поступает из рассольных месторождений, сосредоточенных в Южной Америке. Сам литий распространён в природе, а вот легко и дёшево извлекаемых залежей не так много.

Эта реальность удерживает внимание на сподумене, литиеносном минерале, который встречается в твёрдой породе. Он представляет собой самую распространённую литиевую руду в мире, но его переработка обходится дорого.

Стандартный подход требует нагрева материала примерно до 1000 °C, после чего его обрабатывают серной кислотой для извлечения лития. Метод работает, но потребляет огромное количество энергии и оставляет после себя отходы на основе серы.

Способ, созданный исследователями MIT и сотрудничающими с ними компаниями, использует иной подход. Вместо обжига руды при высоких температурах команда применяет раствор фторида аммония, нагретый примерно до 70 °C, чтобы разрушить минерал. На этом этапе реакции разделяют руду на потоки лития, кремния и алюминия.

Литий остаётся растворённым в виде фторида лития, тогда как кремний и алюминий идут отдельными путями.

Учёные из Китая создали водную железную батарею со сроком службы 16 лет

Швейцарские учёные создали наногенератор, превращающий испарение воды и солнце в постоянное электричество

Кремний образует растворимое соединение, а алюминий превращается в твёрдый промежуточный продукт. После этого каждый материал можно перерабатывать независимо.

Алюминиевый поток представляет собой самую энергозатратную часть обновлённого процесса. Он требует поэтапного нагрева, сначала примерно до 300 °C, а затем до 700 °C, чтобы в итоге получить оксид алюминия. Этот нагрев происходит уже после первоначального разделения, а не в самом начале, и даёт оксид алюминия с чистотой более 98 процентов.

Для сравнения, работа с кремнием выглядит относительно простой. Добавление аммиака превращает растворённое соединение в диоксид кремния, который выпадает в осадок. Так как его можно использовать как добавку в бетон, это помогает частично окупить затраты на переработку.

Сам литий остаётся в растворе в виде фторида лития. Затем его можно либо напрямую использовать в производстве гексафторфосфата лития, распространённого электролита в литий-ионных батареях, либо преобразовать в нитрат лития, а потом в оксид лития, оба представляют собой стандартные промежуточные продукты при изготовлении батарей.

Одна из самых примечательных особенностей процесса в том, как он обращается с собственной химией. На нескольких этапах реакций образуются аммиак и фтороводород. Вместо того чтобы считать их отходами, система рекомбинирует их обратно во фторид аммония, то самое соединение, что используется в начале.

Этот замкнутый цикл помогает ограничить как потери материала, так и количество отходов, хотя фтороводород остаётся опасным веществом, требующим осторожного обращения.

На бумаге экономика выглядит убедительно. По оценкам исследователей, традиционная переработка сподумена обходится чуть менее чем в 9000 долларов за тонну произведённого лития.

Их метод способен снизить эту цифру до чуть более 5000 долларов за тонну, что ставит его в один ряд с добычей из высококачественных рассольных месторождений. Если побочные продукты в виде алюминия и кремния удастся успешно продавать, стоимость может упасть ещё ниже.

Германия подтвердила запасы 43 миллионов тонн лития на месте бывшего газового поля

Правда, вопросы пока остаются. Реальные затраты зависят от качества руды, колебаний рыночных цен и капитала, необходимого для постройки или переоснащения предприятий под новый процесс.

И всё же эта работа указывает на иной взгляд на поставки лития, не только на то, откуда он берётся, но и на то, как именно его извлекают.