-
Zespół badaczy opracował nową metodę pozyskiwania litu ze skał, która może zmniejszyć zależność od złóż solankowych i obniżyć koszty produkcji.
-
Metoda ta eliminuje najbardziej energochłonny etap prażenia, pozwalając oddzielać lit od minerałów przy niższej temperaturze oraz umożliwia ponowne wykorzystanie produktów ubocznych i odczynników.
-
Szacunki sugerują, że koszt wydobycia litu z użyciem nowej technologii może znacząco spaść, jednak proces wciąż wiąże się z wyzwaniami, takimi jak stosowanie niebezpiecznego fluorowodoru i konieczność budowy infrastruktury.
-
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Lit stał się jednym z najważniejszych surowców współczesnej gospodarki. Bez niego trudno wyobrazić sobie rozwój samochodów elektrycznych, magazynów energii czy większości urządzeń elektronicznych. Choć trwają prace nad alternatywnymi technologiami akumulatorów, to właśnie ogniwa litowo-jonowe pozostają dziś bezkonkurencyjne pod względem skali produkcji i dojrzałości przemysłowej. To sprawia, że każde zakłócenie dostaw litu może mieć konsekwencje dla całego sektora energetycznego i motoryzacyjnego.
Problem polega na tym, że chociaż lit występuje niemal wszędzie, tylko część jego złóż można eksploatować opłacalnie. Najtańsze jest pozyskiwanie go z bogatych w lit solanek, które występują przede wszystkim w Ameryce Południowej. Inne źródła istnieją, jednak ich wykorzystanie jest zazwyczaj znacznie droższe i bardziej energochłonne.
Właśnie dlatego uwagę ekspertów zwróciła publikacja w czasopiśmie Science, opisująca nową metodę wydobywania litu ze skał. Zespół badaczy związanych z MIT opracował proces, który według autorów zużywa mniej energii niż obecnie stosowane technologie, pozwala odzyskać większość używanych odczynników i dodatkowo wytwarza produkty uboczne, które można sprzedać. Nowe rozwiązanie może być szczególnie interesujące dla krajów posiadających duże zasoby skał litonośnych, ale niewielki dostęp do bogatych złóż solankowych.
Dlaczego wydobycie litu ze skał jest tak trudne?
Jednym z najważniejszych minerałów zawierających lit jest spodumen, czyli glinokrzemian litu. To właśnie on stanowi najpowszechniejszą rudę litu na świecie. Problem w tym, że jego struktura jest bardzo stabilna, dlatego uwolnienie zawartego w nim pierwiastka wymaga dużych nakładów energii.
Obecnie przemysł stosuje metodę polegającą na podgrzewaniu rudy do temperatury około 1000 stopni Celsjusza. Dopiero po takim „prażeniu” skała staje się podatna na działanie kwasu siarkowego, który wypłukuje z niej lit. Następnie uzyskany roztwór przekształca się w związki wykorzystywane przy produkcji akumulatorów, najczęściej węglan litu. Proces jest skuteczny, ale pozostawia znaczne ilości odpadów zawierających siarkę i wymaga ogromnych ilości energii.
Nowa metoda ma ominąć najbardziej energochłonny etap. Zamiast rozgrzewać skałę do ekstremalnych temperatur, badacze wykorzystali fluorek amonu. Kluczową rolę odgrywa tutaj reakcja zachodząca w wodnym roztworze ogrzewanym jedynie do około 70 stopni Celsjusza. Dzięki temu możliwe jest oddzielenie litu od pozostałych składników minerału bez konieczności wcześniejszego wypalania rudy. To istotna różnica, ponieważ właśnie etap wysokotemperaturowego prażenia odpowiada za znaczną część kosztów i emisji związanych z produkcją litu.
W trakcie procesu lit przechodzi do roztworu w postaci fluorku litu. Jednocześnie krzem i glin tworzą odrębne związki chemiczne, które można później przetwarzać niezależnie. Dzięki temu niemal każdy składnik pierwotnej skały znajduje dalsze zastosowanie.
Odpady stają się surowcem
Jednym z najciekawszych elementów nowej technologii jest wykorzystanie produktów ubocznych. W tradycyjnym przemyśle wydobywczym odpady często stanowią koszt i problem środowiskowy. W rozwiązaniu opracowanym przez badaczy część materiałów może wrócić do obiegu gospodarczego. Dla producentów oznaczałoby to możliwość uzyskania dodatkowych przychodów bez zwiększania skali wydobycia.
Związki glinu powstające podczas procesu można przekształcić w tlenek glinu o czystości przekraczającej 98 proc. Jest to podstawowy surowiec wykorzystywany do produkcji aluminium. Oznacza to, że kopalnia litu mogłaby jednocześnie dostarczać materiał potrzebny innym gałęziom przemysłu.
Także krzem nie trafia na składowisko. Po dodaniu amoniaku wytrąca się dwutlenek krzemu, czyli substancja powszechnie stosowana między innymi w budownictwie. Autorzy badania wykazali, że uzyskany materiał może skutecznie wzmacniać beton.
Co ważne, część używanych odczynników można odzyskać i wykorzystać ponownie. Powstający w kolejnych etapach fluorowodór reaguje z amoniakiem, odtwarzając fluorek amonu potrzebny na początku procesu. Dzięki temu ogranicza się zużycie surowców chemicznych. Takie podejście wpisuje się w coraz popularniejszą ideę gospodarki obiegu zamkniętego, w której ogranicza się ilość bezużytecznych odpadów.
Nie oznacza to jednak, że nowa technologia jest całkowicie pozbawiona wyzwań. Niektóre etapy nadal wymagają podgrzewania materiałów do temperatur sięgających 700 stopni Celsjusza. Dodatkowo fluorowodór należy do najbardziej niebezpiecznych substancji wykorzystywanych w przemyśle chemicznym i wymaga bardzo rygorystycznych procedur bezpieczeństwa. Sami autorzy wskazują, że jest to najsłabszy punkt całego procesu.
Koszt produkcji litów może bardzo spaść
Naukowcy przeprowadzili również analizę ekonomiczną. Według ich szacunków obecnie stosowana metoda wydobywania litu ze spodumenu kosztuje nieco mniej niż 9 tys. dolarów za tonę użytecznego produktu. W przypadku nowej technologii koszt miałby spaść do niewiele ponad 5 tys. dolarów za tonę. Dla producentów akumulatorów oznaczałoby to większą odporność na wahania cen surowców i zakłócenia dostaw.
To poziom zbliżony do kosztów pozyskiwania litu z najlepszych złóż solankowych. Jeśli dodatkowo udałoby się sprzedać uzyskiwane po drodze związki krzemu i glinu, całkowity koszt produkcji mógłby obniżyć się o kolejne ponad tysiąc dolarów za tonę.
Oczywiście takie wyliczenia opierają się na szeregu założeń. Ceny surowców zmieniają się wraz z sytuacją rynkową, różne złoża mają odmienną jakość, a wdrożenie nowej technologii wymagałoby budowy odpowiedniej infrastruktury przemysłowej. Autorzy podkreślają, że rzeczywistość będzie bardziej skomplikowana niż modele ekonomiczne.
Mimo to badanie pokazuje, że nawet w przypadku dobrze znanych procesów przemysłowych wciąż można znaleźć nowe rozwiązania. W świecie coraz bardziej uzależnionym od akumulatorów każda technologia pozwalająca zwiększyć liczbę źródeł litu może okazać się cenna. Szczególnie jeśli pozwoli uniezależnić część produkcji od ograniczonej liczby regionów dostarczających dziś strategiczny surowiec dla energetycznej transformacji. W ostatnich latach wiele państw rozpoczęło poszukiwania własnych źródeł tego surowca właśnie z obawy przed przyszłymi niedoborami.