Kluczową barierą był zawsze magnez: jego chemiczne podobieństwo blokowało zasoby
Aby zrozumieć wagę tego odkrycia, trzeba spojrzeć na geologię. Ponad połowa światowych złóż litu nie występuje w postaci twardej skały, lecz jest rozpuszczona w podziemnych, słonych wodach. Niestety, w większości z nich litowi towarzyszy olbrzymia ilość magnezu. Te dwa pierwiastki są na tyle podobne, że podczas tradycyjnego odparowywania wody tworzą trudne do rozdzielenia związki stałe. Gdy stosunek magnezu do litu przekracza 6:1, konwencjonalne metody ekstrakcji stają się ekonomiczną przepaścią, generując wysokie koszty reagentów i tony toksycznych odpadów. Obecne sposoby pozyskiwania litu nie napawają optymizmem. Wydobycie ze skał, np. w Australii, jest energochłonne i powoduje znaczne zniszczenia w krajobrazie. Z kolei metoda odparowująca, stosowana na solniskach w Ameryce Południowej, wymaga gigantycznych, kilkuletnich basenów, które pochłaniają hektary terenu i miliony litrów cennej wody w regionach dotkniętych suszą.
W niektórych naturalnych solankach konwencjonalne podejście nie jest ekonomiczne, więc ludzie nie wykorzystują tego zasobu – zauważa Jovan Kamcev z University of Michigan
Według analityków z S&P Global, globalny popyt na lit może przekroczyć podaż już za cztery lata. Presja ze strony producentów samochodów elektrycznych, magazynów energii i elektroniki użytkowej tylko rośnie, a każde nowe źródło surowca jest na wagę złota.
Przełomowa membrana działa bez prądu
Zespół badawczy testował membrany naładowane ujemnie, używając ich w konfiguracji, która nie przewidywała podłączenia do prądu. Po jednej stronie umieszczono solankę, po drugiej czystą wodę. Ku ich zaskoczeniu, jony litu zaczęły samorzutnie przemieszczać się przez membranę do czystej wody, podczas gdy magnez pozostawał w miejscu.
To odkrycie było swego rodzaju wypadkiem w laboratorium. Naprawdę na początku tego nie rozumieliśmy – dodaje autor badań
Wyjaśnienie okazało się imponująco proste. Jony chlorkowe z solanki dyfundują przez membranę. Aby zneutralizować powstający ładunek elektryczny, za chlorkami podążają dodatnio naładowane jony litu. Magnez, który ma silniejszy ładunek dodatni, powinien teoretycznie poruszać się szybciej. W tym przypadku jest inaczej – jego jony tworzą tak silne wiązania z ujemnie naładowaną powierzchnią membrany, że zostają skutecznie uwięzione. Paradoksalnie, dostarczenie energii elektrycznej do układu psuje cały efekt, dając magnezowi wystarczającą siłę, aby się uwolnić i skazić roztwór.
Co to oznacza dla rynku i przyszłości?
Mimo to, opisana technika nie jest uniwersalnym rozwiązaniem. Skutecznie radzi sobie z oddzieleniem litu od magnezu, lecz już nie od innych kationów, takich jak sód czy potas, które często występują w solankach. Dlatego naukowcy widzą ją raczej jako jeden z elementów większego, hybrydowego procesu. W takim łańcuchu mogłaby pełnić rolę kluczowego etapu wstępnego oczyszczania, po którym następowałoby dalsze uszlachetnianie roztworu przy użyciu selektywnych adsorbentów lub metod chemicznych. Zespół złożył wniosek patentowy i poszukuje partnerów przemysłowych gotowych do współpracy nad skalowaniem technologii.
Czytaj też: W laboratorium powstała lodowa plazma. Będzie kluczem do rozwikłania odwiecznej zagadki
Potencjał jest ogromny, choć najpierw będzie trzeba uporać się z największymi ograniczeniami. Rynek akumulatorów nie stoi w miejscu i nie będzie czekał w nieskończoność na nowe technologie. Wahania cen litu w ostatnich latach boleśnie uświadomiły producentom wrażliwość łańcuchów dostaw. Każde nowe, stabilne źródło tego pierwiastka mogłoby zmienić reguły gry.