Stórfréttir náttúrunnar: Litíumvinnsla úr lággæða saltvatni

Titill: Lithium útdráttur úr lággæða pækli
Tímarit: Náttúra
DOI: 10.1038/s41586-024-08117-1

Sem mikilvægt efni í rafhlöðuiðnaðinum gegnir litíum lykilhlutverki við að styðja við rafknúin farartæki og endurnýjanleg orkugeymslukerfi vegna yfirburðar orkuþéttleika þess og stöðugleika.

Hins vegar byggja hefðbundnar litíumvinnsluaðferðir á harðbergi og hágæða saltvatnsauðlindir, sem eyðir ekki aðeins mikilli orku og hefur mikla kolefnislosun, heldur leiðir það einnig til eyðingar grunnvatns og vistfræðilegra skaða.

Með vaxandi eftirspurn eftir litíum og auknum skorti á forða hefur þróun skilvirkrar tækni til að vinna litíum úr lággæða saltvatni orðið lykillinn að lausn þessa vandamáls.

Þessi úttekt tekur kerfisbundið saman nýjustu tækni til að vinna litíum úr lággæða saltvatni, þar á meðal úrkomu, útdrátt leysiefna, aðsog, himnuaðskilnað og rafefnafræðilegan aðskilnað, og leggur til framtíðarþróunarstefnur.

Þessi tækni tekur á áskorunum um lágan styrk litíums og hátt magnesíum-til-litíum hlutfall, bætir skilvirkni litíumbata með því að hámarka aðskilnaðarferlið og draga úr umhverfisáhrifum, sem gefur nýstárlega leið til sjálfbærrar þróunar litíumauðlinda.

Auðlindabreidd

Lágmarks saltvatnsauðlindir eru víða dreifðar og ná yfir setvatn, jarðhitavökva, olíuframleitt vatn og sjó, sem gefur möguleika á fjölbreytni í litíumbirgðum.

Fjölbreytt útdráttartækni

Frá hefðbundnum úrkomuaðferðum til háþróaðrar rafefnafræðilegrar aðskilnaðar hefur ýmis tækni sýnt möguleika á notkun í háu magnesíum-til-litíum hlutföllum og litíumlausnum með lágstyrk.

Umhverfisvænni

Þróun tækni hefur gert það mögulegt að draga úr úrgangi vatnsauðlinda og söltunarmengun við litíumvinnslu, sem gefur möguleika á grænu litíumvinnslu.

Framtíðarhorfur

Lagt er til að hámarka litíumútdráttarferlið með samvinnu yfir lén og tæknisamþættingu, sem veitir hagnýtar leiðbeiningar um þróun lággæða saltvatnsauðlinda.

Mynd 1: Samantekt á niðurstöðum dreifingar og vinnslu helstu litíumauðlinda í heiminum

Myndin sýnir dreifingu litíumstyrks og magnesíums og litíumhlutfalls í mismunandi vatnshlotum, auk tilraunagagna um ýmsa litíumútdráttartækni. Niðurstöðurnar sýna að lággæða saltvatnsauðlindir eru miklar en þörf er á markvissri hagræðingartækni.

Mynd 2: Greining á vélbúnaði leysiútdráttar og aðsogstækni

(a) Meginregla TBP-FeCl₃ tvöfalds samverkandi útdráttarkerfis. (b) Lagskipt uppbygging og litíum útdráttarbúnaður Li/Al-LDH aðsogsefnis. (c) Aðferðir til að auka stöðugleika aðsogsefna við endurvinnslu, þar með talið yfirborðshúð og misleitt atómdópun.

Mynd 3: Skýringarmynd af himnubundinni aðskilnaðartækni

(a) Donnan útilokunaráhrif í nanósíunarhimnu hindrar magnesíumjónir. (b) Lithium solid raflausn himna aðskilnaður meginregla undir rafdrif. (c) Niðurstöður tilrauna með aukningu litíumstyrks við aðstæður í sjó, sem sýna mikla skilvirkni tækninnar.

Mynd 4: Rafefnafræðilegt litíum útdráttarkerfi

(a) Skýringarmynd af eins- og tveggja hólfa kerfum. (b) Samanburður á vinnslugetu og vetnis/súrefnisþróunarmöguleikum mismunandi rafskautaefna. (c) Kristalbygging og litíumútdráttargeta LiFePO₄ og LiMn₂O₄ rafskautsefna

Mynd 5: Yfirlit yfir grunnreglur litíumútdráttar

Þessi mynd dregur saman drifkrafta litíumútdráttar í formi orkurits, þar á meðal mun á afvötnunarorku, útbreiðslu og grindarorku, og bendir á að hægt sé að bæta sértækni og skilvirkni litíumútdráttar enn frekar með því að hagræða þessum þáttum í framtíðinni. .

Endurskoðunin sýnir að útdráttur litíums úr lággæða saltvatni getur ekki aðeins dregið úr skorti á litíumauðlindum, heldur einnig möguleika á grænu og kolefnislítíum framleiðslulíkani. Í framtíðinni er nauðsynlegt að halda áfram ítarlegum rannsóknum á hönnun aðskilnaðarefna, orkunýtingu og hagræðingu ferla til að ná fram markaðssetningu og víðtækari beitingu tækninnar.