Naukowcy opracowali metodę ekstrakcji litu z wody morskiej

Naukowcy zaangażowani w realizację projektu KAUST opracowali bardziej opłacalną ekonomicznie metodę ekstrakcji litu z wody morskiej. Jest to niezbędny składnik akumulatorów zasilających pojazdy elektryczne, jednak gwałtownie rosnące zapotrzebowanie na lit spowoduje wyczerpanie jego zasobów na lądzie już 2080 roku.

W oceanach znajduje się około 5000 razy więcej litu niż na lądzie, ale w bardzo niskim stężeniu wynoszącym zaledwie około 0,2 ppm. Większe jony, w tym sód, magnez i potas, występują w wodzie morskiej w znacznie wyższych stężeniach, jednak dotychczasowe badania mające na celu wyodrębnienie litu z tej mieszaniny nie przyniosły większych rezultatów.

Zespół z KAUST rozwiązał ten problem za pomocą ogniwa elektrochemicznego zawierającego ceramiczną membranę wykonaną z tytanianu litu-lantanu (LLTO). Jego struktura krystaliczna zawiera otwory wystarczająco szerokie, aby przepuszczać jony litu, blokując jednocześnie większe jony metalu.

Ogniwo składa się z trzech komór. Jak tłumaczą naukowcy, woda morska centralnej komory zasilającej, gdzie dodatnie jony litu przechodzą przez membranę LLTO do komory bocznej, która zawiera roztwór buforowy i miedzianą katodę pokrytą platyną i rutenem. Tymczasem jony ujemne opuszczają komorę zasilającą przez standardową membranę anionowymienną, przechodząc do trzeciej komory zawierającej roztwór chlorku sodu i anodę platynowo-rutenową.

Do testów naukowcy wykorzystali wodę morską pochodzącą z Morza Czerwonego. Przy zastosowaniu napięcia 3,25 V ogniwo generuje gazowy wodór na katodzie i gazowy chlor na anodzie. To z kolei napędza transport litu przez membranę LLTO, gdzie gromadzi się on w komorze bocznej. Wzbogacona w lit woda staje się następnie surowcem dla czterech kolejnych cykli przetwarzania, osiągając ostatecznie stężenie ponad 9000 ppm. Dostosowując pH tego roztworu, uzyskuje się stały fosforan litu, który zawiera jedynie śladowe ilości jonów innych metali - wystarczająco czysty, by spełnić wymagania producentów baterii.

Naukowcy szacują, że koszt energii wykorzystanej do pozyskania kilograma litu z wody morskiej wyniósłby 5 dolarów. Natomiast wartość wodoru i chloru wyprodukowanego przez ogniwo pozwoliłaby na pokrycie tego kosztu. Z kolei pozostałości z wody morskiej mogłyby być również wykorzystane w instalacjach odsalania wody w celu zapewnienia słodkiej wody.