За оцінками, до кінця десятиліття продажі електромобілів призведуть до того, що попит на літій зросте в п’ять разів у порівнянні з нинішнім рівнем. Таке різке зростання змушує компанії шукати нові джерела цінного металу, але один вчений з прітцкерівської школи молекулярної інженерії чиказького університету вважає, що у нас є весь необхідний літій, і він чекає нас прямо на морському узбережжі.
В даний час близько 75% світового запасу літію надходить з гірського ділянки землі, розташованого між аргентиною, болівією і чилі, який називається літієвим трикутником. У цьому районі метал видобувається шляхом закачування соляного розчину в гігантські басейни під відкритим небом, де він випаровується протягом року. Однак цей тривалий процес являє собою серйозне утруднення для світу, що відчуває дефіцит літію, і хоча існують і інші джерела, більшість з них пов’язане з екологічними витратами.
Щоб запобігти виникненню дефіциту, багато країн, включаючи сполучені штати, шукають екологічно безпечні методи видобутку затребуваного елемента. Саме тут на допомогу приходить чонг лю, доцент кафедри нойбауер в прітцкерівській школі молекулярної інженерії.
Лю – матеріалознавець, вона вивчає властивості речовини з метою створення високоспеціалізованих матеріалів. В даний час її лабораторія розробляє новий тип електродів, які можуть витягувати цінні елементи з морської води за допомогою процесу, званого електрохімічною інтеркаляцією. І хоча робота лю все ще знаходиться на ранній стадії, вона може представити один з найбільш стійких методів вилучення літію в будь-якій точці світу.
“наша головна мета-створити процес, максимально безпечний для навколишнього середовища”, – сказав лю. “оскільки ми використовуємо електрохімічний підхід, ми повністю уникаємо необхідності сильного нагрівання або використання сильних кислот, і ми отримуємо тільки той елемент, який нам потрібен – це одноіонна селективність”.
Цей підхід серйозно розглядається міністерством енергетики сша. 2 вересня лю була названа одним з 13 дослідників, які отримають частину фонду в розмірі 30 мільйонів доларів, спрямованого на забезпечення країни найважливішими матеріалами для чистих енергетичних технологій.
“розширення інфраструктури електромобілів, зміцнення електромереж країни і створення мільйонів робочих місць у сфері чистої енергетики-все це залежить від надійності поставок таких критично важливих матеріалів, як кобальт і платина”, – сказала міністр енергетики сша дженніфер м.гренхолм. “ключ до нашого безвуглецевого майбутнього лежить в нарощуванні темпів розвитку екологічно чистих американських галузей промисловості, створенні міцних систем поставок найважливіших матеріалів американського виробництва і активному впровадженні отриманих кліматичних технологій тут і за кордоном”.
Електрохімічний підхід
Щоб зрозуміти метод лю, досить уявити собі електромагніт. Подібно до того, як електромагніт може притягувати і збирати чорні метали, процес лю може притягувати і збирати літій. В електрохімічній інтеркаляції немає магнетизму, замість цього іони притягуються електричним полем, але принцип дії аналогічний. Працівники зможуть занурити масив електродів в резервуар з морською водою, притягнути літій, а потім вивільнити зібраний літій в резервуар для зберігання.
На молекулярному рівні лю домагається цього, розробляючи специфічні електродні матеріали, які притягують іони до електродів і при цьому захоплюючи тільки певні елементи, утримуючи їх.
Однак такий підхід пов’язаний з певними труднощами. Оскільки концентрація літію в морській воді досить низька, близько 0,2 частин на мільйон, будь-який метод вилучення повинен бути надзвичайно ефективним, щоб витягувати літій з достатньою швидкістю. Крім того, щоб використовувати ці електроди в промислових масштабах, вони повинні бути виготовлені з високоселективних, високоміцних матеріалів. Вибір кращого кандидата для цього потребує часу.
Лю бачить ці проблеми і передбачила їх на рівні розробки. Її лабораторія вже отримала багатообіцяючі результати в процесі вибору матеріалів, звузивши коло кандидатів до декількох найбільш ймовірних груп, над вдосконаленням яких вона працює за допомогою нових методів машинного навчання. Вона сподівається, що протягом наступного десятиліття буде створена нова, повністю стійка система для вилучення літію.
“я повністю очікую, що протягом 10-20 років ми побачимо повну трансформацію способів переміщення людей і вантажів”, – говорить лю. “але щоб створити таку систему, щоб серйозно зайнятися проблемою зміни клімату, нам необхідно знайти екологічно чисті методи для кожного аспекту цього процесу, включаючи виробництво акумуляторних батарей. Саме це ми і сподіваємося забезпечити”.
