Nové ekologické metody těžby: Inovace a udržitelnost v hornictví

Celosvětová produkce lithia se kvůli rozmachu elektromobility za posledních deset let více než ztrojnásobila. Současné metody těžby jsou ale pomalé a energeticky velmi náročné. Vyžadují také vysokou koncentraci lithia v hornině a takové podmínky splňuje jen několik světových lokalit.

Vědci ale nyní přišli s možností, jak všechny tyto problémy překonat a lithium získávat i z méně koncentrovaných a světově rozšířenějších zdrojů. A to včetně mořské vody, podzemní vody a vody, která zůstává po frakování (hydraulickém štěpení využívané k těžbě obtížně dostupné ropy) a těžbě ropy na moři.

„V současné době existuje rozdíl mezi poptávkou po lithiu a jeho produkcí. Naše metoda umožňuje účinnou extrakci minerálu z velmi zředěných kapalin, což může výrazně rozšířit potenciální zdroje lithia,“ řekla Chong Liu, hlavní řešitelka výzkumu, jehož závěry byly publikované i v časopise Nature Communications.

Současné metody těžby lithia

Většina lithia používaného v lithiových bateriích se dnes získává dvěma způsoby. Buďto se těží z lithiových rud, kdy se ruda rozemele a rozpouští v kyselině sírové. Dalším krokem je pak pražení na síran lithný a loužení vodou, po němž následuje smíchání s uhličitanem sodným, čímž se získá uhličitan lithný.

Druhým způsobem je těžba ze zasoleného roztoku, přičemž tyto roztoky se nacházejí zejména pod solnými pláněmi například v Kanadě. Při této metodě se ale používá obrovské množství vody, která se čerpá na zemský povrch a poté se odpařuje.

Čtěte také: Sádrokartonové desky šetrné k životnímu prostředí

Ani jeden způsob není příliš šetrný k životnímu prostředí a při aplikaci na méně koncentrované zdroje lithia nejsou ani příliš efektivní.

Nová metoda extrakce lithia

Objevená metoda naproti tomu pracuje, zjednodušeně řečeno, na principu houby. Pomocí svých krystalových mřížek totiž částice olivínfosforečnanu železitého dokáží i ze zředěných látek lithium vytáhnout tak, jako houba nasává třeba vzdušnou vlhkost. Vzhledem ke své velikosti, náboji a reaktivitě je lithium selektivně vtahováno do prostorů ve sloupcích olivínofosforečnanu železitého.

Selektivně znamená, že ionty sodíku, které jsou samozřejmě ve slaných kapalinách přítomny, tato „houba“ vynechává. Výzkumný tým různými metodami syntetizoval částice olivínfosforečnanu železitého o velikosti od 2 nanometrů až po 6 mikrometrů. Poté tyto částice vědci rozdělili do skupin podle jejich velikosti a použili je ke konstrukci elektrod, které dokážou extrahovat lithium ze slabého roztoku, a hledali ideální velikost částic tak, aby byla propustnost iontů sodíku co nejmenší.

„Ukázalo se, že uprostřed velikostní škály je zlatý bod, v němž kinetika i termodynamika upřednostňují lithium před sodíkem,“ vysvětlila dále Chong Liu s tím, že tato zjištění jsou zásadní pro posun elektrochemické extrakce lithia směrem ke komerčnímu využití.

„Naznačují, že by se výzkumníci měli zaměřit na výrobu olivínfosforečnanu železitého o ideální velikosti částic, protože pak můžeme vyvinout metodu, která skutečně sníží dopad výroby lithia na životní prostředí a přitom zajistí jeho dostačující dodávky v globálním měřítku.“

Čtěte také: Opatovice a životní prostředí

Alternativní technologie těžby lithia

Těžební průmysl proto hledá nové cesty umožňující efektivnější a ekologicky méně náročnou těžbu a snaží se o rozvoj alternativních metod pro těžbu v nalezištích solanky. Problémem při těžbě těchto nalezišť je, že nutnou součástí procesu získání lithia je odpařování solanky v masivních, zbarvených bazénech po dobu přibližně 18 měsíců. Jedná se o poměrně jednoduchý, avšak neefektivní proces, jelikož zabírá rozsáhlé plochy, je ekologicky škodlivý a časově náročný.

Právě již zmíněná společnost Lilac Solutions se jako jedna z mnoha pokouší o rozvoj nových a z velké části komerčně nevyzkoušených technologií nazývaných přímá těžba lithia neboli DLE (Direct Lithium Extraction). Přímé metody jsou vyvíjeny za účelem zvýšit účinnost a snížit negativní externality procesu těžby solanky. Dle odhadů expertů z odvětví jsou tyto pokusy prozatím úspěšné a brzy lze očekáva jejich širší zavádění.

Namísto koncentrace lithia odpařováním solanky ve velkých bazénech se při přímě těžbě solanka stahuje rovnou do zpracovatelské jednotky. Při tomto procesu se molekuly lithia v solance přichytí na absorpční látku a během celé řady chemických procesů se lithium oddělí a odstraní se okolní nečistoty. Poté se vtlačuje zpět do podzemí. Tímto procesem se během několika hodin získá uhličitan nebo hydroxid lithný vhodný pro baterie, aniž by bylo nutné koncentrovanou solanku přepravovat do samostatného zpracovatelského zařízení.

Metoda se již do jisté míry používá v Argentině i v Číně, kde společnosti Livent a Sunresin zavádějí komerční technologie, které kombinují přímé metody s tradičními operacemi v odpařovacích rybnících. Obě tyto společnosti se taktéž spoléhají na přímou těžbu prostřednictvím absorpce látek. Ta je prozatím jediným komerčně ověřeným přístupem.

„Tato technologie představuje určité výzvy. Protože každá solanka je jedinečným vývarem chemických látek, bude získávání lithia přímou extrakcí vyžadovat pro každý projekt individuální přístup“, uvedl Kevin Murphy, ředitel výzkumu kovů a těžby ve společnosti S&P Global Commodity Insights. Ten zároveň upozornil na nedostatky přímých metod extrakce.

Čtěte také: Více o světelném znečištění

„Čím nižší je koncentrace lithia v solance, tím vyšší jsou provozní náklady, protože výrobci musí zpracovávat více vody. Přítomnost dalších prvků může také narušit proces těžby,“

Na potřebu velkých objemů vody při odstraňování lithia z adsorbentů upozorňují i mnozí další odborníci. Snížení ekologických škod způsobených těžbou je sporné, jelikož se sice eliminuje využití půdy, zároveň ale stoupá spotřeba vody. Mnoho nejlepších světových zdrojů solanky se navíc nachází v suchých oblastech, takže řešení je technicky velmi obtížně dosažitelné.

Společnosti rozvíjející alternativní způsoby těžby uvádí, že při adsorpci se spotřebuje přibližně 1 litr sladké vody na 1-10 miligramů vyrobeného ekvivalentu uhličitanu lithného (LCE). Konkrétní množství potřebné vody, ale vždy záleží na specifikách konkrétního naleziště.

Alternativní technologie jako klíč k novým ložiskům

Rozsáhlejší využití přímých metod může nastartovat těžbu lithia, jelikož umožňuje efektivní komerční těžbu na místech, kde to doposud bylo kvůli nedostatku prostoru nebo ochraně přírody velmi komplikované a ekonomicky nevýhodné. Jedná se zejména o naleziště, kde solanka obsahuje méně lithia a více nečistot.

Několik takových oblastí se nachází mimo tradiční naleziště v Argentině, Bolívii a Chile také na území Spojených států. Severoamerické společnosti Lilac Solutions, EnergyX a Standard Lithium zkoumají zdroje lithia v oblastech, jako je Smackover Formation v Arkansasu, Salton Sea v Kalifornii.

Chilská vláda navíc oznámila, že všechny nové lithiové projekty budou muset používat technologii přímé extrakce. Podobným směrem se ubírá i Bolívie, kde jsou jedny z nevětších doposud nevyužitých zdrojů lithia na světě. Dle velikosti identifikovaných rezerv v Bolívii se odhaduje, že použití komerční metody umožňující těžit doposud opomíjená ložiska umožní na trh dodat nové významné objemy lithia na trh.

Produkce a rezervy Lithia, Niklu a Kobaltu (miliony tun)

Zdroj: US Geological Survey, EI

Celkově se podle společnosti Benchmark Mineral Intelligence předpokládá, že produkce lithia prostřednictvím přímých metod vzroste z dnešních přibližně 54 000 tun ročně na 647 500 tun do roku 2032. "Když to však srovnáme se zbytkem světového trhu, představuje to jen asi 15 % celkové nabídky," řekl James Mills, hlavní konzultant společnosti Benchmark Mineral Intelligence.

Vědci představili novou, vysoce efektivní metodu extrakce lithia, která by mohla zásadně změnit výrobu baterií a snížit environmentální dopady těžby tohoto klíčového prvku. Tradiční způsoby získávání lithia jsou nejen energeticky náročné, ale také způsobují značné ekologické problémy, jako je znečištění vody a půdy odpařováním vody a chemickým čistěním.

Tento inovativní přístup spočívá ve využití speciálních filtračních membrán, které umožňují selektivní separaci lithia z roztoků obsahujících i jiné kovy. Tyto roztoky bývají zpravidla odpadním produktem průmyslu, výroby plynu nebo ropy, ale lithium obsahují i geotermální solné prameny. Technologie je nejen rychlejší, ale i levnější než současné metody, jelikož extrakce je velmi efektivní, výsledný produkt velmi čistý a energie je spotřebována pouze na průchod částic lithia skrze membránu.

Nový objev by mohl vést k ekologickému využití dosud nevyužitých zdrojů lithia, výrobě levnějších a udržitelnějších baterií. Dalším přínosem nové technologie je její potenciál pro využití v recyklaci baterií, což by mohlo pomoci zmírnit problém s omezenými zásobami lithia, snížit závislost na jeho těžbě a decentralizovat jeho produkci.

tags: #nove #ekologicke #metody #tezby

Oblíbené příspěvky:

• Jak se dostat z Koh Phi Phi (Laem Tong Beach)
• Udržitelnost nerezové oceli
• Výběr kompostéru
• Výpočet ekologické daně
• Srovnání čističů odpadů