Akkujen raaka-aineongelma ratkaistu sadoiksi tuhansiksi vuosiksi?
Uutinen
Akkujen raaka-aineongelma ratkaistu sadoiksi tuhansiksi vuosiksi? Merissä on 240 000 000 000 tonnia litiumia, ja sen rikastamiseen keksittiin nyt menetelmä
Tuomas Kangasniemi8.6.202114:32|päivitetty8.6.202114:57TIEDEAKKUTEKNOLOGIARAAKA-AINEET
Tutkijat saudiarabialaisesta Kaust-yliopistosta kehittivät keraamisen kalvon, joka erottelee litiumin talteen. Lopputulos on 99,94 % puhdasta.
Paljon litiumia. Merivedessä on litiumia satoja miljardeja tonneja, mutta laimea pitoisuus on haitannut sen talteenottoa. MORGAN B. SMITH
Maailman valtameriin on liuennut litiumia 240 000 000 000 tonnia, mikä on arviolta 5000 kertaa maanpäällisiä tunnettuja litiumvaroja enemmän. Nyt tutkijat saudiarabialaisesta Kaust-yliopistosta ovat keksineet menetelmän tämän valtavan raaka-ainevaraston hyödyntämiseen.
Toistaiseksi meriveden litiumin talteenotto on ollut käytännössä mahdotonta litiumin hyvin alhaisen pitoisuuden vuoksi. Merivesi sisältää tätä kevyttä alkuainetta vain noin 0,17 miljoonasosaa massan mukaan.
Zhiping Lain ja Zhen Lin johtamien tutkijoiden laitteisto on elektrolyyttinen, ja se perustuu ioneja erottelevaan, litiumlantaanititaanioksidista Li₃La₅Ti₉O₂₇ tehtyyn keraamiseen kalvoon. Pienikokoiset litiumionit pääsevät tämän kalvon onkaloista läpi, mutta suuremmat positiiviset ionit eli kationit – joista suurin osa on natriumia, kalsiumia, kaliumia ja magnesiumia – jäävät enimmäkseen sen ulkopuolelle.
Neljän peräkkäisen rikastusvaiheen jälkeen litiumin pitoisuus nousi 0,9 prosenttiin, minkä jälkeen liuos tehtiin emäksiseksi, ja litium saostettiin talteen fosfaattina. Lopputulos oli 99,94-prosenttista litiumfosfaattia.
Koska kaliumin ja natriumin fosfaatit ovat runsasliukoisia veteen, ne eivät erityisesti häiritse litiumin saostamista merivedestä. Sen sijaan magnesium ja kalsium saostuisivat litiumin mukana, ja niiden tähden litiumin rikastaminen on välttämätöntä.
Haluatko Tekniikka&Talouden kiinnostavimmat artikkelit koostettuna sähköpostiisi joka päivä? Tilaa tästä linkistä ilmainen uutiskirjeemme.
Koska litiumia suuremmat kationit eivät läpäise kalvoa hyvin, niiden pitoisuus tippui rikastusaskelten aikana. Kaliumin pitoisuus putoisi noin sadasosaan sekä magnesiumin ja kalsiumin noin tuhannesosaan lähtötilanteesta. Natriumin pitoisuus väheni noin 300-kertaisesti.
Li kertoo lehdistötiedotteessa, että tällaiseen kalvoon perustuvaa litiuminrikastusprosessia ei ole aiemmin tehty.
Järjestelmä vaatii 3,25 voltin jännitteen, ja se tuottaa litiumrikasteen lisäksi vetyä ja klooria. Tutkijat arvioivat tieteellisessä artikkelissaan, että menetelmä voisi olla taloudellisesti kannattava, jos litiumin lisäksi samalla kertaa tuotettaisiin myös klooria ja natriumhydroksidia.
Kloorin ja natriumhydroksidin elektrolyyttinen yhteistuotanto eli niin sanottu kloorialkaliteollisuus on yksi merkittävimmistä kemian teollisuuden haaroista.
Nykyisellä noin 60 000 tonnin vuotuisella käyttötahdilla (puhdasta litiumia, ei litiumkarbonaattia) meriveden 240 miljardia tonnia riittäisivät noin 4 miljoonaksi vuodeksi. Vaikka kulutus kymmenkertaistuisi lähivuosina liikenteen sähköistymisen ja akkuteollisuuden nousun myötä, meriveden litium riittäisi silti sadoiksi tuhansiksi vuosiksi.
Jää nähtäväksi, päätyykö Lain ja Lin keksintö kaupalliseen käyttöön, mutta ainakin periaatteen tasolla ihmiskunnan ongelmat litiumin riittävyyden suhteen näyttävät nyt ratkaistuilta lähimmän puolen vuosimiljoonan ajaksi.
Tutkijoiden tieteellinen raportti on julkaistu Energy & Environmental Science -lehdessä. Se on vapaasti luettavissa.