Jei elektromobilis, išmanusis telefonas ar nešiojamas kompiuteris yra šiuolaikinio gyvenimo simboliai, tai litis yra jų nematomas variklis. Jo baterijose tiek daug šio metalo, kad per pastarąjį dešimtmetį pasaulinė paklausa išaugo beveik penkis kartus. Tačiau litį pigiai išgauti galima tik iš sūrymų, kurių turtingiausi telkiniai slypi Pietų Amerikoje. Iš uolienų — kur litio iš tiesų apstu — gavyba vis dar brangi, neefektyvi ir paliekanti kalnus atliekų. Bent jau taip buvo iki šiol. Gegužės 28 dieną prestižiniame žurnale „Science" paskelbtas tyrimas siūlo procesą, kuris gali viską pakeisti.
Kas negerai su dabartine gavyba
Pagrindinė litio rūda, kurią turime Žemėje, vadinasi spodumenas — ličio aliumosilikatas. Jo atsargos milžiniškos: vien JAV Geologijos tarnyba neseniai įvertino, kad šiaurės rytų valstijose esantys pegmatitų dariniai slepia didžiulius ličio oksido kiekius. Tačiau išgauti litį iš spodumeno šiuo metu reiškia jį kaitinti iki maždaug 1 000 °C, kad suirtų kompaktiška kristalinė struktūra, o paskui apdoroti sieros rūgštimi. Rezultatas — ličio sulfato tirpalas, kurį dar reikia paversti baterijų gamybai tinkamu ličio karbonatu. O už nugaros lieka sieros turinčios atliekos, kurioms reikia atskiros utilizacijos.
MIT mokslininkai kartu su dviem Bostono įmonėmis pasiūlė alternatyvą, kuri atrodo kone per graži, kad būtų tiesa: procesas, sunaudojantis žymiai mažiau energijos, regeneruojantis visas pradines chemines medžiagas ir paverčiantis šalutinius produktus komerciškai vertingomis medžiagomis.
// reklamaČia gali būti jūsų reklamaSusisiekite →Kaip veikia naujasis procesas
Pagrindinis šio metodo ingredientas — amonio fluoridas. Vietoj to, kad būtų lydoma gryna druska (kas neišvengiamai išskiria itin pavojingą vandenilio fluoridą), mokslininkai naudojo amonio fluoridą, ištirpintą vandenyje. Kaitinant tirpalą tik iki maždaug 70 °C, susidaro NH₄F₂ jonai, kurie atiduoda fluoro atomą ličiui. Taip gaunamas vandeninis ličio fluorido tirpalas — beveik kambario temperatūroje.
Ir tai dar ne viskas. Silicis iš spodumeno taip pat reaguoja su fluoru, sudarydamas silicio tetrafluoridą — dujinį junginį, kurį galima lengvai surinkti. Vėliau šios dujos reaguoja su procese išsiskyrusiu amoniaku ir vandeniu, sudarydamos amonio heksafluorosilikatą ir silicio dioksidą. Pastarasis yra vertingas pramoninis produktas, naudojamas statybose, elektronikoje ir stiklo pramonėje. Aliuminis iš spodumeno tuo tarpu paverčiamas aliuminio fluoridu — medžiaga, kuri jau dabar naudojama aliuminio lydymo pramonėje.
Esmė tame, kad proceso pabaigoje visos pradinės cheminės medžiagos, įskaitant amonio fluoridą, yra regeneruojamos ir gali būti naudojamos iš naujo. Šalutiniai produktai — silicio dioksidas ir aliuminio fluoridas — turi savo rinkos vertę. O energijos sąnaudos yra dramatiškai mažesnės, nes nereikia kaitinti uolienų iki tūkstančio laipsnių.
Kontekstas, kurio negalima ignoruoti
Kad suprastume šio atradimo svorį, reikia žvilgtelėti į skaičius. Pasaulinė ličio paklausa 2025 metais siekė apie 1,2 milijono tonų ličio karbonato ekvivalento, o iki 2030-ųjų prognozuojamas augimas iki 3 milijonų tonų. Tuo tarpu „ličio trikampyje" — Čilėje, Argentinoje ir Bolivijoje — slypi daugiau nei pusė pasaulio atsargų, tačiau gavyba iš sūrymų turi rimtų aplinkosauginių pasekmių: vienam kilogramui ličio išgauti reikia maždaug 2 milijonų litrų vandens. Sausringuose Andų regionuose tai jau kelia vandens trūkumo konfliktus tarp kasybos kompanijų ir vietinių bendruomenių.
Europa šioje lenktynėje atsilieka. Žemyne veikia vos kelios ličio perdirbimo gamyklos, o kasyba iš esmės nevyksta. Tuo tarpu Kinija kontroliuoja maždaug 60 procentų pasaulinio ličio perdirbimo pajėgumų. Geopolitiškai tai reiškia, kad elektrinių automobilių revoliucija Vakaruose priklauso nuo tiekimo grandinių, kurios eina per Pekiną.
Naujasis MIT procesas šią priklausomybę galėtų sumažinti. Jei litis iš spodumeno gali būti išgaunamas ekonomiškai ir ekologiškai, kiekvienas žemynas, turintis pegmatito telkinių — o jų turi beveik visi — gali tapti gamintoju. Tai ne tik diversifikuotų tiekimo grandines, bet ir sumažintų anglies pėdsaką, nes litis nebebūtų gabenamas per pusę planetos.
Ką tai reiškia baterijų pramonei
Praktinė šio atradimo reikšmė yra milžiniška. Šiandien apie 80 procentų pasaulinio ličio išgaunama iš sūrymų Čilėje, Argentinoje ir Bolivijoje — vadinamajame „ličio trikampyje". Tai reiškia, kad pasaulio baterijų gamyba priklauso nuo kelių kasyklų viename regione, o tiekimo sutrikimai — ar dėl politinio nestabilumo, ar dėl aplinkosauginių ribojimų — gali paralyžiuoti visą pramonę.
Naujasis procesas atveria duris ekonomiškai pagrįstai ličio gavybai iš uolienų bet kuriame žemyne. Europa, Šiaurės Amerika, Australija — visi regionai, turintys spodumeno telkinių, galėtų tapti ličio tiekėjais. Tai ne tik diversifikuotų tiekimo grandines, bet ir sumažintų anglies pėdsaką, nes litis nebebūtų gabenamas per pusę planetos.
Tyrėjai kol kas neatskleidė, kada procesas gali būti pritaikytas pramoniniu mastu — nuo laboratorinio sėkmės iki gamyklos paprastai praeina keleri metai. Tačiau pats faktas, kad pagrindinė cheminė medžiaga regeneruojasi, o šalutiniai produktai yra vertingi, suteikia šiam metodui ekonominį pagrindą, kurio ankstesniems bandymams trūko. O kai ekonomika susitinka su ekologija, pokyčiai paprastai įvyksta greičiau, nei prognozuoja skeptikai.
Dažnai užduodami klausimai
- Kas yra spodumenas?
- Spodumenas yra ličio aliumosilikatas — labiausiai paplitusi ličio rūda Žemėje. Jo atsargos yra didžiulės, tačiau iki šiol litį iš jo išgauti buvo brangu ir daug energijos reikalaujanti procedūra.
- Kuo naujasis procesas skiriasi nuo dabartinio?
- Esminiai skirtumai yra trys: nereikia kaitinti uolienų iki 1 000 °C, pakanka apie 70 °C; visos pradinės cheminės medžiagos regeneruojamos ir naudojamos pakartotinai; šalutiniai produktai (silicio dioksidas ir aliuminio fluoridas) yra komerciškai vertingi.
- Kada šis procesas bus naudojamas pramonėje?
- Mokslininkai kol kas nenurodė konkretaus termino. Nuo laboratorinių tyrimų iki pramoninio pritaikymo paprastai praeina keleri metai, tačiau ekonominis metodo pagrįstumas gerokai padidina tikimybę, kad jis bus komercializuotas greičiau nei įprasta.
