Princeton araştırmacıları, gözenekli lifler kullanarak, üretim için gereken zamanı ve alanı önemli ölçüde azaltan yeni bir lityum çıkarma tekniği geliştirdiler. Buharlaşma ve kılcal etki kullanarak lityum ve sodyumu ayıran bu çevre dostu yöntem, pil endüstrisinde devrim yaratma potansiyeline sahip. Kredi: Bumper DeJesus
Elektrikli araç aküleri ve enerji depolama sistemlerinde önemli bir unsur olan lityum, daha yeşil bir gelecek için umut vaat ediyor. Bununla birlikte, üretimi dikkate değer çevresel etkiler taşımaktadır. Tuzlu sudan lityum çıkarmak önemli miktarda arazi ve zaman gerektirir; düzinelerce mil karelik büyük operasyonlar gerçekleştirilir ve genellikle üretime başlamak için bir yıldan fazla süre gerekir.
Şimdi, Princeton’daki araştırmacılar, lityum üretimi için gereken arazi miktarı ve zaman. Araştırmacılar, sistemlerinin mevcut lityum tesislerindeki üretimi iyileştirebileceğini ve daha önce değerli olamayacak kadar küçük veya seyreltilmiş olarak görülen kaynakların kilidini açabileceğini söylüyor.
Yakın zamanda Nature Water’da yayınlanan bir makalede açıklanan tekniğin özü, Araştırmacıların suyu seven bir çekirdeğe ve suyu iten bir yüzeye sahip olacak şekilde tasarladığı, ipler halinde bükülmüş gözenekli liflerden oluşan bir set. Uçlar tuzlu su çözeltisine batırıldığında su, kılcal damar hareketi yoluyla iplerde yukarı doğru hareket eder; bu, ağaçların suyu köklerden yapraklara çekmek için kullandığı işlemin aynısıdır.
Su, her ipin yüzeyinden hızla buharlaşır, geride sodyum ve lityum gibi tuz iyonlarını bırakıyor. Su buharlaşmaya devam ettikçe, tuzlar giderek yoğunlaşır ve sonunda tellerin üzerinde sodyum klorür ve lityum klorür kristalleri oluşturarak toplamanın kolaylaşmasını sağlar.
Tuzları yoğunlaştırmanın yanı sıra, bu teknik lityum ve sodyumun da artmasına neden olur. Farklı fiziksel özelliklerinden dolayı ip boyunca farklı yerlerde kristalleşirler. Çözünürlüğü düşük olan sodyum, ipin alt kısmında kristalleşirken, yüksek çözünürlüğe sahip lityum tuzları üst kısımda kristalleşir. Doğal ayırma, ekibin lityum ve sodyumu ayrı ayrı toplamasına olanak tanıdı; bu, genellikle ek kimyasalların kullanılmasını gerektiren bir başarıdır.
Bir Princeton araştırma ekibi, ve lityum tuzlarının toplanması. Kredi: Bumper DeJesus
İnşaat ve çevre mühendisliği profesörü Z. Jason Ren, “Lityumun konsantre edilmesi, ayrılması ve toplanması için buharlaşma ve kılcal hareketin temel süreçlerinden yararlanmayı amaçladık” dedi. Princeton’daki Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi ve araştırma ekibinin lideri. “Diğer birçok ekstraksiyon teknolojisinde olduğu gibi ilave kimyasallar uygulamamıza gerek yok ve süreç, geleneksel buharlaştırma yaklaşımlarına kıyasla çok fazla su tasarrufu sağlıyor.”
Lityumun sınırlı arzı, üretimin önündeki engellerden biri. Ren, düşük karbonlu bir topluma geçişin mümkün olduğunu ekledi. “Yaklaşımımız ucuz, kullanımı kolay ve çok az enerji gerektiriyor. Kritik bir enerji sorununa karşı çevre dostu bir çözüm.”
İp üzerinde bir buharlaşma havuzu
Geleneksel tuzlu su ekstraksiyonu, lityumun tuz düzlüklerinden ve tuzlu göllerden konsantre edilmesi için bir dizi devasa buharlaşma havuzunun inşa edilmesini içerir. veya yeraltı suyu akiferleri. Süreç birkaç aydan birkaç yıla kadar sürebilir. Operasyonlar, dünya çapında yalnızca yeterince yüksek başlangıç lityum konsantrasyonlarına, kullanılabilir arazi bolluğuna ve buharlaşmayı maksimuma çıkaracak kurak bir iklime sahip bir avuç yerde ticari olarak uygulanabilir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri’nde, Nevada’da bulunan ve yedi mil kareyi kapsayan yalnızca bir aktif tuzlu su bazlı lityum çıkarma işlemi vardır.
İp tekniği çok daha kompakttır ve Lityum üretmeye çok daha hızlı başlayın. Araştırmacılar, teknolojilerini laboratuvardan endüstriyel ölçeğe ölçeklendirmenin ek çalışma gerektireceği konusunda uyarsa da, bunun mevcut operasyonların ihtiyaç duyduğu arazi miktarını yüzde 90’dan fazla azaltabileceğini ve buharlaşma sürecini yüzde 20’den fazla hızlandırabileceğini tahmin ediyorlar. geleneksel buharlaşma havuzlarına kıyasla daha uzun süreler alır ve bu da potansiyel olarak bir aydan daha kısa sürede ilk lityum hasadı elde edilmesini sağlar.
Kompakt, düşük maliyetli ve hızlı operasyonlar, kullanılmayan petrol ve gaz kuyuları gibi yeni lityum kaynaklarını kapsayacak şekilde erişimi genişletebilir ve şu anda lityum ekstraksiyonu için çok küçük veya çok seyreltik olan jeotermal tuzlu sular. Araştırmacılar, hızlandırılmış buharlaşma oranının daha nemli iklimlerde de çalışmaya izin verebileceğini söyledi. Hatta teknolojinin deniz suyundan lityum çıkarılmasına izin verip vermeyeceğini araştırıyorlar.
“Sürecimiz bir buharlaşma havuzunu ipe bağlamak gibi, lityum hasadını önemli ölçüde azaltılmış alansal ayak iziyle ve daha hassas bir şekilde elde etmemize olanak sağlıyor. Sürecin kontrolü, “dedi çalışmanın ortak yazarı ve eski Andlinger Merkezi Seçkin Doktora Sonrası Araştırmacısı Sunxiang (Sean) Zheng. “Ölçeklendirilirse, çevre dostu lityum çıkarımı için yeni ufuklar açabiliriz.”
Telleri üretmek için kullanılan malzemeler ucuz olduğundan ve teknolojinin çalışması için kimyasal işlemler gerektirmediğinden, araştırmacılar bunun ek geliştirmelerle mümkün olduğunu söyledi. onların yaklaşımı geniş çapta benimsenmeye güçlü bir aday olacaktır. Makalede araştırmacılar, 100 lityum çıkarma dizisinden oluşan bir dizi oluşturarak yaklaşımlarının potansiyel ölçeklenebilirliğini ortaya koydular.
Ren’in ekibi halihazırda daha fazla verimlilik, daha yüksek verim sağlayacak tekniğin ikinci neslini geliştiriyor. ve kristalizasyon süreci üzerinde daha fazla kontrol. Yaratıcı araştırma işbirliklerini mümkün kılmak için kritik başlangıç desteğini sağladığı için Princeton Kataliz Girişimi’ne teşekkür ediyor. Ek olarak ekibi yakın zamanda lityumun yanı sıra diğer kritik mineralleri çıkarma yaklaşımını değiştirme yolları da dahil olmak üzere araştırma ve geliştirme sürecini desteklemek için NSF Yenilikçilik Ortaklıkları Ödülü ve Princeton Fikri Mülkiyet (IP) Hızlandırma Fonu’ndan bir ödül aldı. Ren, makine ve havacılık mühendisliği ve Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi’nde yardımcı doçent olan Kelsey Hatzell ile birlikte kristalleşme sürecini daha iyi anlamak için Princeton Karmaşık Malzemeler Merkezi’nden başlangıç fonu aldı.
Zheng liderlik ediyor teknolojiyi geliştirme ve sonunda onu daha geniş bir pazara sunma sürecini başlatmak için PureLi Inc. adında bir girişimin lansmanı. Zheng, kapsayıcı girişimciliği teşvik etmek için tasarlanmış bir akademik burs ve startup hızlandırıcısı olan Princeton’daki başlangıçtaki START Girişimciler kohortundaki dört araştırmacıdan biri olarak seçildi.
“Bir araştırmacı olarak şunu ilk elden biliyorsunuz: Zheng, birçok yeni teknolojinin çok pahalı veya ölçeklendirilmesi zor olduğunu söyledi. “Ancak bu konuda çok heyecanlıyız ve bazı ek verimlilik iyileştirmeleriyle birlikte, bunun dünya üzerinde gerçek bir etki yaratma konusunda inanılmaz bir potansiyele sahip olduğunu düşünüyoruz.”
Referans: “Seçici lityum ekstraksiyonu için uzaysal olarak ayrılmış kristalizasyon tuzlu su”, yazan: Xi Chen, Meiqi Yang, Sunxiang Zheng, Fernando Temprano-Coleto, Qi Dong, Guangming Cheng, Nan Yao, Howard A. Stone, Liangbing Hu ve Zhiyong Jason Ren, 7 Eylül 2023, Doğa Suyu.
{ 17}DOI: 10.1038/s44221-023-00131-3