King Abdullah University of Science and Technology –yliopiston (KAUST) tutkijaryhmä kertoi hiljattain kehittäneensä prosessin, jonka avulla merivedestä voitaisiin ottaa talteen litiumia. Ajatus litiumin ottamisesta talteen merivedestä on vanha, mutta haasteena on ollut prosessin taloudellinen pohja: pystyisikö näin tuotettu litium kilpailemaan perinteisillä tavoilla tuotetun litiumin kanssa? Tutkimuslaitos Roskill pitää nyt julkistetun prosessin skaalaamista kaupalliseen mittakaavaan haasteellisena. Myös Punaisen meren veden käyttö koemateriaalina on ongelmallista, koska kyseisen meren vesi on poikkeuksellisen suolaista.

Akkujen raaka-aineongelma ratkaisu sadoiksi tuhansiksi vuosiksi? Näin otsikoi Tekniikka&Talous juttunsa tällä viikolla kertoessaan, että litiumin rikastamiseen merivedestä on nyt keksitty menetelmä. Tutkimuslaitos Roskill on arvioinut artikkelissaan tutkijoiden esittelemää menetelmää.

Litiumionit talteen sähkövirran avulla

Benchscale-mittakaavaan kehitetty menetelmä käyttää sähköisesti pumppaavaa kalvoprosessia, joka käyttää litium-lantaani-titanaatti-kalvoja. Kalvoon ohjataan jännite, jolloin litiumionit siirtyvät kalvon läpi ilman, että meriveden muut ionit siirtyvät mukana. Testeissä päästiin 9000 ppm-pitoisuuksiin (0,9% litiumia) suodattamalla Punaisen meren vettä viisivaiheisessa prosessissa. Meriveden pitoisuuden lähtötaso oli 0,2 ppm litiumia.

Viiden prosessivaiheen jälkeen suolaliuksen Li:Mg-suhde oli 6.090:1. Lopuksi litiumfostaatti saostettiin 99,94% puhtaudella. Tutkijoiden mukaan näin tuotetun litiumin arvo yhdessä sivutuotteiden arvon kanssa pitäisi kattaa kokeen energiakustannukset, kertoo Roskill artikkelissaan.

Menetelmän taloudellinen toimivuus kysymysmerkki

Roskillin mukaan tutkimuksessa litiumin talteenotosta merivedestä on mielenkiintoisia tuloksia. Erityisen mielenkiintoisia ovat tutkijoiden kommentit liittyen prosessin taloudelliseen toteutettavuuteen.

Vaikka prosessissa saadaan kiinnostavia tuloksia benchscale-mittakaavassa, on vielä epäselvää, mitkä ratkaisun operatiiviset ja pääomakustannukset olisivat, ja miten ne vaikuttaisivat kaupallisen mittakaavan ratkaisun taloudellisuuteen.

Kokeessa käytetyn kalvon halkaisia oli noin 20 millimetriä ja sen paksuus noin 55 mikrometriä. Kalvon raportoitiin myös olevan erityisen hapero. Näin ohuen kalvon pinta-alan kasvattamisen voidaan odottaa olevan este kaupallisen mittakaavan toteutukselle, arvioi Roskill. Ohut kalvo on keskeinen osa prosessin toimivuutta.

Roskill muistuttaa myös, että Punaisen meren merivesi ei ole myöskään edustava näyte merivesistä yleisesti, sillä Punaisen meren vesi on poikkeuksellisen suolaista.

Prosessille potentiaalisempiakin käyttökohteita

Litiumifosfaatin valmistaminen merivedestä tuotti liuoksen, jossa oli 0,9 % litiumia. Vaikka tämä voisi tarjota potentiaalisen uuden litiumin lähteen, näkee Roskill prosessille enemmän käyttöä korkeamman pitoisuuden suolaliuosten puhdistamiseen ja jalostamiseen. Tällaisiä liuoksia voisi löytyä esimerkiksi geotermisistä lähteistä.

Kyky tuottaa hyvinkin puhdasta litiumfosfaattia, jossa on pienet pitoisuudet magnesiumia, natriumia ja muita epäpuhtauksia, mahdollistaisi akkulaatuisen litiumin tuottamisen useista eri suolaliuoksista. Tämä puolestaan vähentäisi tarvetta jalostaa litiumyhdisteitä nykyisissä kalliissa prosesseissa, pohtii Roskill artikkelissaan.

Toim. huom. Ensimmäisen kerran kuulin idean litiumin talteenotosta merivedestä joitain vuosia sitten Jyväskylän yliopiston kemian ja kiertotalouden professori Ari Vepsäläiseltä, kun käynnistelimme uutta startup-yritystämme ja mietimme käyttökohteita sen kehittämille 3D-printatuille metallisieppareille. Kuten usein uusien prosessien ja menetelmien kanssa, skaalaaminen laboratoriomittakaavasta ensin benchscale-mittakaavaan ja sitten kaupalliseen mittakaavaan on haastavaa. Usein teknologiassa on jokin herkkä kohta, kuten tässä tapauksessa Roskillin esiin nostama kalvon koon kasvattaminen.  Mutta kun kysyntä (ja ehkä myös hinnat) nousevat, niin tutkimusmaailma ja yritykset saavat lisää vauhtia kehitystyöhönsä. Tähän asti litiumin hinta on ollut sen verran kohtuullinen, että sitä ei ole kannattanut ottaa talteen edes litiumioniakuista kierrätysvaiheessa. Lähivuosille on kuitenkin ennustettu haasteita litiumin saatavuudessa, joten uudet tuotantotavat varmasti herättävät kiinnostusta.  Samaan suuntaan kehitystä ohjaa myös EU:n kiristyvät materiaalikohtaiset kierrätystavoitteet.

(Julkaistu 9.6.2021)

Lähteet:

Lisää aiheesta:

 

 

 

 

 

 

About the author