O najlżejszym z metali słyszymy coraz częściej w mediach nie tylko w Polsce, ale na całym świecie. Lit wykorzystywany jest jako kluczowy składnik w akumulatorach litowo-jonowych, które montowane są chociażby w pojazdach elektrycznych. Choć naukowcy walczą zaciekle w opracowaniu lepszej alternatywy od litowych „baterii”, to jeszcze przez co najmniej kilka lat nie spotkamy się z rewolucją w branży. A popyt na akumulatory (i tym samym na lit) ciągle rośnie.
Czytaj też: Mroczna strona wydobycia litu. Przez nasze akumulatory cierpieć będą i ludzie, i natura
Złoża litu nie występują na całym świecie powszechnie. Tylko kilka krajów może pochwalić się jego zasobami, w tym Chile (aktualny jego największy dostawca), Argentyna, Boliwia czy USA. Ich wydobycie nie należy do najłatwiejszych, co stawia ogromny znak zapytania przy tym, czy faktycznie zastępowanie wydobycia nieodnawialnych paliw kopalnych na rzecz eksploatacji także nieodnawialnych złóż mineralnych litu odbędzie się z pożytkiem dla środowiska.
Jak wydobywa się lit? Są trzy sposoby, co jeden, to lepszy
Jak więc wydobywa się lit? Poznajmy trzy metody, z których każda kolejna jest coraz bardziej ekologiczna. Najpierw na tapet weźmy klasyczne wydobycie skał zawierających lit, a dokładnie minerały zbudowane z tego pierwiastka. Spodumen jest glinokrzemianem litu, który występuje m.in. w żyłach pegmatytowych. Są to rzadkie minerały i szukać ich należy w miejscach, gdzie przed milionami lat w skałach magmowych dochodziło do infiltracji gorących roztworów, które spowodowały wykrystalizowanie spodumenu.
Australia oraz Chiny i RPA (te w mniejszym stopniu) posiadają zasoby spodumenu. Wydobywają oni skały z tym minerałem metodą podziemną. W pierwszej kolejności dokonuje się ekstrakcji spodumenu poprze kruszenie skały i odpowiednią selekcję. Następnie spodumen ląduje w ogromnym piecu wysokotemperaturowym, jest „pieczony” i rozpuszczany kwasami, aby wydobyć z niego tylko pierwiastkowy lit. Proces wydobywczy i ekstrakcyjny wymaga dużo wody, energii i przede wszystkim nakładów finansowych. Ponadto tą metodą otrzymujemy relatywnie mało litu przy dość sporym nakładzie pracy.
Ta metoda kompletnie mija się ze zrównoważonym rozwojem – zaburzenie obiegu wody w regionie kopalni, wysokie zużycie mediów i niewielki uzysk sprawiają, że taki lit będzie dla nas drogi, a środowisko lokalne zupełnie zrujnowane.
Czytaj też: Iran odkrył ogromne złoża litu. Są niemal rekordowe w skali świata
Druga metoda jest związana z innym typem złoża litu. Metal można także wydobywać z solanek i wód podziemnych. Tak się dzieje w krajach Ameryki Południowej, gdzie poprzez ewaporację roztworów dokonuje się ekstrakcji pierwiastka. Wokół tej metody pojawia się nowe pojęcie tzw. bezpośredniej ekstrakcji litu (ang. DLE), które obejmuje szereg różnych udoskonaleń wokół odparowywania roztworów, ale do tego przejdziemy za kilka chwil.
Najpierw przyjrzyjmy się klasycznej ewaporacji. Pod wielkimi solniskami w Boliwii czy Chile ciągle płyną wody podziemne, które zawierają żądany lit. Dokonuje się tutaj odparowania wody z solanek, pozostawiając same składniki mineralne, w tym nasz pierwiastek. Naukowcy z Argentyny na łamach Nature punktują, że ta metoda zużywa ogrom wody, trwa bardzo długo i można ewaporować tylko solanki kontynentalne. Wyobrażając sobie, że ogromne zasoby wodne (których ogólnie na terenie pustynnych Andów jest jak na lekarstwo) bezpowrotnie odparowują, trzeba przyznać, że ta metoda jest wysoce marnotrawna i nieefektywna.
Bezpośrednia ekstrakcja litu – co to naprawdę znaczy?
Tutaj przychodzi nam na ratunek coś, co w tym momencie brzmi dobrze, ale nie do końca wiadomo, co to jest, czyli wspomniana wcześniej bezpośrednia ekstrakcja litu (DLE). Ta sama grupa naukowców na stronach Nature dokonała analizy całego spektrum różnych testowych metod, które mają omijać całkowitą ewaporację solanek na rzecz alternatywnych sposobów.
Po pierwsze, DLE tak czy owak może wymagać zużycia wody słodkiej i to nawet większej niż w przypadku klasycznej ewaporacji – donoszą uczeni. Co więcej, zwracają oni uwagę na różne zafałszowania w obliczaniu zużycia energii. Powinno ono być szacowane dla całego procesu, dopóki nie uzyska się czystego litu z solanki czy innego roztworu.
Ponadto często w danych wodach występują jeszcze inne składniki mineralne poza litem, które warto wydobywać. Naukowcy wymieniają chociażby sole boranów i sole magnezu, potasu i sodu. Tyczy się to tak samo solanek z amerykańskich solnisk czy złóż geotermalnych i z pól naftowych.
DLE jest ciągle rozwijane, ale jeden konkretny sposób został już opracowany i jeśli wierzyć zapowiedziom, lada chwila ruszy chociażby w Stanach Zjednoczonych. Jak donosi Deutsche Welle, w Kalifornii trwają przygotowania do wydobycia litu ze złóż geotermalnych solanek w okolicach Jeziora Salton Sea.
Czytaj też: Energia odnawialna opiera się na wydobyciu litu. Jakie są tego ukryte koszty?
Ten sztuczny zbiornik jest największym jeziorem w Kalifornii i znajduje się na terenie ogromnej depresji. Szacuje się, że pod jego powierzchnią występują jedne z największych złóż geotermalnych, w których płyną gorące roztwory bogate w lit. Trzy firmy obecnie ścigają się w opracowaniu sposobów wydobycia tych zasobów do 2024 roku. Są to: Energy Source Minerals, Berkshire Hathaway Energy (BHE) i Controlled Thermal Resources (CTR).
Na terenie depresji wokół Salton Sea istnieje już 11 elektrowni geotermalnych, które korzystają z gorących solanek do produkcji energii elektrycznej. Firmy pracują tutaj nad dodaniem po prostu jeszcze jednego elementu do procesu produkcyjnego – ekstrakcji litu. Gorąca solanka zubożona o żądany pierwiastek byłaby z powrotem wprowadzana pod ziemię, co się standardowo przeprowadza w przypadku elektrowni tego typu.
A jak miałby być lit wychwytywany z gorących wód? Tutaj badacze podają dla BBC, że istnieje aż 60 różnych sposobów. Najbardziej przyjęły się te związane z nanofiltracją przez specjalne membrany, z użyciem żywic jonowymiennych lub ze separacją elektrochemiczną. Wszystkie metody są dobre, tylko sporo zależy od składu solanki. Im bardziej „zanieczyszczona” innymi jonami, tym trudniej wydobyć z niej lit.
Niemniej metody DLE zdają się być najprzyjaźniejsze dla środowiska z kilku powodów. Nie trzeba budować nowych kopalni – na terenie elektrowni dodaje się segment związany z ekstrakcją litu. Ponadto nie produkujemy tutaj odpadów i nie zużywa się gigantycznych zasobów wody słodkiej. Co więcej, z jednego źródła dostajemy dwa potrzebne elementy – pierwiastek do budowy akumulatorów i energię elektryczną.
Czytaj też: Pierwsza na świecie elektryczna kopalnia litu przełamie monopol Chin. Wiemy, gdzie powstanie
Lit także zaraz za granicą Polski
Poza USA również w Niemczech jest szansa, że powstanie tego typu instalacja. Vulcan Energy Resources pracuje nad tym, aby w latach 2024-25 coś podobnego ruszyło za naszą wschodnią granicą. Niemcy również posiadają złoża wód geotermalnych, które zawierają lit. Badania naukowców z KIT wskazują, że w Dolinie Górnego Renu może znajdować się nawet do 200 mg pierwiastka w litrze roztworu, co uznano za „znaczną ilość”.
Wielka Brytania także poważnie podchodzi do ekstrakcji litu z wód geotermalnych. W Kornwalii znajdują się złoża gorących solanek, w których stężenie pierwiastka dochodzi do 260 mg na litr, a same wody przepływają z prędkością 40-60 litrów na sekund. Jak oszacował Cornish Lithium, taka ilość litu odpowiada produkcji baterii do smartfonów z prędkością wytwarzania jednej co kilka sekund. Póki co źródła nie podają konkretnej daty uruchomienia instalacji w Wielkiej Brytanii, ale mamy się jej spodziewać w ciągu kilku najbliższych lat.
Zapotrzebowanie na lit na pewno nie zmaleje w ciągu kolejnych dekad. Jak zauważamy, wydobycie tego obecnie jednego z najcenniejszych zasobów nie jest najłatwiejsze. Cieszy jednak, że wielu grupom (naukowcom, inżynierom i górnikom) zależy również na środowiskowym aspekcie. Póki co jesteśmy na samym początku drogi prowadzącej do masowego wydobycia litu. Czy faktycznie odbywać się to będzie tak ekologicznie, jak jest zapowiadane, zobaczymy. Oby wraz z ewaporacją litu nie “wyewaporowała” u firm wydobywczych troska o to, co najważniejsze – naturę.