Світ потребує літій у безпрецедентних масштабах. Але нинішні методи його видобутку виснажують планету.
Вирішенням літієвої кризи може стати високотехнологічний екстрактор у вигляді «сонячних гойдалок».
За словами дослідників із Чжецзянського університету в Китаї, цей новий пристрій максимізує вихід літію з морської води, одночасно опрісняючи її.
Результати дослідження було опубліковано у журналі Device 4 лютого.
"У цій роботі ми описуємо екстрактор у вигляді сонячних гойдалок, який збільшує адсорбцію Li+, мінімізуючи при цьому утворення накипу, викликане конкурентними іонами під час фототермічного випаровування", - написали дослідники у своїй статті.
Проблема солоного забруднення
Літій – найважливіший елемент сучасного світу. Він живить від смартфона до електромобіля, що стоїть у дворі.
Але є перешкода: доступні світові запаси літію виснажуються. Наземний видобуток — повільний, енергомісткий і екологічно руйнівний процес, який не може наздогнати попит, що стрімко зростає, на екологічно чисту енергію.
Цікаво, що є альтернативне джерело в океанах. За оцінками океани містять величезні запаси у 230 мільярдів тонн.
Однак видобуток цього «білого золота» утруднений, оскільки літій надзвичайно розбавлений. Спроба витягти літій з морської води подібна до спроби знайти одне зернятко цукру в соляній пустелі.
Протягом багатьох років вчені боролися із натрієм. Морська вода містить у 60 000 разів більше натрію, ніж літію. Коли інженери намагаються випаровувати воду для збору літію, сіль накопичується так швидко, що утворює накип, який засмічує обладнання та зупиняє виробництво.
Новий сонячний екстрактор-гойдалка (SPSE) покликаний розв'язати цю проблему. Його конструкція є, по суті, сендвіч з високотехнологічних матеріалів.
SPSE працює шляхом розміщення сердечника, що містить літій, між двома зовнішніми шарами, які поглинають сонячне випромінювання. Використовуючи сонячну енергію, пристрій запускає випаровування, щоб втягнути літій усередину, а його унікальний нахил на 30 градусів відводить відходи.
У міру утворення сольових шарів на піднесеному кінці, зсув ваги змушує пристрій гойдатися, як гойдалки, занурюючи відкладення у воду, щоб океан міг природним чином змити їх. Цей цикл самоочищення гарантує, що екстрактор не засмічуватиметься, забезпечуючи безперервний збір солей за допомогою сонячної енергії.
"SPSE має сендвіч-архітектуру, з гідрофільним адсорбційним шаром, розташованим між двома гідрофобними фототермічними шарами", - наголошується в дослідженні.
"Конфігурація у вигляді гойдалок дозволяє підіймати й концентрувати іони Li+ шляхом випаровування, долаючи повільну кінетику адсорбції, а пов'язане з цим утворення сольових відкладень усувається завдяки руху, що коливається", — додано в повідомленні.
Конструкція потребує подальшого доопрацювання
У ході випробувань модель з механізмом, що коливається, перевершила стандартні занурювальні методи з поглинання літію на 69%.
Згідно з дослідженням, прототип продемонстрував «15,5-кратне збільшення локальної концентрації Li+ для покращення кінетики адсорбції».
Щобільше, рух, що коливається, запобігає засміченню системи сіллю. Екстрактор ізолює літій від конкурентних іонів натрію з ефективністю 370 000 разів.
Можливо, найбільш вражальним є те, що цей процес, як повідомляється, при певній оптимізації може також використовуватися як очищувач. Як стійкий побічний продукт екстракції можна отримувати питну воду.
Дослідники описали систему як «паралельне опріснення морської води/розсолу та виробництво літію».
Технологія поки що не ідеальна.
Повідомляється, що наявні фільтри на основі марганцю деградують приблизно після 30 використань і команда вже розглядає можливість переходу на матеріали на основі титану для збільшення терміну служби.
Також необхідно переконатися, що пристрій здатний працювати з природним рівнем pH відкритого океану без використання додаткових хімікатів.
