Lithium kan ook uit rioolwater worden gehaald?

Iedereen die een mobiele telefoon, laptop of elektrische auto gebruikt, moet vertrouwen op lithium. Er is een grote vraag naar dit element. Hoewel lithium over de hele wereld voldoende wordt geleverd, is het verkrijgen en extraheren van lithium nog steeds een uitdagend en inefficiënt proces.

Een interdisciplinair team van ingenieurs en wetenschappers ontwikkelt een methode om lithium uit verontreinigd water te halen.

Nieuw onderzoek dat deze week is gepubliceerd in de werkzaamheden van de National Academy of Sciences zou het proces van het extraheren van lithium uit pekel kunnen vereenvoudigen, waardoor mogelijk een groter aanbod wordt gecreëerd en de kosten van batterijcomponenten voor elektrische voertuigen, elektronica en een breed scala aan andere apparaten worden verminderd.

Op dit moment wordt lithium het meest verkregen uit zout water in Zuid-Amerika door verdamping van zonne-energie, wat een duur proces is en enkele jaren kan duren. Daarnaast gaat er een grote hoeveelheid lithium verloren in dit proces.

De onderzoeksteams van de Universiteit van Texas in Austin en de Universiteit van Californië in Santa Barbara hebben een membraan ontworpen dat lithium nauwkeurig kan scheiden van andere ionen zoals natrium, waardoor de efficiëntie van het verzamelen van felbegeerde elementen aanzienlijk wordt verbeterd.

Benny Freeman, professor van de Mcketta Department of Chemical Engineering aan de Universiteit van Texas in Austin, zei: "De bevindingen van deze studie zijn van groot belang om de belangrijkste hulpbronnenbeperkingen van lithium op te lossen, en het is mogelijk om lithium te extraheren uit water dat wordt gegenereerd uit olie- en gasproductie voor batterijen en co-auteur van papers."

Naast pekel bevat afvalwater van olie- en gasproductie ook lithium, maar het is vandaag de dag nog niet ontwikkeld. Onderzoekers zeiden dat het water van de hydraulische breuk van Eagle Ford-schalie in Texas in slechts één week genoeg lithium kon produceren voor 300 batterijen van elektrische voertuigen of 1,7 miljoen smartphones. Dit voorbeeld toont de schaal van kansen voor deze nieuwe technologie in het aanzienlijk verhogen van het lithiumaanbod en het verlagen van de kosten van apparatuur die ervan afhankelijk is.

De kern van deze ontdekking is het nieuwe polymeermembraan gemaakt door onderzoekers die kroonether gebruiken, een ligand met een specifieke chemische functie en sommige ionen kunnen binden. Kroonethers zijn nog niet eerder toegepast of bestudeerd als onderdeel van het waterzuiveringsmembraan, maar ze kunnen het belangrijkste onderdeel zijn van lithiumextractie, een specifiek molecuul in water.

In de meeste polymeren gaat natrium sneller door het membraan dan lithium. In deze nieuwe materialen beweegt lithium echter sneller dan natrium, een veel voorkomende verontreinigende stof in lithium dat pekel bevat. Door middel van computermodellering kwam het team erachter waarom dit gebeurde. Natriumionen combineren met kroonethers om ze te vertragen, terwijl lithiumionen ongebonden blijven, waardoor ze sneller door het polymeer kunnen gaan.

Deze bevindingen vormen een nieuwe grens in de membraanwetenschap en vereisen een uitgebreide samenwerking tussen universiteiten op het gebied van polymeersynthese, membraankarakterisering en modellering en simulatie. Het onderzoek werd ondersteund door het water- en energiesysteem materials center, het UT Austin energy frontier research center gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van energie.