Nhu cầu về lithium để sản xuất pin cung cấp cho các thiết bị điện tử, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng đang tăng vọt ở nhiều nơi trên khắp thế giới. Nhưng các phương pháp sản xuất lithium hiện nay còn chậm và đòi hỏi nguyên liệu đầu vào chất lượng cao, chỉ có ở một số ít địa điểm trên toàn cầu.
Bên cạnh đó, chi phí môi trường cũng rất đáng nói: việc tinh chế khoáng chất tạo ra năng lượng sạch này, đòi hỏi diện tích lớn đất đai và gây ô nhiễm nguồn nước, nơi các cộng đồng địa phương đang phụ thuộc vào.
Khoảng 40% sản lượng lithium bắt đầu bằng dung dịch nước muối, từ các hồ chứa lớn hình thành dưới sa mạc. Hầu hết lượng lithium đó được chiết xuất bằng kỹ thuật bay hơi sử dụng năng lượng mặt trời, trong đó nước muối được bơm vào các hồ lớn và phơi dưới ánh nắng mặt trời, trong thời gian lên đến 2 năm, cho đến khi đủ lượng nước bay hơi.
Phương pháp này chỉ khả thi ở những vùng khô hạn, bằng phẳng với diện tích đất rộng lớn, chẳng hạn như sa mạc Atacama (Chile) hoặc một số vùng của Nevada (Hoa Kỳ). Phương pháp này cũng tiêu thụ một lượng nước lớn ở những nơi khan hiếm nước.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Joule, các nhà nghiên cứu từ Columbia Engineering giới thiệu một phương pháp mới khai thác lithium, có thể rút ngắn đáng kể thời gian xử lý, khai thác các trữ lượng mà các phương pháp hiện có không thể khai thác, đồng thời giảm tác động đến môi trường.
Kỹ thuật của họ sử dụng dung môi nhạy cảm với nhiệt độ để chiết xuất lithium trực tiếp từ nước muối có trong các mỏ quặng trên khắp thế giới. Không giống như các công nghệ hiện tại, phương pháp này có thể chiết xuất lithium một cách hiệu quả, ngay cả khi khoáng chất này được tìm thấy có nồng độ rất thấp và bị lẫn với các vật liệu khác.
Kết quả cho thấy công nghệ cải tiến này, gọi là chiết xuất chọn lọc dung môi có thể chuyển đổi (S3E), có thể chiết xuất lithium với độ chọn lọc cao: cao hơn tới 10 lần so với natri và cao hơn 12 lần so với kali. Quá trình này cũng loại trừ magie, chất gây ô nhiễm phổ biến trong dung dịch muối lithium, bằng cách kích hoạt bước kết tủa hóa học để tách nó ra.
Khác với các phương pháp thu hồi lithium thông thường, S3E không dựa vào các khâu xử lý phức tạp. Quy trình này khai thác cách các ion lithium tương tác với phân tử nước trong hệ dung môi thay đổi hành vi dựa trên nhiệt độ. Ở nhiệt độ phòng, dung môi hút lithium và nước từ nước muối. Khi được đun nóng, nó giải phóng lithium, cùng với nước vào dòng nước tinh khiết và tự tái tạo để sử dụng lại.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sử dụng nước muối tổng hợp được mô phỏng theo Salton Sea, một khu vực địa nhiệt ở Nam California được ước tính chứa đủ lithium để cung cấp cho hơn 375 triệu pin xe điện, hệ thống đã thu hồi được gần 40% lượng lithium chỉ sau bốn chu kỳ với cùng một mẻ dung môi.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh, đây là công trình nghiên cứu cho thấy tính khả thi. Dù hệ thống vẫn chưa tối ưu hóa về sản lượng hoặc hiệu quả. Nhưng ngay cả ở dạng ban đầu này, S3E dường như đủ hứa hẹn để trở thành giải pháp thay thế cho các hồ bay hơi và khai thác đá cứng, hai phương pháp chủ yếu cung ứng lithium hiện nay và đi kèm với những đánh đổi về môi trường.
Khi quá trình chuyển đổi năng lượng sạch trên toàn cầu tăng tốc, các công nghệ như S3E có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ cho quá trình này đi đúng hướng, bằng cách giúp khai thác lithium nhanh hơn, sạch hơn và từ nhiều nơi hơn bao giờ hết.
