鋰作為電池重要原材料之一，目前大部分都是采取從鋰鹽湖中提取的工藝，整個過程繁瑣且耗時長，同時還需要大量土地和空間，帶來巨大環(huán)境成本。針對這個資源密集、高成本過程，美國普林斯頓大學一個科研團隊日前研發(fā)出一種新的基于繩子的鋰提取技術，不僅顛覆了傳統(tǒng)工藝，甚至還可以通過更環(huán)保的方式低價量產(chǎn)鋰。

無需化學品且省水

普林斯頓大學安德林格能源與環(huán)境中心土木與環(huán)境工程教授、研究小組負責人Jason Ren領導的團隊在學術期刊《自然-水》發(fā)表研究報告指出，新技術核心是一組扭曲成繩的多孔纖維，具有親水核心和疏水表面，將其末端浸泡在鹽水溶液中，水沿著繩子通過毛細管向上移動，整個過程與樹木從根部吸收水到葉子的過程相同。隨著繩子表面水繼續(xù)蒸發(fā)，鹽濃度越來越高，最終形成氯化鈉和氯化鋰晶體。

Jason Ren表示，由于物理性質(zhì)不同，鋰和鈉會在繩子的不同位置結晶。鈉鹽溶解度較低，在繩子下端結晶，而高溶解度的鋰鹽則在繩子頂部附近結晶。由于兩者的自然分離，可以單獨收集鋰和鈉，此前通常需要額外的化學品進行分離。

“整個過程就像將一個蒸發(fā)池掛在一根繩子上。”研究合著者、安德林格能源與環(huán)境中心博士后Sean Zheng說，“可以在顯著減少空間足跡的情況下獲取鋰，還可以對過程進行更精確控制。”

Jason Ren團隊的目標是通過蒸發(fā)和毛細管現(xiàn)象的基本過程來濃縮、分離和獲取鋰，他們通過構建100根“提取繩”陣列來展示技術的潛在可擴展性。與傳統(tǒng)蒸發(fā)方法相比，該技術可以節(jié)省大量水資源，操作方便的同時還能減少更多碳足跡。

“未來通過進一步改進還能實現(xiàn)廣泛規(guī)模化應用，成為應對關鍵能源挑戰(zhàn)的環(huán)保解決方案。”Jason Ren強調(diào)。

節(jié)省場地面積并減少時間

據(jù)了解，目前，全球大部分鋰是從位于鹽灘的鹽水儲層中提取，這種生產(chǎn)方法通常需要數(shù)百平方公里土地，并需要數(shù)月甚至數(shù)年時間才能生產(chǎn)出可用于電池的鋰。

全球范圍內(nèi)，只有少數(shù)幾個具有足夠高初始鋰濃度、豐富可用土地、干旱氣候的地區(qū)，可以商業(yè)化生產(chǎn)鋰。比如，美國只有一個活躍的鋰鹽水提取地，位于內(nèi)華達州，占地面積超過18.13平方公里。

另外，傳統(tǒng)鹽水提取需要從鹽灘、咸湖或地下含水層建造一系列巨大蒸發(fā)池來濃縮鋰，這個過程可能需要幾個月到幾年。相比之下，“提取繩”技術更緊湊，可以縮減生產(chǎn)所需面積和時間，實現(xiàn)更小成本、更快速生產(chǎn)。值得一提的是，新技術還可以解鎖那些以前被認為太少、太稀、不值得商業(yè)化開發(fā)的鋰資源，如廢棄油氣井、地熱鹽水等。

此外，“提取繩”技術還可以在更潮濕的環(huán)境中運用，蒸發(fā)速度甚至不降反增。Jason Ren團隊已經(jīng)開始討論利用該技術從海水中提取鋰的前景。

《自然-水》基于目前的研究估計，采用“提取繩”技術可以減少土地使用面積90%以上，蒸發(fā)過程可以加速20倍以上，與傳統(tǒng)蒸發(fā)池相比，可以用不到一個月的時間獲得鋰。

“隨著技術不斷創(chuàng)新和成熟，規(guī)模化提取鋰不再是夢想。這為清潔產(chǎn)鋰提供了新思路。”Jason Ren說。

為鋰商業(yè)量產(chǎn)開辟新途徑

路孚特指出，目前全球正常投產(chǎn)的鋰礦僅有101座，有數(shù)百座鋰礦還在勘探中。根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)，2010-2019年間開發(fā)鋰礦，從啟動到投產(chǎn)平均耗時超過16年。也就是說，鋰商業(yè)化量產(chǎn)目前在全球范圍內(nèi)仍然是一個艱巨的任務。

據(jù)悉，Jason Ren團隊已經(jīng)圍繞“提取繩”技術成立了初創(chuàng)公司，目標是推進該技術的商業(yè)化應用。Jason Ren團隊同時還在開發(fā)第二代“提取繩”技術，以實現(xiàn)更高效率、更高產(chǎn)量和更好的結晶過程控制。

“我們的方法便宜、容易操作，而且只需要很少能源，是一種環(huán)保的解決方案。”Jason Ren說，“隨著實現(xiàn)商業(yè)化并最終走向量產(chǎn)，可以為環(huán)保且規(guī)模化提取鋰開辟新途徑，破解鋰短缺困局。”

德意志銀行鋰和清潔技術研究主管科琳·布蘭查德表示：“我們相信，鋰時常會出現(xiàn)短缺。供應會持續(xù)增長，但需求卻將以更快速度增長。”德意志銀行預計，到2025年底，碳酸鋰將出現(xiàn)約4萬噸-6萬噸的缺口，到2030年底缺口將擴大至76.8萬噸。惠譽解決方案則預計，全球最早將在2025年面臨鋰短缺問題。

根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，2021年，鋰總需求量為50萬噸碳酸鋰當量，預計到2030年將增長至200萬噸-300萬噸。另外，2015年只有不到30%的鋰需求來自電池，隨著電動汽車和儲能技術加速普及，到2030年電池將占到鋰需求的95%。在全球綠色轉(zhuǎn)型大背景下,鋰供不應求將比預期中更早到來,盡快破解量產(chǎn)難題無疑是當務之急。