Mối quan hệ giữa năng lượng địa nhiệt và liti

Elisabet Metcalfe, người phát ngôn của GTO, cho biết: “Việc khai thác lithium trong nước từ nước muối địa nhiệt giúp đảm bảo nguồn nguyên liệu quan trọng này lâu dài, tạo ra năng lượng sạch và giảm chi phí sử dụng lithium cho một số sản phẩm chủ chốt như pin sạc”. Khi nhu cầu lithium tiếp tục tăng, việc khai thác từ chất lỏng địa nhiệt ngày càng được quan tâm. Nước muối dưới lòng đất chứa nguyên tố khan hiếm này, có nghĩa là năng lượng địa nhiệt sớm đóng một vai trò lớn hơn trong cuộc sống của chúng ta và trong nền kinh tế xanh.

Công nghệ mới giúp chiết xuất lithium từ các nguồn mới

Nhu cầu pin lithium-ion sẽ tiếp tục bùng nổ trong thập kỷ tới. Nhưng các quy trình chiết xuất lithium tốn nhiều thời gian và sử dụng nhiều hóa chất, từ đó khiến các nguồn truyền thống - bao gồm nước muối và đá cứng - cuối cùng có thể bị cạn kiệt. Nhiều nhóm nhà khoa học và kỹ sư hiện đang tìm kiếm một số nguồn nước độc đáo - bao gồm nước được sản xuất từ dầu và khí đốt, nước muối địa nhiệt và nước muối bị loại bỏ từ quá trình khử mặn nước biển. Nhưng có bao nhiêu lithi nằm trong những nguồn này, và làm thế nào chiết xuất nó tốt nhất, vẫn là câu hỏi mở.

Nhóm của nữ giáo sư Chong Liu tại Đại học Stanford (California, Mỹ) đã có câu trả lời. Bằng cách phân tích hơn 122.000 nguồn nước khác thường, Liu và nhóm của mình phát hiện ra trên thực tế có đủ lithium trong những nguồn này để có thể chiết xuất. Họ cũng phát hiện thành phần của những nguồn này - lượng natri, magie, kali và canxi - ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất của công nghệ mới nổi, cung cấp những hiểu biết quan trọng để tinh chế và tối ưu hóa nó.

Công nghệ mà Liu nghiên cứu là xen kẽ điện hóa - phương pháp có tính chọn lọc cao chiết xuất lithium chưa được nghiên cứu rộng rãi giữa các nguồn nước khác nhau. Phương pháp này sử dụng vật liệu hoặc màng điện cực đẩy ion từ nguồn nước vào một cấu trúc rắn. Quá trình xen kẽ tách nước ra khỏi các ion và mạng ion lithium liên kết với một khung vật liệu đã được thiết kế để hỗ trợ chúng. Nhưng những nguồn nước này cũng chứa các ion rất giống với mạng ion liti về cả khối lượng và điện tích - đó là natri, magie, kali và canxi.

Nhóm nghiên cứu muốn hiểu rõ hơn về cách mạng lưới ion này ảnh hưởng đến độ chọn lọc xen phủ điện hóa của lithium. Họ phát hiện natri hoạt động như đối thủ cạnh tranh cho các vị trí lưu trữ trong khuôn khổ vật liệu; trong khi magie và canxi ảnh hưởng đến sự chuyển điện tích của lithium, ảnh hưởng đến mức độ chọn lọc của vật liệu cuối cùng. Liu hy vọng những kết quả này sẽ truyền cảm hứng cho các nhà khoa học và kỹ sư trong việc xác định những vật liệu giúp tăng độ chọn lọc lithium.

Tài nguyên nhiệt được kiểm soát và ngành công nghiệp pin EV (ôtô điện)

Công nghệ địa nhiệt đang trên đà “mở khóa” lượng lớn lithium từ nước muối nóng tự nhiên bên dưới những nơi như biển Salton của California. Lithium rất cần thiết chopin lithium-ion, cung cấp năng lượng cho ô tô điện và lưu trữ năng lượng. Mạng lưới nhà máy điện địa nhiệt sử dụng nhiệt từ Trái đất tạo ra nguồn cung cấp hơi nước liên tục cho phép chạy tua-bin sản xuất điện. Các nhà máy hoạt động bằng cách tạo ra dung dịch muối phức tạp nằm dưới lòng đất - nơi nó hấp thụ nhiệt và được làm giàu với số khoáng chất như lithium, mangan, kẽm, kali và boron. Nước muối địa nhiệt là chất lỏng đậm đặc còn sót lại sau khi nhiệt và hơi nước được chiết xuất tại nhà máy địa nhiệt.

Trong các nhà máy ở biển Salton, những loại nước muối này chứa nồng độ cao - khoảng 30% - chất rắn hòa tan. Nếu các dự án thử nghiệm hiện đang được tiến hành chứng minh rằng lithium cấp pin có thể được chiết xuất từ những loại nước muối này với chi phí hiệu quả, thì chỉ riêng 11 nhà máy địa nhiệt hiện có dọc theo Biển Salton có thể có tiềm năng sản xuất đủ kim loại lithium cung cấp gấp 10 lần nhu cầu hiện tại của Mỹ. Với công suất sản xuất tối đa, 11 nhà máy điện hiện có gần Biển Salton, hiện đang tạo ra khoảng 432 megawatt điện, cũng có thể sản xuất khoảng 20.000 tấn kim loại lithium mỗi năm. Giá trị thị trường hàng năm của kim loại này sẽ là hơn 5 tỷ USD theo giá hiện hành. Trung Quốc hiện là quốc gia đi đầu trong lĩnh vực chế biến lithium và tích cực thu mua dự trữ lithium từ các nhà sản xuất lớn khác.

Điện địa nhiệt có khả năng bổ sung năng lượng mặt trời và năng lượng gió như nguồn năng lượng cơ bản. Năng lượng địa nhiệt cũng cho phép cung cấp cầu nối chuyên nghiệp cho chuyên gia dầu khí và than đá để chuyển đổi sang nền kinh tế năng lượng sạch.