Το λίθιο είναι ένας πεπερασμένος πόρος και όσο περισσότερο το κλειδώνουμε μέσα στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, τόσο λιγότερο μας μένει για να χρησιμοποιούμε. Μια νέα ταχεία μέθοδος απελευθέρωσης του στοιχείου από τέτοιες πηγές θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα όσον αφορά τη διαθεσιμότητα του υλικού.
Χάρη στον σύγχρονο τρόπο με τον οποίο αγοράζουμε επαναφορτιζόμενα τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων των αυτοκινήτων, η ζήτηση για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου που τροφοδοτούν μεγάλο μέρος της καταναλωτικής μας τεχνολογίας έχει εκτοξευθεί στα ύψη. Σήμερα η αξία της αγοράς μπαταριών ιόντων λιθίου αποτιμάται σε περίπου 65 δισεκατομμύρια δολάρια και αναμένεται να αυξηθεί κατά 23% τα επόμενα οκτώ χρόνια.
Ως ένα σχετικά ελαφρύ υλικό με την ικανότητα να αποθηκεύει πολλή ενέργεια, η αξία του λιθίου είναι ξεκάθαρη. Όμως η εξόρυξη του στοιχείου μπορεί να είναι καταστροφική για το περιβάλλον και οι γεωπολιτικές ανησυχίες σε αρκετές από τις περιοχές όπου υπάρχει άφθονο μπορεί να απειλήσουν τις αλυσίδες εφοδιασμού. Επιπλέον, έχουμε αναφέρει στο παρελθόν ότι υπάρχουν προβλέψεις ότι τα σημερινά ορυχεία λιθίου θα είναι σε θέση να παράγουν μόνο το ήμισυ της απαιτούμενης ποσότητας για την ικανοποίηση της ζήτησης έως το 2030.
Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες, είναι σημαντικό είτε να βρεθούν τρόποι για την παραγωγή τεχνολογιών μπαταριών χωρίς λίθιο, είτε να αναζητηθούν νέες μέθοδοι και πηγές εξόρυξής του, είτε να βρεθούν τρόποι ανακύκλωσης του λιθίου που είναι αποθηκευμένο στις χρησιμοποιημένες μπαταρίες. Ωστόσο, η ανακύκλωση του λιθίου μπορεί να είναι χρονοβόρα, να χρησιμοποιεί σκληρές χημικές ουσίες και να οδηγεί στην ανάκτηση λιγότερου από το 5% της συνολικής ποσότητας του στοιχείου που χρησιμοποιήθηκε αρχικά.
Για τον λόγο αυτό, ερευνητές του Πανεπιστημίου Rice βρήκαν μια καλύτερη λύση. Ξεκίνησαν χρησιμοποιώντας χημικές ουσίες γνωστές ως βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες (DES), οι οποίες είναι υγρά φιλικά προς το περιβάλλον που μπορούν να καθιζάνουν το λίθιο και άλλα μέταλλα από ένα διάλυμα.
«Το ποσοστό ανάκτησης είναι τόσο χαμηλό επειδή το λίθιο κατακρημνίζεται συνήθως τελευταίο μετά από όλα τα άλλα μέταλλα, οπότε ο στόχος μας ήταν να βρούμε πώς μπορούμε να στοχεύσουμε ειδικά στο λίθιο», δήλωσε η Salma Alhashim, απόφοιτος διδακτορικού στο Rice, η οποία είναι μία από τις κύριες συγγραφείς της μελέτης. «Εδώ χρησιμοποιήσαμε ένα DES που είναι ένα μείγμα χλωριούχου χολίνης και αιθυλενογλυκόλης, γνωρίζοντας από την προηγούμενη εργασία μας ότι κατά την έκπλυση σε αυτό το DES, το λίθιο περιβάλλεται από ιόντα χλωρίου από τη χλωριούχο χολίνη και εκπλένεται στο διάλυμα».
Κανονικά μια ένωση πρέπει να θερμανθεί προκειμένου να αναγκαστούν τα μέταλλα να καταβυθιστούν και στην περίπτωση των ενώσεων που περιέχουν λίθιο, ένα λουτρό ελαίου συνήθως παρέχει αυτή την πηγή θερμότητας. Αλλά η διαδικασία απαιτεί αρκετό χρόνο κατά τη διάρκεια του οποίου το ίδιο το λίθιο μπορεί να αρχίσει να υποβαθμίζεται.
Για να επιταχύνει την διαδικασία, η ομάδα του Rice αποφάσισε να δοκιμάσει τα μικροκύματα, γνωρίζοντας ότι η χλωριούχος χολίνη που οδηγεί στην απομόνωση του λιθίου απορροφά πολύ καλά την ακτινοβολία των μικροκυμάτων.
Η αύξηση της ταχύτητας ήταν εντυπωσιακή. Οι ερευνητές μπόρεσαν να καταβυθίσουν το λίθιο σχεδόν 100 φορές ταχύτερα από ό,τι με ένα λουτρό ελαίου. Για την ακρίβεια, χρειάστηκαν μόλις 15 λεπτά για να πάρουν πίσω το 87% του λιθίου, μια διαδικασία που θα χρειαζόταν 12 ώρες χρησιμοποιώντας ένα λουτρό λαδιού.
«Αυτό μας επέτρεψε να εκπλύνουμε το λίθιο επιλεκτικά έναντι άλλων μετάλλων», δήλωσε η Sohini Bhattacharyya, μία από τις άλλες κύριες συγγραφείς και μεταδιδακτορική υπότροφος στο Εργαστήριο Νανοϋλικών. «Η χρήση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων για αυτή τη διαδικασία είναι παρόμοια με το πώς ένας φούρνος μικροκυμάτων της κουζίνας ζεσταίνει γρήγορα το φαγητό. Η ενέργεια μεταφέρεται απευθείας στα μόρια, με αποτέλεσμα η αντίδραση να πραγματοποιείται πολύ πιο γρήγορα από τις συμβατικές μεθόδους θέρμανσης».
Οι ερευνητές λένε ότι η μέθοδος μπορεί επίσης να προσαρμοστεί ώστε να στοχεύει και σε άλλα στοιχεία ρυθμίζοντας τη σύνθεση του DES, οπότε θα μπορούσε να έχει τη δυνατότητα ανάκτησης άλλων μετάλλων όπως κοβάλτιο ή νικέλιο από μπαταρίες. Η ομάδα υπογραμμίζει επίσης τα φιλικά προς το περιβάλλον οφέλη της προσέγγισής της.
«Αυτή η μέθοδος όχι μόνο ενισχύει το ποσοστό ανάκτησης αλλά και ελαχιστοποιεί τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, γεγονός που την καθιστά ένα πολλά υποσχόμενο βήμα προς την ανάπτυξη συστημάτων ανακύκλωσης με βάση το DES σε κλίμακα για την επιλεκτική ανάκτηση μετάλλων», δήλωσε ο Pulickel Ajayan, ο υπεύθυνος συγγραφέας της μελέτης και πρόεδρος του τμήματος επιστήμης Υλικών και Νανομηχανικής.
*Η κεντρική εικόνα προέρχεται από τον Saif71.com on Unsplash
[via]
