Химики нашли способ эффективно опреснять воду и добывать литий из рассола с помощью MOF-мембран, как в живых клетках

    Дефицит лития — одна из главных причин дороговизны литий-ионных аккумуляторов, а как следствие, дороговизны электромобилей, где аккумуляторы составляют более половины стоимости. Если бы не сложность с его добычей, то мы жили бы сегодня в совершенно другом мире, где альтернативная энергетика, возможно, была бы гораздо шире распространена, а о сжигании углеводородов на транспорте люди стали бы постепенно забывать. Но реальность такова, что богатых месторождений не так много: они находятся в Аргентине, Боливии, Чили, Китае, США, России и нескольких других странах.



    Мировые запасы лития сами по себе велики. Только в России 1 млн тонн лития, но здесь после распада СССР его больше не добывают: отечественные предприятия импортируют литийсодержащий концентрат из Конго и Китая. Добыча карбоната лития Li2CO3 предполагает выпаривание рассола в сильносолёных озёрах (Чили, Боливия, Аргентина, США) или кислотную переработку, как в случае с российской рудой. После выпаривания производится хлорирование карбоната с получением LiCl, электролиз ($2LiCl\ {\xrightarrow {\ }}\ 2Li+Cl_{2}\uparrow$) и вакуумная дистилляция. Всего на мировых месторождениях добывается около 35 000 тонн лития в год.

    К счастью, всё больший процент литий-ионных аккумуляторов повторно перерабатывается, так что сейчас вторичная переработка даёт заметный процент всего лития, который поступает на производственные предприятия.

    Но лития всё равно не хватает. Спрос на литий постоянно превышает предложение — и растёт с каждым годом. Возможно, эту проблему получится решить неординарным способом. Дело в том, что гигантские запасы лития содержит Мировой океан (в нём также растворены огромные запасы золота и других металлов). Вопрос в том, как дёшево и эффективно добыть эти богатства. Новый эффективный способ извлечения лития и других металлов из морской воды предложили химики из Техасского университета в Остине (США), Университета Монаша и Государственного объединения научных и прикладных исследований (оба — Австралия).

    Они предложили технологический процесс с использованием металл-органических каркасных мембран (MOF), которые копируют механизм фильтрации — ионную селективность — мембран биологических клеток в живых организмах. Этот высокоэффективный легко отделяет ионы металлов. За его открытие в живых клетках была присуждена Нобелевская премия 2003 года по химии. Его можно использовать не только для переработки морской воды, но и горных руд.


    Схематическая иллюстрация переноса ионов через мембрану ZIF-8/GO/AAO

    Другой побочный продукт после фильтрации металлов в солёной воде — пресная вода, пригодная для питья. То есть техпроцесс одновременно выдаёт ценную руду и пресную воду. «Перспектива использования MOF для устойчивой фильтрации воды невероятно интересна с точки зрения общественной пользы, в то время как лучший способ извлечения ионов лития для удовлетворения глобального спроса поможет создать новые отрасли промышленности», — сказала Анита Хилл (Anita Hill), ведущий научный сотрудник Государственного объединения научных и прикладных исследований.

    Эффективное опреснение воды — главная задача, которую ставили перед собой исследователи. «Но это лишь малая часть возможного потенциала этого феномена, — говорит Хуантин Ван (Huanting Wang), профессор Университета Монаша. — Мы продолжим исследовать селективность этих мембран к ионам лития для практического использования. Ионы лития в обильном количестве присутствуют в морской воде, так что открытие может иметь большое значение для горнодобывающей промышленности, где сейчас используются неэффективные химические методы извлечения лития из горных пород и рассолов. Мировой спрос на литий, необходимый для электроники и батарей, очень высокий. Эти мембраны позволяют очень эффективно извлекать ионы лития из морской воды».

    Так что в будущем Мировой океан может стать богатым и легкодоступным ресурсом лития. Возможно, кроме лития мембраны научатся использовать для фильтрации золота и других металлов, необходимых промышленности.

    Научная статья опубликована 9 февраля 2018 года в журнале Science Advances (doi: 10.1126/sciadv.aaq0066).
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 20
    • +1
      И через сколько лет мировой океан станет пресным и вымрет куча видов живности!?
      • +1
        Вы преуменьшаете его объемы
        • –2
          В пресной воде живность не живет?)
          • 0

            Скорее надо ставить вопрос наоборот — через сколько лет мировой океан станет слишком соленым и вся живность там умрет? Изначально ведь мировой океан был гораздо более пресным, чем сейчас, но непрерывный вынос водорастворимых солей из разрушающихся горных пород делает его все соление.


            А относительно добычи, есть такой интересный факт, скажем — реки за год выносят в море уран в примерно таком же количестве, сколько потребляет вся сегодняшняя атомная энергетика мира. Т.е. грубо говоря, если начать снабжать морским ураном все АЭС мира, то количество его в море уменьшаться не будет.

            • 0
              Можно подумать, что соль будут безвозвратно извлекать из океана!
              Возьмут соленую воду, извлекут литий, золото, осмии-родии всякие, пресную воду, а пересоленый концентрат сольют обратно. Тут наоборот, не получилось бы крепкого рассола…

              «А воды нет, из нее давно луц сделали»(с)
            • –1
              а зачем придумывать новые типы батарей и избавить весь мир от литиевой зависимости?
              • +1
                не оч так идея. для пить — норм, а опреснять океан не стоит, жить будет негде.
                • 0
                  Чтобы два раза не вставать:
                  Содержание лития в морской воде 0,17 мг/л
                  1 грамм = 5882 л
                  • +1
                    То есть, Петербург, потреблявший в 2010 году ежесуточно 2 млн. 400 тыс. м3 воды, потребляя её из моря, мог параллельно поставить на рынок 148 тыс. тонн в год, что в 10 раз больше, чем производит текущая страна-лидер Австралия?

                    При чем, даже используя её, как кристально чистую, исключительно на коммунальные нужды Петербуржцев (148 л./чел. ежесуточно), это все равно были бы 46 тыс. тонн ежегодно, что даже с учетом «потери» половины этого самого лития, все еще превосходили бы в два раза Чили?

                    PS: даже ошибка на пару-тройку порядков все равно показывает существенность добычи при несущественности потребления воды
                    • +1
                      Вы промахнулись на 3 нуля. 1г ~6т воды, значит 2 400 000/6/1 000=400кг/сут.=146т/год.
                    • 0
                      то есть в океане всего ~2.3 × 10^11 тонн лития
                    • +1
                      Зачем литий, если можно получать золото?))) Не понимаю, почему нобеля дали в 2003 году, а мировой рынок золота ещё не рухнул от его избытка? Разве не смогли за всё время ни в одной стране наладить промышленное производство этих мембран и качать бабло из воды?
                      • +1
                        золото не самый дорогой элемент периодической таблицы… смотри глубже.
                      • +1
                        Самые интересные элементы для выделения из морской воды.
                        Литий — все уже рассказано.
                        Уран — Запасов в океане хватит на все энергетические нужды в течении тысяч лет.
                        Фосфор — Критически необходимый элемент для с/х, океан единственный возможный источник, на дистанции веков, наземных месторождений не хватит надолго.
                        • 0
                          Карбонат лития стоит меньше десяти баксов за кило, на кВт*ч нужно меньше килограмма.
                          Батарейка, к примеру, лифа, стоит пять тысяч, лития там — на пару сотен.
                          Даже если литий завтра начнут раздавать бесплатно, на ценах батарей это особо не отразится.
                          • 0
                            +1
                            ЖадностЬ ещё не побороли ни одним способом
                            • 0
                              да тут жадность виновата.
                              Просто сделать батарейку довольно сложно.
                              Помимо лития есть куча всяких других затрат, которые и определяют.

                              А эффект получается забавный — влияние одностороннее.

                              Увеличение производства батарей приводит к увеличению спроса на литий и росту его цены, за последние годы цена лития поднялась в несколько раз.

                              Изменение цен на литий на стоимость батарей не влияет. Даже если он подорожает вдвое, себестоимость батареи увеличится на пару процентов. А добыча лития будет простимулирована ещё как.

                              Так что всё будет хорошо — цены на литий растут, производство под это дело будут разгонять, батареи будут дешеветь по мере внедрения всяческих рацух, бензиновые машины остаются вне конкуренции по цене и будут проталкиваться административными способами. Обсуждаемые химики особо ничего не изменят.
                            • 0
                              а почему вы берёте цену на карбонат, а не на сам литий?
                            • 0
                              Как всегда, картинки, которые никому не понятны (даже мне, человеку с соответствующим образованием), и текст, никак не связанный с картинками…
                              • 0
                                Почитаешь комменты — столько доморощенных кандидатов наук, аж волосы дыбом встают…

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое