Bæredygtighed

Forbedring af effektiviteten i lithium- og mineraludvinding med kunstige liljeblade

mm
Udgivet den
Opdateret den
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oplysning: Securities.io kan modtage betaling, når du bruger links til produkter, vi anmelder. Det påvirker ikke vores redaktionelle vurderinger. Vi er ikke registreret investeringsrådgiver; dette er ikke investeringsrådgivning. Læs vores affiliateoplysning.

Et alternativ til minedrift for mineraler

Når det gælder produktion af de nøglemineraler, der skal forsyne verdens industrier, er der i virkeligheden kun 3 mulige kilder: minedrift i bjergarter, genanvendelse og rensning af opløste mineraler. For materialer som jern og aluminium er traditionelle miner de primære leverandører, med genanvendelse som en supplerende kilde.

Men for materialer som lithium er en af de primære kilder brine, mineralrige vandmasser, der skal fordampes for at indsamle de mineraler, de indeholder. En lignende metode anvendes ofte til produktion af de to vigtigste gødninger: nitrater og kalium.

Denne metode kræver massive fordampningsdamme, der dækker tusinder af acres, hvilket pålægger de lokale økosystemer en tung miljømæssig omkostning.

Kilde: SQM

Indtil nu er dette opnået ved udelukkende at stole på solens stråler til at opvarme dammene og fordampe vandet. Det er langt fra en effektiv proces, hvorfor så store overflader er nødvendige.

Dette kan lige nu være ved at ændre sig, takket være et nyt materiale, der kan fremskynde fordampning, udviklet af forskere ved Princeton University i samarbejde med lithiumproduktionsgiganten Sociedad Química y Minera de Chile (SQM ).

De offentliggjorde deres opfindelse i Nature Water1 under titlen “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Masseproduktion af lithium

(Ikke-så-bæredygtig) grøn energi

Når lithium ikke udvindes fra bjergarter (spodumen-deponeringer), findes det fortrinsvis i mineralbrine, blandet med andre salte og opløste mineraler. Brinen udvindes hovedsageligt fra underjordiske vand eller skabes ved at udvinde lithium fra mineralrige aflejringer med ferskvand.

I øjeblikket er titusinder af hektar soldamme i brug verden over til udvinding af lithium, hvor Chile har 6.000 hektar (14.800 acres).

Denne metode lægger ekstremt pres på vandforsyningen i disse regioner. Endnu værre er, at lithiumrige områder generelt er ørkener, hvilket er grunden til, at lithium er koncentreret i økonomisk levedygtige aflejringer i første omgang. Derfor kan det begrænsede vand blive helt omdirigeret mod lithiumindustrien, hvilket udsætter lokale økosystemer og samfund for risiko.

Energiforbrug

Disse fordampningsdamme er en metode til at udnytte solenergi “gratis”. Det er et overlegent alternativ til metoder, der bruger elektricitet, såsom mekanisk dampkompression eller ultrahøjtryks omvendt osmose.

Selvom de sandsynligvis er mere økologiske, ville disse el‑baserede metoder være umulige at implementere i stor skala. For eksempel udnytter de chilenske fordampningsdamme alene 65 TWh solenergi, hvilket overstiger 70 % af Chiles samlede årlige produktion (~90 TWh pr. år).

Et væsentligt problem er, at selvom metoden er billig, er den langt fra effektiv. Mindre end halvdelen af solenergien omdannes til termisk energi, som bidrager til fordampning.

Her kommer Princeton‑forskerne med deres opfindelse.

Gødninger

Ikke kun lithium, men også gødninger kan produceres gennem fordampningsdamme. Bemærkelsesværdigt producerer SQM årligt 1,5 millioner ton nitratsalte fra caliche‑malm og salar‑brine.

Kilde: SQM

Dette er en del af en kompleks kemisk blanding, som SQM udvinder fra brine, herunder lithiumchlorid, kaliumchlorid, magnesiumchlorid, borsyre og kaliumsulfat. Kalium blandes derefter med den for at danne kaliumnitrat.

Selvom det ikke er en væsentlig kilde til gødning sammenlignet med direkte minedrift eller syntese af kvælstofbaserede gødninger ved brug af naturgas (Haber‑Bosch‑processen), er dette endnu en miljømæssigt belastende produktionsproces, der kunne forbedres med mere effektive fordampningsdamme.

Optimering af fordampning

Tidligere opdagelser

Det seneste F&U‑arbejde med at øge effektiviteten i fordampningsdamme bygger på tidligere arbejde fra de samme forskere og andre inden for feltet. De havde arbejdet med fænomenet kaldet interfacial solar evaporation (ISE).

Hovedkonceptet i ISE er at anvende et stærkt lysabsorberende materiale, der fanger næsten 100 % af solstrålingen, samtidig med at det absorberer det salte, mineralrige vand.

Kilde: ResearchGate

Yderligere fremskridt er også gjort for at undgå saltophobning og krystallisering, hvilket over tid ville reducere effektiviteten, blandt andet forbedring af salt‑tilbageflydning, Janus‑strukturelle designs og direktionel krystallisering.

Et offentligt‑privat partnerskab

Dette arbejde blev udført som en del af universitetets START Innovators‑program. Programmet, en kombination af akademisk stipendium og startup‑accelerator, gjorde det muligt for forskerne at fortsætte udviklingen af deres teknologi, samtidig med at de udarbejdede en forretningsplan og byggede tidlige ventures.

“At hjælpe med at skabe et økosystem, hvor vores fakultet og forskere effektivt kan overføre deres teknologier til den kommercielle sektor, er en kernefunktion i Innovationskontoret.”

Craig Arnold – Vice-dekan for innovation og universitetsinnovationsofficer.

Denne tilgang sigter mod at fremskynde overførslen af teknologi fra laboratorieidéer til industriel skala og bedre omsætte de akademiske forskeres tekniske færdigheder til praktiske anvendelser.

“Det, vi kan gøre med forskere som professor Ren og hans team, er at hjælpe med at omdirigere, hvordan de tænker på deres idéer. Vores mål er radikalt at ændre deltagernes perspektiver, så de forlader vores program med et helt andet syn end da de startede.

Vi stiller dem komplekse spørgsmål, som kan ligge uden for en forskers traditionelle rammer, men som er afgørende for at omsætte akademiske innovationer til succesfulde resultater.

Nena Golubovic – Direktør for Design for Impact‑programmet i videnskab og ingeniørkunst

Det ser ud til at have virket, idet teknologien gik fra “små prototyper i børne‑svømmebassiner” til test af kommercialiserings‑klare produkter i mineralproduktionsfaciliteter i Sydamerika på under 2 år.

“Princeton leverede grundlaget, økosystemet og ressourcerne, som har lært os de færdigheder og den viden, vi har brug for for at lykkes som en lille virksomhed.”

Sean Zheng – Princeton Critical Minerals’ CEO (tidligere PureLi)

Øgning af effektivitet

Mens den tidligere prototype brugte træ som vandbærende materiale, opfandt forskerne snoede cellulose‑fiberkristallisatorer. De muliggør ikke kun hurtig vandfordampning, men også rumligt adskilt krystallisering for selektiv lithium‑genvinding.

De anvendte også proprietære belægninger til deres kulstofbaserede materialer, som muliggør hurtig fordampning, mineralseparation og antifouling‑egenskaber.

Startup‑virksomheden Princeton Critical Minerals testede sin første prototype i en virkelig lithium‑fordampningsdam i ejerskab af SQM, formet som et liljeblad, der flyder på vandets overflade.

Når den observeres med et termisk kamera, er det tydeligt, at vandoverfladen er meget varmere, med særligt varmeområder i en speciel zone på det kunstige liljeblad. Designet viste sig i stand til at omdanne 96 % af solenergien til termisk energi, sammenlignet med 50 % effektivitet i åbne damme.

Dette har samlet set radikalt forbedret fordampningshastigheden, som i gennemsnit fordobledes (40–122 % stigning afhængig af brinkoncentrationerne). Det havde også den effekt, at vandtab til bunden af dammen blev kraftigt reduceret, da processen foregik meget hurtigere.

Yderligere forskning

Termisk kamera‑data beviste, at den centrale måde, de kunstige liljeblade fungerer på, er ved at holde solens varme på dammens overflade, hvor den faktisk udfører fordampning, i stedet for i bunden, hvor varmen går tabt.

Da temperatur påvirker mineralernes opløselighed, kan yderligere justering af temperaturen på liljebladets overflade forbedre lithiumproduktionen endnu mere.

“Disse spørgsmål opstod først, da vi så resultaterne af felttestene. Hvis vi havde holdt vores arbejde i laboratoriet, ville disse nye retninger måske aldrig være kommet frem.”

Z. Jason Ren – Professor i civil- og miljøteknik

Et næste skridt vil være at igangsætte masseproduktion af de kunstige liljeblade og undersøge enhedens økonomi samt potentielle langsigtede forretningsmodeller for Princeton Critical Minerals.

Lithium‑fordampningsvirksomheder

SQM Prisdiagram

SQM er verdens næststørste lithiummineselskab, med aktiver i Chile, og lithium udgør hoveddelen af virksomhedens forretning. Det er også markedslederen inden for produktion af naturligt oprindeligt kaliumnitrat og sælger specialkemikalier som jod, kaliumchlorid, borsyre og magnesiumchlorider.

Kilde: SQM

I april 2023 måtte virksomheden konfrontere et skridt fra Chile, der truede med en delvis nationalisering af landets lithiumindustri. Efter det indledende chok afklarte yderligere detaljer i planen, at landet stadig havde til hensigt at tiltrække privat udenlandsk investering.

Specifikt forhandler den nationale lithiumvirksomhed Coldeco om en kontrakt med SQM, og andre lithiumaflejringer vil blive tilbudt til udnyttelse. Den eksisterende kontrakt vil dog blive respekteret og løbe indtil 2030.

Da forhandlingerne stadig pågår, er der meget lidt information tilgængelig, og det er svært at forudsige SQMs langsigtede fremtid. Alligevel er Chile et land, der er stærkt afhængigt af minedrift for sin økonomi, og den indledende modreaktion mod nationaliseringsplanerne, som påvirker både tilliden til lithium og al minedrift, har tvunget regeringen til at begrænse sine ambitioner (for nu?).

Truslen om nationalisering blev efterfulgt af et vedvarende fald i de internationale lithiumpriser, hvilket har forårsaget et fald i virksomhedens aktiekurs, ned fra toppen ved udgangen af 2022.

Lithium havde vækst i salgsvolumen (+13 %), betydeligt lavere år‑til‑år gennemsnits salgspriser (-41 %) i 4Q2024 vs 4Q2023

Som følge af de lave lithiumpriser har virksomheden i 2024 tjent betydeligt mere indtægt proportionelt fra andre produkter end tidligere, hvor jod stod for 39 % af bruttofortjenesten.

Kilde: SQM

Dette kan ses som enten en afspejling af den reelle risiko for virksomheden eller som en mulighed for at tiltrække investorer, der er villige til at påtage sig risikoen og indsamle et solidt udbytte.

Ligesom ved alle lithiuminvesteringer vil investorer ønske at være fortrolige med EV‑landskabet (efterspørgsel og potentialet for innovativ kemi som natrium‑ion‑batterier, der ikke bruger lithium) og forvente, at den høje volatilitet i lithiumpriser vil fortsætte i den nærmeste fremtid, selvom flere nedadgående risici synes delvist indprissatte.

(Du kan læse mere om lithium og batterier i vores artikler “Is Lithium Demand Set to Plummet with New Sodium-Ion Batteries?”, “Does Arkansas Hold the Answer to Our Lithium Needs?” og “Investing in Nobel Prize Achievements: Lithium-Ion Batteries To Power The World”.)

Seneste om Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

Refererede studier:

1. Zheng, S., Oelckers, B., Khandelwal, A. et al.(2025). Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining. NatureWater 3, 135–137. https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y 

mm

Jonathan er en tidligere biokemisk forsker, der arbejdede med genetisk analyse og kliniske forsøg. Han er nu aktieanalytiker og finansskribent med fokus på innovation, markedscyklusser og geopolitik i sin publikation 'The Eurasian Century'.