Har Arkansas svaret på vores litiumbehov?

Litiumforsyningens betydning

Litium er blevet en meget vigtig råvare, primært på grund af elbilers og vedvarende energis opkomst og den massive efterspørgsel efter litium-ionbatterier. Efterspørgslen forventes at fortsætte med at vokse eksponentielt indtil 2030, hvilket gør den nuværende efterspørgsel på 1.189.000 MT litiumkarbonatækvivalent (LCE) til at se lille ud i sammenligning.

Kilde: Statista

Selvom litium-ion måske en dag bliver en noget forældet teknologi, vil litium sandsynligvis forblive en vigtig del af batterikemi, især hvis litium-metal faststoftbatterier bliver almindelige.

Denne vækst i efterspørgsel har ført til volatile litiumpriser, hvor mangel har skabt store prisstigninger efterfulgt af kollaps.

Kilde: Carbon Credit

Det har også gjort sikring af litiumforsyning til en strategisk bekymring, især da flere og flere industrier er afhængige af en stabil litiumbatteriforsyning, fra el-selskaber til bilproducenter.

For øjeblikket kommer de fleste af verdens batterier og raffineret litium fra Kina. Mineralen selv udvindes primært i “litiumtrekanten” (Chile, Argentina, Bolivia), Kina og Australien.

Kilde: Progress in Natural Science

Litiumproduktionen har været ret langsom i Nordamerika, på trods af store ressourcer. Disse ressourcer er nu blevet afsløret som endnu større, med massive litiumforekomster opdaget i Arkansas. Denne opdagelse blev gjort af forskere ved US Geological Survey, Arkansas Department of Energy and Environment, og offentliggjort i Science Advances under titlen “Evaluation of the lithium resource in the Smackover Formation brines of southern Arkansas using machine learning“.

En ny litiumtrekant?

Litiumtrekanten er denne grænsezone i Sydamerika mellem 3 lande, der indeholder massive mængder af litiumrige saltvandsløsninger, hvorfra en stor del af verdens litium kommer.

USA synes at have sin egen litiumtrekant ved skæringen af Arkansas, Texas og Louisiana.

Kilde: Science Advances

Og opdagelsen er massiv, potentielt fordobler den estimerede amerikanske litiumressourcer over nattemanden.

Vi har brugt disse forudsigelige litiumkort med reservoirparametre og geologisk information til at beregne, at der er 5,1 til 19 millioner tons litium i Smackover Formation saltvandsløsninger i sydlig Arkansas, hvilket svarer til 35 til 136% af den nuværende estimerede amerikanske litiumressource.

Hvordan blev det fundet?

Det var allerede kendt, at olie- og gasforekomsterne i området også var rige på saltvandsløsninger, der indeholdt bromid og litium. Men tidligere analyser kunne kun give en antydning af litiumindholdet på prøvestedet, med en bred vifte af resultater, fra 0,08 til 1700 mg/liter.

Forskerne anvendte derfor en AI-analyse til at samle alle kendte målinger og geologiske data fra regionen. Da området er blevet omfattende udforsket til olie- og gasproduktion, er dets undergrundsskuktur ret vel dokumenteret.

I denne studie bruger vi offentliggjorte og nysamlede data om litiumkoncentration i saltvandsløsninger til at træne en machine learning-model og oprette et rumligt kontinuerligt kort over forudsigeligt litium i Smackover Formation saltvandsløsninger over sydlig Arkansas med geologiske, geochemiske og temperaturforklarende variabler.

Denne analyse pegede på, at ét sted, Smackover Formation, var langt mere lovende end de andre.

Kilde: Science Advances

Forudsigelse af litiumindhold

AI-dreven analysen kunne bestemme den vigtigste forudsigelige faktor, der fører til tilstedeværelse af litium eller ej:

• Opløst hydrogenulfid (H2S) koncentrationer.
• Dybde af saltvandsløsning.
• Højde over Smackover Formations top.
• Tykkelse af Smackover Formation.

Kilde: Science Advances

Afhængigt af den laveste og højeste estimering for saltvandsløsningens volumen og litiumkoncentration kan den samlede mængde, der er til rådighed i Smackover Formation, være:

• 1 million tons (lav litium, lav volumen).
• 11 millioner tons (medium litium, medium volumen).
• 11 millioner tons (højt litium, højt volumen).

Kilde: Science Advances

Litium som bifprodukt

Nogle af disse saltvandsløsninger er allerede blevet bragt til overfladen som følge af udnyttelse til bromproduktion eller som bifprodukt af olie- og gasproduktion.

I alt er cirka 5000 tons, eller mindre end 0,1% af den tilgængelige litiumressource i Smackover Formation, blevet bragt til overfladen i saltvandsløsninger som affaldsstrømme fra olie-, gas- og bromindustrien.

Dette repræsenterer en lille procentdel af den samlede ressource, der er til rådighed, men ville alligevel have været nok til at dække den amerikanske litiumforbrug i 2022, hvilket illustrerer ressourcens potentiale.

Og “Big Oil” ser på muligheden for at udnytte sin ekspertise i boring i regionen, med planer fra Exxon om at bore en “litiumbrønd”.

Direct Lithium Extraction (DLE)

En ny tredje litiumudvindingsmetode

For tiden produces litium hovedsageligt ved hjælp af to forskellige metoder.

Den første er knusning af litiumrigt sten, som spodumen, som er den type litium, Australien producerer.

Den anden er fordampning af saltvandsløsning ved hjælp af solenergi i store fordampningsbassiner. Dette er en meget omkostningseffektiv metode, men den forbruger også meget vand, fanger kun 50% af det tilgængelige litium og forårsager betydelig forurening.