Udnyttelse af geotermiske pools til at imødekomme vores litiumbehov

Jagten på stadig mere litium

Med stigningen i elbiler er efterspørgslen efter lithium‑ion‑batterier eksploderet, ligesom behovet for litiumressourcer. Denne efterspørgsel forventes at fortsætte med eksponentiel vækst, hvor kun hældningen på kurven er i tvivl, afhængig af hastigheden af elbilernes udbredelse.

Kilde: Statista

Dette har forårsaget problemer, da litium er svært at udvinde. Tidligere har dette medført vilde prisudsving, hvilket har fået inputomkostningerne til batteri‑ og elbilproducenter til at svinge kraftigt.

Kilde: Carbon Credit

I øjeblikket produceres litium hovedsageligt fra hård sten eller salte vandbrønde, som begge kræver meget energi eller vandforbrug.

Et alternativ kunne være at producere litium fra geotermiske brønde, vandet der findes i underjordiske aflejringer. Dette har dog været vanskeligt fra et teknisk synspunkt.

Dette kan have ændret sig takket være forskernes arbejde på Rice University, som offentliggjorde deres resultater i den prestigefyldte publikation PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) under titlen “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine¹”.

Hvor kommer litium fra?

Litium udgør kun 0.002 % af jordens skorpe og findes sjældent i koncentrerede aflejringer, der er kommercielt levedygtige.

I øjeblikket kommer de fleste af verdens batterier og raffineret litium fra Kina. Selve mineralet udvindes primært i “litium‑trianglen” (Chile, Argentina, Bolivia), Kina og Australien.

Kilde: Progress in Natural Science

Dette har fået andre lande til at lede efter alternative kilder, hvor underjordiske brønde (saltvand) er et godt kandidat. For eksempel blev det for nylig opdaget, at Arkansas muligvis indeholder flere litiumressourcer i brønde ved siden af olie‑ og gasfelter end alle de tidligere kendte litiumreserver i USA.

Disse brønde indeholder ofte en relativt høj koncentration af litium. Problemet er, hvordan man udvinder litium fra disse brønde, da de typisk også indeholder en kompleks blanding af andre mineraler.

Da disse brønde er stærkt koncentrerede, overvejes direkte litiumudvinding (DLE) som et alternativ til den store fordampningspool, der hidtil er blevet brugt.

Kilde: Euronews

Direkte litiumudvinding

Direkte udvinding sigter mod litiumatomerne gennem en selektiv udvindingsproces. Dette kan opnås via nogle forskellige metoder:

• Adsorptionsbaseret DLE, hvor litium fysisk absorberes af et dedikeret materiale.
• Ionbytningsbaseret DLE, hvor litium udveksles mod kationer (positive ioner).
• Opløsningsmiddelextraktionsbaseret DLE, hvor et organisk væskeopløsningsmiddel absorberer og opløser litium fra brønden.

Kilde: Lithium Harvest

Elektrokemisk litiumudvinding

En anden mulighed, der ikke er blevet udforsket meget, er elektrokemisk litiumudvinding. Ideen er at bruge en kraftig elektrisk strøm til at adskille litium fra de andre mineraler i brønden.

Som vi sagde, indeholder disse brønde mange andre mineraler med lignende ionstørrelser og -ladninger, herunder magnesium, calcium, natrium og kalium. Dette gør enhver metode, der kun er baseret på ionegenskaber, vanskelig, da man skal gentage processen mange gange for udelukkende at udvælge litium.

Alternativet kunne være at bruge elektrisk strøm i stedet, men brønnene indeholder ofte mange chloridioner, som kan omdannes til ekstremt giftig klorgas under traditionelle elektrokemiske processer for at isolere litium.

Klorgas, også kendt som halogen, blev bemærkelsesværdigt brugt som kampgas under Første Verdenskrig. Problemet med dens produktion under elektrokemisk litiumudvinding har dog hidtil forhindret, at denne teknologi kan anvendes kommercielt.

Brug af batteriteknologi til litiumudvinding

Paradoxalt kan innovationer inden for batteriteknologi hjælpe med at løse problemet med litiumudvinding for de helt samme batterier. Rice‑universitetets forskere brugte en nyudviklet lithium‑ion‑ledende glas‑keramisk (LICGC) membran, en teknologi der ofte anvendes i batterier, men som aldrig før er blevet anvendt til litiumbehandling. LICGC er et fast elektrolytisk materiale, som er en god kandidat til opbygning af solid‑state‑batterier.

Membranen er meget effektiv til selektivt kun at lade litiumioner passere, mens den holder andre kemiske ioner tilbage.

3‑kammer elektrochemisk reaktor

Traditionelle elektrokemiske reaktorer til litiumudvinding er designet omkring 2 kamre: det første indeholder den målrettede brønd, og det andet indeholder det udvundne litium.

Ved at tilføje LICGC‑membranen i midten skabte forskerne et mellemliggende tredje kammer, hvor primært kun litium kan passere gennem LICGC.

“Vores felt har længe kæmpet med ineffektiviteten og de miljømæssige påvirkninger ved litiumudvinding. Denne reaktor er et bevis på kraften i at kombinere grundlæggende videnskab med ingeniørmæssig snilde for at løse virkelige problemer.”

Haotian Wang, Rice associate professor of chemical and biomolecular engineering.

Under de tests, som forskerne udførte, opnåede litiumrenhedsgraden 97,5 %. Samtidig var koncentrationerne af Na+, K+, Mg2+ og Ca2+ så lave, at de faldt under forskernes instruments detektionsgrænse.

Endnu vigtigere er den særligt effektiv til at holde chloridionerne væk, hvilket dramatisk reducerer produktionen af klorgas. I stedet for at forbruge meget strøm og skabe skadelige gasser, reagerede kun 6,4 % af den samlede energi med chloridioner i det nye design.

 Alligevel er der nogle problemer, der skal løses

Under deres test bemærkede forskerne en ophobning af natriumioner på LICGC‑membranen. Hvis den ikke kontrolleres, kan denne ophobning påvirke reaktorens effektivitet over tid. Så indtil dette er løst, vil 3‑kammer‑elektroreaktoren ikke være klar til kommerciel storskala implementering.

En af de mulige løsninger, der overvejes, er at forbehandle brønden for at reducere natriumindholdet.

En anden mulighed er at finde specialiserede membranbelægninger, der forhindrer natriumionerne i at binde sig fra starten.

Investering i litium og batteriteknologi

Lithium‑ion‑batterier har allerede ændret verden flere gange, fra at gøre det muligt for folk at bære avanceret elektronik overalt til at drive biler udelukkende med elektricitet.

De kan stadig gøre det igen, eller andre typer batterier, ved at muliggøre et 100 % vedvarende energinet eller ved at muliggøre elektrificering af fly, når en tilstrækkelig høj energitæthed er opnået.

Du kan investere i batterirelaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien samt mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke litium‑ eller batterivirksomheder, kan du også kigge på biotech‑ETF’er som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT) eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, som vil give en mere diversificeret eksponering til at drage fordel af den voksende litium‑ og batteriindustri.

Eller du kan konsultere vores “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Direkte litiumudvinding virksomhed

Rin Tinto

Rio Tinto (RIO ) er en gigant inden for minedrift (verdens næststørste), med en stærk tilstedeværelse inden for jernminedrift samt kobber, aluminium, guld, uran osv.

Rio Tinto udvider hurtigt, især med mega‑jernmineprojektet Simandou i Guinea og kobberminen Oyu Tolgoi, det største projekt i Mongoliets historie.

Det forventes, at Rio Tinto vil levere 25 % af vækstvolumenet i den globale kobberforsyning i de næste 5 år.

For nylig har det foretaget en massiv indtræden i litiumminesektoren med erhvervelsen af litiumgiganten Arcadium Lithium , som selv er resultatet af fusionen i 2023 af de store litiumproducenter Allkem & Livent, hvilket gør den til den tredje største litiumproducent i verden.

Kilde: Arcadium

Fusionen skabte et selskab inden for alle litiumproduktions‑ og forarbejdningstrin. Arcadium har udvidelsesplaner, der skal mere end fordoble kapaciteten inden udgangen af 2028

Arcadium Innovations

DLE

I forbindelse med denne erhvervelse er det, der er blevet beskrevet som “Rio Tin tos rigtige præmie”, Arcadium’s direkte litiumudvindings‑ (DLE) teknologi. Arcadium har faktisk arbejdet med DLE siden 1996, i kombination med fordampningsbassiner, og har for nylig gjort betydelige fremskridt i at gøre den kommercielt levedygtig som en selvstændig udvindingsmetode.

Bemærkelsesværdigt erhvervede Livent ILiAD Technologies i 2023.

“ILiAD Technology Platform kombinerer et overlegen litium‑selektivt adsorbent med kontinuerlig modstrøms‑sengebehandling”

“Livent er verdens førende udøver og største bruger af DLE‑baserede produktionsprocesser, og vi er begejstrede for, at de har anerkendt de fordele, som ILiAD bringer til DLE’s fremtid.”

Det ser ud til, at Arcadium’s langsigtede ekspertise inden for DLE og den “store række af litium‑belastede brønde under en bred vifte af forhold” fra ILiAD var en hovedårsag til Rio Tin tos beslutning om at erhverve Arcadium, ud over dens lave værdi på grund af den cykliske karakter af litiummarkedet.

Selvom elektrokemisk litiumudvinding på lang sigt kan erstatte adsorbent‑baserede metoder, er det også sandsynligt, at erfaring med opskaleret DLE alligevel vil betale sig, hvis dette bliver den primære litiumudvindingsmetode i fremtiden.

Lithium Foil

Arcadium udviklede også LIOVIX, en form for trykbar litiumfolie, der kan bruges til at forbedre batteriydeevne, reducere produktionsomkostninger og mindske litiumforbruget.

Kilde: Arcadium

Rio Tinto’s grønne profil

Arcadium’s erhvervelse placerede Rio Tinto solidt i lejr af innovatører inden for minedrift efter deres innovation i kobberudvinding gennem deres venture Nuton. Nutons nye teknologi muliggør en meget højere kobberudvindingsrate fra udvundet malm.

Rio Tinto’s aluminiumproduktion er lav‑kulstof, takket være vandkraft, der bruges til at raffinere bauxit til alumina og derefter aluminium.

Rio Tinto har også investeret i andre litiumprojekter, for nylig erhvervet Ricon‑projektet i Argentina og det kontroversielle Jadar‑litiumprojekt i Serbien (potentielt det største litiumprojekt i Europa).

På grund af sine nylige erhvervelser og nye projekter bør Rio Tinto i stigende grad betragtes som en jernminer i kernen, med en stadig grønnere profil og stærk vækst i alle de metaller, der kræves af energiovergangen, især kobber, lav‑kulstof aluminium og litium.

Studierreference:

^{1. Feng, Y., Park, Y., Hao, S., Fang, Z., Terlier, T., Zhang, X., Qiu, C., Zhang, S., Chen, F., Zhu, P., Nguyen, Q., Wang, H., & Biswal, S. L. (2024). Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}