Geothermische Poelen Benutten om aan Onze Lithiumbehoefte te Vervullen

De Zoektocht naar Steeds Meer Lithium

Met de opkomst van elektrische voertuigen (EV’s) is de vraag naar lithium‑ionbatterijen explosief gestegen, net als de behoefte aan lithiumbronnen. Verwacht wordt dat deze vraag exponentieel blijft groeien, waarbij alleen de steilheid van deze curve in twijfel is, afhankelijk van de snelheid van de adoptie van EV’s.

Bron: Statista

Dit heeft problemen veroorzaakt, omdat lithium moeilijk te winnen is. In het verleden leidde dit tot heftige prijsschommelingen, waardoor de inkoopkosten voor batterij- en EV-fabrikanten sterk fluctueerden.

Bron: Carbon Credit

Momenteel wordt lithium voornamelijk gewonnen uit hardsteen of zoute waterbronnen, beide vereisen veel energie- of waterverbruik.

Een alternatief zou zijn om lithium te produceren uit geothermische brines, het water dat in ondergrondse afzettingen wordt gevonden. Dit is echter technisch gezien lastig gebleken.

Dit zou veranderd kunnen zijn dankzij het werk van onderzoekers van de Rice University, die hun resultaten publiceerden in het prestigieuze tijdschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) onder de titel “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine”.

Waar Komt Lithium Vandaan?

Lithium vormt slechts 0,002 % van de aardkorst en wordt zelden aangetroffen in geconcentreerde afzettingen die commercieel rendabel zijn.

Momenteel komen de meeste batterijen en geraffineerd lithium van de wereld uit China. Het mineraal zelf wordt voornamelijk gedolven in de “lithiumdriehoek” (Chili, Argentinië, Bolivia), China en Australië.

Bron: Progress in Natural Science

Dit heeft andere landen ertoe aangezet op zoek te gaan naar alternatieve bronnen, waarbij ondergrondse brines (zout water) een goede kandidaat zijn. Bijvoorbeeld, onlangs werd ontdekt dat Arkansas mogelijk meer lithiumbronnen in brine naast olie‑ en gasafzettingen bevat dan alle eerder bekende lithiumreserves in de VS.

Deze brines bevatten vaak een relatief hoge concentratie lithium. Het probleem is hoe het lithium uit deze brines te winnen, aangezien ze meestal een complexe mix van andere mineralen bevatten.

Omdat deze brines sterk geconcentreerd zijn, wordt directe lithiumwinning (DLE) overwogen als alternatief voor het grote verdampingsbad dat tot nu toe werd gebruikt.

Bron: Euronews

Directe Lithiumwinning (DLE)

Directe winning richt zich op de lithiumatomen via een selectief extractieproces. Dit kan worden bereikt met enkele verschillende methoden:

• Adsorptie‑gebaseerde DLE, waarbij lithium fysiek wordt geadsorbeerd door een speciaal materiaal.
• Ion‑uitwisselings‑gebaseerde DLE, waarbij lithium wordt uitgewisseld tegen kationen (positieve ionen).
• Oplosmiddelinjectie‑gebaseerde DLE, waarbij een organisch vloeibaar oplosmiddel lithium absorbeert en oplost uit de brine.

Bron: Lithium Harvest

Elektrochemische Lithiumwinning

Een andere optie die nog weinig is onderzocht, is elektrochemische lithiumwinning. Het idee is om een krachtige elektrische stroom te gebruiken om het lithium te scheiden van de andere mineralen in de brine.

Zoals gezegd bevatten deze brines veel andere mineralen met vergelijkbare ionengroottes en -ladingen, waaronder magnesium, calcium, natrium en kalium. Dit maakt elke methode die alleen op ioneigenschappen is gebaseerd moeilijk, omdat je het vele malen moet herhalen om uitsluitend lithium te selecteren.

Een alternatief zou kunnen zijn om in plaats daarvan elektrische stroom te gebruiken, maar de brines bevatten vaak veel chloride‑ionen die tijdens traditionele elektrochemische processen kunnen omzetten in uiterst giftig chloorgas bij het isoleren van lithium.

Chloorgas, ook wel halogeen genoemd, werd opvallend gebruikt als gevechtsgas tijdens de Eerste Wereldoorlog. Het probleem van de productie ervan tijdens elektrochemische lithiumwinning heeft deze technologie echter tot nu toe belemmerd om commercieel te worden toegepast.

Batterytechnologie Gebruiken voor Lithiumwinning

Paradoxaal genoeg kunnen innovaties in batterijtechnologie helpen het probleem van lithiumwinning voor diezelfde batterijen op te lossen. De onderzoekers van de Rice University gebruikten een nieuw ontwikkelde lithium‑ion geleidend glas‑keramisch (LICGC) membraan, een technologie die vaak in batterijen wordt gebruikt maar nog nooit eerder op lithiumverwerking werd toegepast. LICGC is een vast elektrolytisch materiaal dat een goede kandidaat is voor de bouw van solid‑state batterijen.

Het membraan is zeer effectief in het selectief laten passeren van alleen lithiumionen, terwijl het ionen van andere chemicaliën tegenhoudt.

3‑Kamers Elektrochemische Reactor

Traditionele elektrochemische reactoren voor lithiumwinning zijn ontworpen rond 2 kamers: de eerste bevat de doelbrine, en de tweede bevat het geëxtraheerde lithium.

Door het LICGC‑membraan in het midden toe te voegen, creëerden de onderzoekers een tussenliggende derde kamer, waar voornamelijk alleen lithium door het LICGC kan passeren.

“Ons vakgebied worstelt al lange tijd met de inefficiënties en milieueffecten van lithiumwinning. Deze reactor is een bewijs van de kracht van het combineren van fundamentele wetenschap met ingenieuze engineering om problemen uit de echte wereld op te lossen.”
Haotian Wang, associate professor chemische en biomoleculaire techniek aan Rice.

Tijdens de tests die de onderzoekers uitvoerden, bereikte de lithiumzuiverheid 97,5 %. Ondertussen waren de concentraties van Na⁺, K⁺, Mg²⁺ en Ca²⁺ zo laag dat ze onder de detectielimiet van de instrumenten van de onderzoekers vielen.

Belangrijker nog, het is bijzonder efficiënt in het weren van chloride‑ionen, waardoor de productie van chloorgas drastisch wordt verminderd. In plaats van veel energie te verbruiken en schadelijke gassen te creëren, reageerde slechts 6,4 % van de totale energie met chloride‑ionen in het nieuwe ontwerp.

 Toch Moeten Enkele Problemen Worden Opgelost

Tijdens hun tests merkten de onderzoekers een ophoping van natriumionen op het LICGC‑membraan op. Als dit onbehandeld blijft, kan die ophoping de efficiëntie van de reactor na verloop van tijd beïnvloeden. Dus totdat dit is opgelost, zal de 3‑kamer elektrochemische reactor niet klaar zijn voor commerciële grootschalige inzet.

Een van de mogelijkheden die werd overwogen om het probleem op te lossen, is het voorbehandelen van de brine om het natriumgehalte te verlagen.

Een andere optie zou zijn om gespecialiseerde membraancoatings te vinden die voorkomen dat natriumionen zich in eerste instantie hechten.

Investeren in Lithium en Batterijtechnologie

Lithium‑ionbatterijen hebben de wereld al meerdere keren veranderd, van het mogelijk maken dat mensen overal geavanceerde elektronica kunnen meenemen tot het aandrijven van auto’s uitsluitend met elektriciteit.

Ze zouden dit nogmaals kunnen doen, of andere soorten batterijen, door een 100 % hernieuwbaar stroomnet mogelijk te maken of door vliegtuig‑elektrificatie te realiseren wanneer een voldoende hoge energiedichtheid wordt bereikt.

U kunt investeren in batterijgerelateerde bedrijven via vele brokers, en u kunt hier, op securities.io, onze aanbevelingen vinden voor de beste brokers in de VS, Canada, Australië, het VK, evenals vele andere landen.

Als u niet geïnteresseerd bent in het selecteren van specifieke lithium‑ of batterijbedrijven, kunt u ook kijken naar biotech‑ETF’s zoals Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), of de WisdomTree (WT ) Battery Solutions UCITS ETF, die een meer gediversifieerde blootstelling bieden om te profiteren van de groeiende lithium‑ en batterijindustrie.

Of u kunt ons “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks” raadplegen.

Directe Lithiumwinning Bedrijf

Rio Tinto

Rio Tinto (RIO ) is een gigant in de mijnbouwindustrie (de op één na grootste ter wereld), met een sterke aanwezigheid in ijzerwinning, evenals koper, aluminium, goud, uranium, enz.

Rio Tinto breidt snel uit, met name met het megamijnproject Simandou in Guinee en de Oyu Tolgoi kopermijn, het grootste project in de geschiedenis van Mongolië.

Er wordt verwacht dat Rio Tinto 25 % van de groeivolumes in de wereldwijde koperlevering zal leveren in de komende 5 jaar.

Recentelijk heeft het een enorme entree gemaakt in de lithiummijnsector, met de overname van lithiumgigant Arcadium Lithium , zelf het resultaat van de fusie in 2023 van grote lithiumproducenten Allkem & Livent, waardoor het de derde grootste lithiumproducent ter wereld is.

Bron: Arcadium

De fusie creëerde een bedrijf dat alle stappen van lithiumproductie en -verwerking omvat. Arcadium heeft uitbreidingsplannen om de capaciteit tegen eind 2028 meer dan te verdubbelen.

Arcadium Innovations

DLE

Met betrekking tot deze overname wordt wat wordt beschreven als “Rio Tinto’s echte troef” de directe lithiumwinning (DLE) technologie van Arcadium genoemd. Arcadium werkt al sinds 1996 aan DLE, in combinatie met verdampingspoelen, en heeft recent aanzienlijke vooruitgang geboekt om het commercieel levensvatbaar te maken als een zelfstandige extractiemethode.

Opmerkelijk is dat Livent ILiAD Technologies in 2023 heeft overgenomen.

“ILiAD Technology Platform combineert een superieure lithium‑selectieve adsorbent met continue tegenstroombedverwerking”
“Livent is ‘s werelds toonaangevende beoefenaar en grootste gebruiker van DLE‑gebaseerde productieprocessen, en we zijn verheugd dat ze de voordelen die ILiAD biedt voor de toekomst van DLE hebben erkend.”

Het lijkt erop dat de langdurige expertise van Arcadium met DLE, en het “uitgebreide scala aan lithiumrijke brines onder diverse omstandigheden” van ILiAD, een belangrijke reden waren voor de beslissing van Rio Tinto om Arcadium over te nemen, naast de lage waardering vanwege de cyclische aard van de lithiummarkten.

Hoewel op de lange termijn elektrochemische lithiumwinning adsorptie‑gebaseerde methoden kan vervangen, is het ook waarschijnlijk dat ervaring met opgeschaalde DLE zich zal uitbetalen als dit de belangrijkste lithiumwinningmethode in de toekomst wordt.

Lithium Foil

Arcadium heeft ook LIOVIX ontwikkeld, een vorm van printbaar lithiumfolie die kan worden gebruikt om de batterijprestaties te verbeteren, de productiekosten te verlagen en het lithiumverbruik te verminderen.

Bron: Arcadium

Rio Tinto’s Groene Profiel

De overname van Arcadium heeft Rio Tinto stevig in de gelederen van innovatieve mijnbouwbedrijven geplaatst na haar innovatie in koperwinning via haar onderneming Nuton. De nieuwe technologie van Nuton maakt een veel hogere koperwinningsratio uit gedolven erts mogelijk.

De aluminiumproductie van Rio Tinto is koolstofarm, dankzij het gebruik van waterkracht om bauxiet te raffineren tot alumina en vervolgens aluminium.

Rio Tinto heeft ook geïnvesteerd in andere lithiumprojecten, recentelijk de Ricon‑project in Argentinië verworven en het controversiële Jadar‑lithiumproject in Servië (mogelijk het grootste lithiumproject in Europa).

Door de recente overnames en nieuwe projecten moet Rio Tinto steeds meer worden gezien als een ijzermijnbedrijf in de kern, met een steeds groener profiel en sterke groei in alle metalen die nodig zijn voor de energietransitie, met name koper, koolstofarm aluminium en lithium.

Studieverwijzing:

^{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}