Bærekraft

Øke effektiviteten i litium- og mineralutvinning med kunstige liljeblader

mm
Publisert
Oppdatert
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Et alternativ til gruvedrift for mineraler

Når det gjelder å produsere de viktigste mineralene som nærer verdens industrier, finnes det egentlig bare 3 mulige kilder: gruvedrift av berg, resirkulering og rensing av oppløste mineraler. For materialer som jern og aluminium er tradisjonelle gruver de primære leverandørene, med resirkulering som også bidrar.

Imidlertid, for materialer som litium, er en av de viktigste kildene briner, mineralrike vann som må fordampes for å samle mineralene de inneholder. En lignende metode brukes ofte for produksjon av de to viktigste gjødslene: nitrater og kalium.

Denne metoden krever enorme fordampningsdammer som dekker tusenvis av mål, og påfører en tung miljøkostnad på de lokale økosystemene.

Kilde: SQM

Hittil har dette blitt oppnådd ved kun å stole på solens stråler for å varme opp dammene og fordampe vannet. Dette er langt fra en effektiv prosess, og derfor kreves de enorme overflatene.

Dette kan nå endre seg, takket være et nytt materiale som kan øke fordampningshastigheten, utviklet av forskere ved Princeton University i samarbeid med litiumproduksjonsgiganten Sociedad Química y Minera de Chile (SQM ).

De publiserte oppfinnelsen i Nature Water1, under tittelen “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Masseproduksjon av litium

(Ikke så bærekraftig) Grønn energi

Når litium ikke utvinnes fra berg (spodumenforekomster), finnes det for det meste i mineralbriner, blandet med andre salter og oppløste mineraler. Brinen hentes hovedsakelig fra underjordisk vann eller produseres ved å utvanne litium fra mineralrike forekomster med ferskvann.

For øyeblikket er titusenvis av hektar med soldammer i bruk over hele verden for å utvinne litium, hvor Chile har 6 000 hektar (14 800 mål).

Dette legger ekstremt press på vannforsyningen i disse regionene. Forverret blir det av at litiumrike områder vanligvis er ørkener, noe som er grunnen til at litium er konsentrert i økonomisk levedyktige forekomster i utgangspunktet. Derfor kan det begrensede vannet bli helt omdirigert mot litiumindustrien, og sette lokale økosystemer og samfunn i fare.

Energiforbruk

Disse fordampningsdamene er en metode for å utnytte solenergi «gratis». Det er et overlegent alternativ til løsninger som bruker elektrisitet, som mekanisk dampkomprimering eller ultrahøytrykks omvendt osmose.

Selv om de sannsynligvis er mer økologiske, ville disse elektrisitetsbaserte metodene være umulige å implementere i stor skala. For eksempel utnytter de chilenske fordampningsdamene alene 65 TWh solenergi, noe som overstiger 70 % av Chiles totale årlige produksjon (~90 TWh per år).

Et betydelig problem er at, selv om metoden er billig, er fordampningsdammen langt fra effektiv. Mindre enn halvparten av solenergien blir omdannet til termisk energi, som bidrar til fordampning.

Dette er hvor oppfinnelsen til Princeton-forskerne kommer inn.

Gjødsel

Ikke bare litium, men også gjødsel kan produseres gjennom fordampningsdammer. Merk at SQM produserer årlig 1,5 millioner tonn nitratsalter fra caliche-berg og salarbriner.

Kilde: SQM

Dette er en del av en kompleks kjemisk blanding som SQM ekstraherer fra briner, inkludert litiumklorid, kaliumklorid, magnesiumklorid, boretsyre og kaliumsulfat. Kaliumet blandes deretter med den for å danne kaliumnitrat.

Selv om det ikke er en betydelig kilde til gjødsel sammenlignet med direkte gruvedrift eller syntese av nitrogenbaserte gjødsel ved bruk av naturgass (Haber-Bosch-prosessen), er dette en annen miljøpåvirkende produksjonsprosess som kan forbedres med mer effektive fordampningsdammer.

Optimalisering av fordampning

Tidligere oppdagelser

Det nyeste FoU-arbeidet med å øke effektiviteten i fordampningsdammer bygger på tidligere arbeid av de samme forskerne og andre i dette feltet. De hadde arbeidet med fenomenet kalt interfacial solar evaporation (ISE).

Hovedkonseptet i ISE er å bruke et svært lysabsorberende materiale for å fange nesten 100 % av solstrålingen samtidig som det absorberer det salte, mineralrike vannet.

Kilde: ResearchGate

Ekstra fremgang er også gjort for å unngå saltakkumulering og krystallisering, som over tid ville redusere effektiviteten, spesielt salt backflow enhancement, Janus structural designs, og directional crystallization.

Offentlig-privat partnerskap

Dette arbeidet ble gjort som en del av universitetets START Innovators-program. Programmet, en kombinasjon av akademisk stipend og oppstartsakselerator, gjorde det mulig for forskerne å fortsette utviklingen av teknologien mens de laget en forretningsplan og bygde opp tidlige virksomheter.

“Å hjelpe til med å dyrke et økosystem hvor vårt fakultet og våre forskere kan effektivt overføre teknologiene sine til den kommersielle sektoren er en kjernefunksjon i Innovasjonskontoret.”

Craig Arnold – Visedekan for innovasjon og universitetsinnovasjonsansvarlig.

Denne tilnærmingen har som mål å fremskynde overføringen av teknologi fra laboratorieideer til industriell skala og bedre omsette de akademiske forskernes tekniske ferdigheter til praktiske anvendelser.

“Det vi kan gjøre sammen med forskere som professor Ren og hans team er å hjelpe dem med å omdirigere hvordan de tenker på sine idéer. Målet vårt er å radikalt endre deltakernes perspektiver, slik at de forlater programmet med et helt annet syn enn da de startet.

Vi stiller dem komplekse spørsmål som kan ligge utenfor en forskers tradisjonelle ramme, men som er avgjørende for å omsette akademiske innovasjoner til vellykkede resultater.

Nena Golubovic – Direktør for Design for Impact-programmet i vitenskap og ingeniørfag

Dette ser ut til å ha fungert, med teknologien som gikk fra «små prototyper i barnebassenger» til testing av kommersialiseringsklare produkter i mineralproduksjonsanlegg i Sør-Amerika på under 2 år.

“Princeton ga grunnlaget, økosystemet og ressursene som har lært oss ferdighetene og kunnskapen vi trenger for å lykkes som en liten bedrift.”

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

Øke effektiviteten

Mens den forrige prototypen brukte tre som vannbærende materiale, oppfant forskerne tvinnede cellulosefiberkrystallisatorer. Dette gjør det mulig ikke bare rask vannfordampning, men også romlig separert krystallisering for selektiv litiumgjenvinning.

De brukte også proprietære belegg for våre karbonbaserte materialer, som muliggjør rask fordampning, mineralseparasjon og anti-fouling-egenskaper.

Oppstarten Princeton Critical Minerals testet sin første prototype i en ekte litiumfordampningsdam i eierskap av SQM, formet som et liljeblad som flyter på vannoverflaten.

Når den observeres med et termisk kamera, er det tydelig at vannoverflaten er mye varmere, med spesielt varmepunkter i en spesiell sone på det kunstige liljebladet. Designet viste seg i stand til å konvertere 96 % av solenergien til termisk energi, sammenlignet med 50 % effektivitet i åpne dammer.

Dette forbedret samlet sett radikalt fordampningshastigheten, som i gjennomsnitt doblet seg (40–122 % økning avhengig av brinkonsentrasjonene). Det hadde også den effekt at vanntapet til bunnen av dammen ble kraftig redusert, siden prosessen skjedde mye raskere.

Videre forskning

Termisk kameradata viste at den viktigste måten de kunstige liljebladene fungerer på er ved å holde solens varme på overflaten av dammen, hvor den faktisk utfører fordampning, i stedet for på bunnen, hvor varmen går tapt.

Ettersom temperatur påvirker mineralers løselighet, kan ytterligere finjustering av temperaturen på liljebladenes overflate forbedre litiumproduksjonen ytterligere.

“Disse spørsmålene dukket først opp da vi så resultatene fra felttestene. Hvis vi hadde holdt arbeidet vårt i laboratoriet, kunne disse nye retningene aldri ha dukket opp.”

Z. Jason Ren – Professor i sivil- og miljøingeniørfag

Et annet steg vil være å starte masseproduksjon av de kunstige liljebladene og utforske økonomien rundt enheten, samt potensielle langsiktige forretningsmodeller for Princeton Critical Minerals.

Selskaper for litiumfordampning

Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

(SQM )

SQM er det nest største litiumgruveselskapet i verden, med sine eiendeler i Chile, og litium utgjør hoveddelen av selskapets virksomhet. Det er også markedslederen i produksjon av naturlig kaliumnitrat og selger spesialkjemikalier som jod, kaliumklorid, boretsyre og magnesiumklorider.

Kilde: SQM

I april 2023 måtte selskapet konfrontere et tiltak fra Chile som truet med delvis nasjonalisering av landets litiumindustri. Etter den første sjokket klargjorde ytterligere detaljer i planen at landet fortsatt hadde til hensikt å tiltrekke privat utenlandsinvestering.

Mer spesifikt er det nasjonale litiumselskapet Coldeco i ferd med å reforhandle en kontrakt med SQM, og andre litiumforekomster vil bli tilbudt for utnyttelse. Den eksisterende kontrakten vil likevel bli respektert og løpe til 2030.

Fordi forhandlingene pågår, er svært lite informasjon tilgjengelig, og det er vanskelig å forutsi SQMs langsiktige fremtid. Likevel er Chile et land som er sterkt avhengig av gruvedrift for sin økonomi, og den innledende motreaksjonen mot nasjonaliseringsplanene, som påvirker ikke bare tilliten til litium men til all gruvedrift, har tvunget regjeringen til å begrense sine ambisjoner (for nå?).

Trusselen om nasjonalisering ble etterfulgt av et vedvarende fall i internasjonale litiumpriser, noe som har ført til en nedgang i selskapets aksjekurs, ned fra toppnivået ved slutten av 2022.

Lithium had sales volumes growth (+13%), significantly lower year-on-year average sales prices (-41%) in 4Q2024 vs 4Q2023

Som en følge av lave litiumpriser har selskapet i 2024 generert betydelig mer inntekter, proporsjonalt, fra andre produkter enn tidligere, med jod som står for 39 % av bruttofortjenesten.

Kilde: SQM

Dette kan sees enten som en refleksjon av selskapets reelle risiko eller som en mulighet til å tiltrekke investorer som er villige til å ta risikoen og samle en solid utbytteavkastning.

Som for alle litiuminvesteringer vil investorer ønske å være kjent med EV-landskapet (etterspørsel og potensialet for innovativ kjemi som natrium‑ion‑batterier, som ikke bruker litium) og forvente at den høye volatiliteten i litiumpriser vil vedvare i overskuelig fremtid, selv om flere nedside‑risikoer ser ut til å være delvis priset inn.

Du kan lese mer om litium og batterier i våre 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.

Siste nytt om Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

Studier referert til:

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 biochemistforsker som arbeidet med genetisk analyse og kliniske forsøk. Han er nå en aksjeanalytiker og finansforfatter med fokus på innovasjon, markedssykluser og geopolitikk i sin publikasjon The Eurasian Century.