Utnytte geotermiske bassenger for å dekke vårt litiumbehov

Jakten på stadig mer litium

Med økningen av elbiler har etterspørselen etter litium‑ion‑batterier eksplodert, i likhet med behovet for litiumressurser. Denne etterspørselen forventes å fortsette å vokse eksponentielt, med kun brattheten på kurven som usikker, avhengig av hastigheten på adopsjonen av elbiler.

Kilde: Statista

Dette har forårsaket problemer, da litium er vanskelig å utvinne. Tidligere har dette ført til ville prisvariasjoner, som har gjort at inngangskostnadene har svingt kraftig for batteri- og elbilprodusenter.

Kilde: Carbon Credit

I dag produseres litium hovedsakelig fra hard bergart eller salte vannbrønner, som begge krever mye energi eller vannforbruk.

Et alternativ ville være å produsere litium fra geotermiske brønner, vannet som finnes i underjordiske avsetninger. Dette har imidlertid vært vanskelig fra et teknisk ståsted.

Dette kan ha endret seg takket være arbeidet til forskere ved Rice University, som publiserte sine resultater i den prestisjefylte publikasjonen PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) under tittelen “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine”.

Hvor kommer litium fra?

Litium utgjør kun 0.002 % av jordens skorpe og finnes sjelden i konsentrerte forekomster som er kommersielt levedyktige.

I dag kommer de fleste av verdens batterier og raffinert litium fra Kina. Selve mineralet utvinnes hovedsakelig i «litiumtriangelet» (Chile, Argentina, Bolivia), Kina og Australia.

Kilde: Progress in Natural Science

Dette har fått andre land til å lete etter alternative kilder, med underjordiske brønner (saltvann) som en god kandidat. For eksempel ble det nylig oppdaget at Arkansas kan inneholde flere litiumressurser i brønnene som finnes ved siden av olje‑ og gassforekomster enn alle de tidligere kjente litiumreservene i USA.

Disse brønnene inneholder ofte en relativt høy konsentrasjon av litium. Problemet er hvordan man skal utvinne litiumet fra disse brønnene, da de vanligvis også inneholder en kompleks blanding av andre mineraler.

Fordi disse brønnene er svært konsentrerte, vurderes direkte litiumutvinning (DLE) som et alternativ til den store fordampningsbassenget som har blitt brukt hittil.

Kilde: Euronews

Direkte litiumutvinning

Direkte utvinning retter seg mot litiumatomene gjennom en selektiv utvinningsprosess. Dette kan oppnås gjennom noen forskjellige metoder:

• Adsorpsjonsbasert DLE, hvor litium fysisk absorberes av et dedikert materiale.
• Ionbyttebasert DLE, hvor litium byttes mot kationer (positive ioner).
• Løsningsmiddelekstraksjonsbasert DLE, hvor et organisk væskeoppløsningsmiddel absorberer og løser opp litium fra brønnen.

Kilde: Lithium Harvest

Elektrokjemisk litiumutvinning

Et annet alternativ som ikke har blitt utforsket mye, er elektrokjemisk litiumutvinning. Ideen er å bruke en kraftig elektrisk strøm for å skille litium fra de andre mineralene i brønnen.

Som vi nevnte, inneholder disse brønnene mange andre mineraler med lignende ionestørrelser og ladninger, inkludert magnesium, kalsium, natrium og kalium. Dette gjør enhver metode basert på ionegenskaper vanskelig, da man må gjenta prosessen mange ganger for å kun velge litium.

Alternativet kan være å bruke elektrisk strøm i stedet, men brønnene inneholder ofte mange kloridioner som kan omdannes til ekstremt giftig klorgass under tradisjonelle elektrokjemiske prosesser for å isolere litium.

Klor gass, også kjent som halogen, ble bemerkelsesverdig brukt som kjemisk våpen under første verdenskrig. Imidlertid har problemet med dens produksjon under elektrokjemisk litiumutvinning så langt hindret at denne teknologien kan brukes kommersielt.

Bruke batteriteknologi for litiumutvinning

Paradoxalt nok kan innovasjoner innen batteriteknologi bidra til å løse problemet med litiumutvinning for de samme batteriene. Forskerne ved Rice University brukte en nyutviklet litium‑ion‑ledende glass‑keramisk (LICGC) membran, en teknologi som ofte brukes i batterier, men som aldri før har blitt anvendt på litiumbehandling. LICGC er et fast elektrolyttmateriale som er en god kandidat for bygging av fast‑stoff‑batterier.

Membranen er svært effektiv i å selektivt la kun litiumioner passere mens den holder tilbake ionene fra de andre kjemikaliene.

3‑kammer elektrokjemisk reaktor

Tradisjonelle elektrokjemiske reaktorer for litiumutvinning er designet med to kamre: den første inneholder den målrettede brønnen, og den andre inneholder det utvunnede litiumet.

Ved å legge til LICGC‑membranen i midten, skapte forskerne et mellomliggende tredje kammer, hvor hovedsakelig kun litium kan passere gjennom LICGC.

«Vårt felt har lenge slitt med ineffektiviteten og de miljømessige konsekvensene av litiumutvinning. Denne reaktoren er et bevis på kraften i å kombinere grunnleggende vitenskap med ingeniørmessig oppfinnsomhet for å løse virkelige problemer.»

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

Under testene utført av forskerne oppnådde litiumrenhetsgraden 97,5 %. Samtidig var konsentrasjonene av Na⁺, K⁺, Mg²⁺ og Ca²⁺ så lave at de lå under deteksjonsgrensen for forskernes instrumenter.

Enda viktigere er at den er spesielt effektiv til å holde kloridionene borte, noe som dramatisk reduserer produksjonen av klorgass. I stedet for å bruke mye strøm og skape skadelige gasser, reagerte kun 6,4 % av den totale energien med kloridioner i den nye designen.

Likevel må noen problemer løses

Under testingen oppdaget forskerne en opphopning av natriumioner på LICGC‑membranen. Hvis dette ikke kontrolleres, kan opphopningen påvirke reaktorens effektivitet over tid. Så inntil dette er løst, vil 3‑kammer‑elektrokjemisk reaktor ikke være klar for kommersiell skala.

En av mulighetene som ble vurdert for å løse problemet, er å forbehandle brønnen for å redusere natriuminnholdet.

En annen mulighet er å finne spesialiserte membranbelegg som hindrer natriumionene i å feste seg i utgangspunktet.

Investere i litium og batteriteknologi

Litium‑ion‑batterier har allerede endret verden flere ganger, fra å la folk bære avansert elektronikk overalt til å drive biler kun med elektrisitet.

De kan fortsatt gjøre det igjen, eller andre batterityper, ved å muliggjøre et 100 % fornybart strømnett eller ved å elektrifisere fly når de oppnår tilstrekkelig energitetthet.

Du kan investere i batterirelaterte selskaper gjennom mange meglere, og du kan her, på securities.io, finne våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia, samt mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke litium‑ eller batteriselskaper, kan du også se på biotech‑ETF‑er som Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X sin Lithium & Battery Tech ETF (LIT), eller WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, som gir en mer diversifisert eksponering for å dra nytte av den voksende litium‑ og batteribransjen.

Eller du kan konsultere vår «Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks».

Selskap for direkte litiumutvinning

Rin Tinto

Rio Tinto (RIO ) er en gigant i gruveindustrien (verdens nest største), med en sterk tilstedeværelse innen jernutvinning, samt kobber, aluminium, gull, uran, osv.

Rio Tinto ekspanderer raskt, spesielt med det enorme jerngruvedriften Simandou i Guinea og Oyu Tolgoi kobbergruve, det største prosjektet i Mongolias historie.

Det forventes at Rio Tinto vil levere 25 % av vekstvolumene i den globale kobberforsyningen de neste fem årene.

Nylig har selskapet gjort et stort inntog i litiumgruvedriften, med oppkjøpet av litiumgiganten Arcadium Lithium , som selv er resultatet av fusjonen i 2023 mellom de store litiumprodusentene Allkem og Livent, og gjør det til den tredje største litiumprodusenten i verden.

Kilde: Arcadium

Fusjonen skapte et selskap som dekker alle trinn i litiumproduksjon og -behandling. Arcadium har ekspansjonsplaner for å mer enn doble kapasiteten innen slutten av 2028.

Arcadium Innovations

DLE

Når det gjelder dette oppkjøpet, har det som er beskrevet som «Rio Tintos virkelige premie» vært Arcadium sin direkte litiumutvinnings‑ (DLE) teknologi. Arcadium har faktisk arbeidet med DLE siden 1996, i kombinasjon med fordampningsbassenger, og har nylig gjort betydelige fremskritt for å gjøre den kommersielt levedyktig som en frittstående utvinningsmetode.

Merkbart, Livent kjøpte ILiAD Technologies i 2023.

«ILiAD Technology Platform kombinerer et overlegen litium‑selektivt adsorbent med kontinuerlig motstrøms‑sengebehandling»

«Livent er verdens ledende utøver og største bruker av DLE‑baserte produksjonsprosesser, og vi er begeistret for at de har anerkjent fordelene ILiAD bringer til fremtiden for DLE.»

Det ser ut til at Arcadium sin langsiktige ekspertise med DLE, og det «store spekteret av litiumrike brønner under et bredt spekter av forhold» fra ILiAD, var en hovedgrunn til Rio Tintos beslutning om å kjøpe Arcadium, i tillegg til den lave verdsettelsen på grunn av den sykliske naturen i litiummarkedene.

Selv om elektrokjemisk litiumutvinning på lang sikt kan erstatte adsorpsjonsbaserte metoder, er det også sannsynlig at erfaring med oppskalert DLE vil lønne seg dersom dette blir den viktigste litiumutvinningsmetoden i fremtiden.

Litiumfolie

Arcadium utviklet også LIOVIX, en form for trykkbar litiumfolie som kan brukes til å forbedre batteriytelsen, redusere produksjonskostnader og redusere litiumforbruket.

Kilde: Arcadium

Rio Tintos grønne profil

Arcadiums oppkjøp plasserte Rio Tinto solidt i leiren av innovatører innen gruveindustrien etter deres innovasjon i kobberutvinning gjennom deres satsning Nuton. Nutons nye teknologi gjør det mulig å oppnå en mye høyere kobberutvinningsgrad fra utvunnet malm.

Rio Tintos aluminiumproduksjon er lavkarbon, takket være vannkraft som brukes til å raffinere bauksitt til alumina og deretter aluminium.

Rio Tinto har også investert i andre litiumprosjekter, nylig kjøpt Ricon‑prosjektet i Argentina og det kontroversielle Jadar‑litiumprosjektet i Serbia (potensielt det største litiumprosjektet i Europa).

På grunn av sine nylige oppkjøp og nye prosjekter bør Rio Tinto i økende grad bli sett på som en jerngruvedrift i kjernen, med en stadig grønnere profil og sterk vekst i alle metaller som kreves av energiomstillingen, spesielt kobber, lavkarbon aluminium og litium.

Studierreferanse:

^{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}