Utnyttja geotermiska pooler för att möta vårt litiumbehov

Jakten på allt mer litium

Med ökningen av elbilar har efterfrågan på litiumjonbatterier exploderat, likaså behovet av litiumresurser. Man förväntar sig att denna efterfrågan fortsätter växa exponentiellt, där endast brantheten på kurvan är osäker och beror på hastigheten i elbilsadoptionen.

Källa: Statista

Detta har skapat problem, eftersom litium är svårt att extrahera. Tidigare har detta lett till vilda prisfluktuationer, vilket har gjort att insatskostnaderna för batteri- och elbilstillverkare varierat kraftigt.

Källa: Carbon Credit

För närvarande produceras litium mest från hårda bergarter eller salta vattenbrunnar, vilka båda kräver mycket energi eller vattenförbrukning.

Ett alternativ skulle vara att producera litium från geotermiska brunnar, vattnet som finns i underjordiska avlagringar. Detta har dock varit tekniskt knepigt.

Det kan ha förändrats tack vare forskarnas arbete vid Rice University, som publicerade sina resultat i den prestigefyllda tidskriften PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) under titeln “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine¹”.

Var kommer litium ifrån?

Litium utgör endast 0,002 % av jordens skorpa och finns sällan i koncentrerade avlagringar som är kommersiellt lönsamma.

För närvarande kommer de flesta av världens batterier och raffinerade litium från Kina. Själva mineralen bryts främst i “litiumtriangeln” (Chile, Argentina, Bolivia), Kina och Australien.

Källa: Progress in Natural Science

Detta har fått andra länder att söka alternativa källor, där underjordiska brunnar (saltvatten) är ett bra kandidat. Till exempel har man nyligen upptäckt att Arkansas kan innehålla fler litiumresurser i brunnsvatten intill olja‑ och gasfyndigheter än alla tidigare kända litiumreserver i USA.

Dessa brunnar innehåller ofta en relativt hög koncentration av litium. Problemet är hur man extraherar litium från dessa brunnar, eftersom de vanligtvis också innehåller en komplex blandning av andra mineraler.

Eftersom dessa brunnar är starkt koncentrerade övervägs direkt litiumextraktion (DLE) som ett alternativ till den stora avdunstningsbassängen som hittills använts.

Källa: Euronews

Direkt litiumextraktion

Direkt extraktion riktar in sig på litiumatomerna genom en selektiv extraktionsprocess. Detta kan uppnås genom några olika metoder:

• Adsorptionsbaserad DLE, där litium fysiskt absorberas av ett dedikerat material.
• Jonbytesbaserad DLE, där litium byts ut mot katjoner (positiva joner).
• Lösningsmedelsbaserad DLE, där ett organiskt lösningsmedel absorberar och löser upp litium från brunnsvattnet.

Källa: Lithium Harvest

Elektrokemisk litiumextraktion

Ett annat alternativ som ännu inte har utforskats mycket är elektrokemisk litiumextraktion. Idén är att använda en kraftfull elektrisk ström för att separera litium från de andra mineralerna i brunnsvattnet.

Som vi nämnde innehåller dessa brunnar många andra mineraler med liknande jonstorlekar och laddningar, inklusive magnesium, kalcium, natrium och kalium. Detta gör alla metoder som enbart bygger på jonegenskaper svåra, eftersom man måste upprepa processen många gånger för att selektivt välja bara litium.

Ett alternativ kan vara att använda elektrisk ström istället, men brunnsvattnet innehåller ofta många kloridjoner som kan omvandlas till extremt giftig klorgas under traditionella elektrokemiska processer för att isolera litium.

Klor gas, även känd som halogen, användes särskilt som stridsgas under första världskriget. Problemet med dess produktion under elektrokemisk litiumextraktion har hittills hindrat tekniken från att bli kommersiellt använd.

Använda batteriteknik för litiumextraktion

Paradoxalt nog kan innovationer inom batteriteknik hjälpa till att lösa problemet med litiumextraktion för just de batterier som kräver den. Rice‑universitetets forskare använde ett nyutvecklat litium‑jon‑ledande glas‑keramisk (LICGC) membran, en teknik som ofta används i batterier men aldrig tidigare applicerats på litiumbehandling. LICGC är ett fast elektrolytmaterial som är ett bra kandidat för konstruktion av fast‑tillståndsbatterier.

Membranet är mycket effektivt för att selektivt låta endast litiumjoner passera medan det hindrar joner från andra kemikalier.

3‑kammars elektrokemisk reaktor

Traditionella elektrokemiska reaktorer för litiumextraktion är designade med två kammare: den första innehåller den målade brunnen, och den andra innehåller det extraherade litiumet.

Genom att lägga till LICGC‑membranet i mitten skapade forskarna en mellankammare, där i huvudsak endast litium kan passera genom LICGC.

“Vårt område har länge kämpat med ineffektivitet och miljöpåverkan vid litiumextraktion. Denna reaktor är ett bevis på kraften i att kombinera grundläggande vetenskap med ingenjörskonst för att lösa verkliga problem.”

Haotian Wang, associerad professor i kemisk och biomolekylär ingenjörskonst vid Rice.

Under de tester som forskarna utförde nådde litiumrenheten 97,5 %. Samtidigt var koncentrationerna av Na⁺, K⁺, Mg²⁺ och Ca²⁺ så låga att de föll under detektionsgränsen för forskarnas instrument.

Viktigare är att den är särskilt effektiv för att hålla bort kloridjonerna, vilket dramatiskt minskar produktionen av klorgas. Istället för att förbruka mycket energi och skapa skadliga gaser, reagerade endast 6,4 % av den totala energin med kloridjoner i den nya konstruktionen.

 Ändå finns vissa problem som måste åtgärdas

Under sina tester märkte forskarna en ansamling av natriumjoner på LICGC‑membranet. Om detta inte kontrolleras kan ansamlingen påverka reaktorns effektivitet över tid. Så tills detta är löst kommer 3‑kammars‑reaktorn inte vara redo för kommersiell storskalig drift.

En av de möjliga lösningarna som övervägs är att förbehandla brunnsvattnet för att minska natriuminnehållet.

En annan möjlighet är att hitta specialiserade membranbeläggningar som hindrar natriumjonerna från att fästa sig från början.

Investera i litium och batteriteknik

Litiumjonbatterier har redan förändrat världen flera gånger, från att låta människor bära avancerad elektronik överallt till att driva bilar med enbart el.

De kan fortfarande göra det igen, eller andra typer av batterier, genom att möjliggöra ett 100 % förnybart elnät eller möjliggöra elektrifiering av flygplan när en tillräckligt hög energitäthet uppnås.

Du kan investera i batterirelaterade företag via många mäklare, och du kan här på securities.io hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.

Om du inte är intresserad av att välja specifika litium‑ eller batteriföretag kan du också titta 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 (WT ), som ger en mer diversifierad exponering för att kapitalisera på den växande litium‑ och batteriindustrin.

Eller så kan du konsultera vår “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Företag för direkt litiumextraktion

Rin Tinto

Rio Tinto (RIO ) är en gigant inom gruvindustrin (världens näst största), med stark närvaro inom järnmalmsbrytning samt koppar, aluminium, guld, uran med mera.

Rio Tinto expanderar snabbt, särskilt med det mega‑järnmalmsprojektet Simandou i Guinea och Oyu Tolgoi‑koppargruvan, det största projektet i Mongoliets historia.

Rio Tinto förväntas stå för 25 % av tillväxtvolymerna i den globala kopparförsörjningen de kommande fem åren.

På senare tid har de gjort ett massivt intrång i litiumgruvsektorn, med förvärvet av litiumjätten Arcadium Lithium , som i sin tur är resultatet av sammanslagningen 2023 av de stora litiumproducenterna Allkem & Livent, vilket gör dem till den tredje största litiumproducenten i världen.

Källa: Arcadium

Sammanslagningen skapade ett företag som omfattar alla steg i litiumproduktion och -bearbetning. Arcadium har expansionsplaner för att mer än dubbla kapaciteten senast 2028.

Arcadium Innovations

DLE

När det gäller detta förvärv har det som beskrivits som “Rio Tintos verkliga pris” Arcadiums teknik för direkt litiumextraktion (DLE). Arcadium har faktiskt arbetat med DLE sedan 1996, i kombination med avdunstningsbassänger, och har nyligen gjort betydande framsteg för att göra den kommersiellt livskraftig som en fristående extraktionsmetod.

Noterbart är att Livent förvärvade ILiAD Technologies 2023.

“ILiAD Technology Platform kombinerar ett överlägset litiumselektivt adsorbent med kontinuerlig motströmsbäddbearbetning”

“Livent är världens främsta praktiker och största användare av DLE‑baserade produktionsprocesser, och vi är glada att de har erkänt de fördelar som ILiAD för med sig för DLE:s framtid.”

Det verkar som att Arcadiums långsiktiga expertis inom DLE, och det “omfattande spektrumet av litiumrika brunnar under en mängd olika förhållanden” hos ILiAD, var en huvudorsak till Rio Tintos beslut att förvärva Arcadium, utöver dess låga värdering på grund av den cykliska naturen på litiummarknaden.

På lång sikt kan elektrokemisk litiumextraktion ersätta adsorptionsbaserade metoder, men det är också sannolikt att erfarenheten av uppskalad DLE ändå kommer att löna sig om detta blir den huvudsakliga litiumextraktionsmetoden i framtiden.

Litiumfolie

Arcadium har även utvecklat LIOVIX, en form av tryckbar litiumfolie som kan användas för att förbättra batteriprestanda, minska tillverkningskostnader och reducera litiumförbrukning.

Källa: Arcadium

Rio Tintos gröna profil

Arcadiums förvärv placerade Rio Tinto stadigt i gruppen av gruvindustrins innovatörer efter deras innovation inom kopparutvinning genom deras satsning Nuton. Nutons nya teknik möjliggör en mycket högre återvinningsgrad av koppar från brytna malmer.

Rio Tintos aluminiumproduktion är lågenergi, tack vare att vattenkraft används för att raffinera bauxit till alumina och sedan aluminium.

Rio Tinto har också investerat i andra litiumprojekt, nyligen förvärvat Ricon‑projektet i Argentina och det kontroversiella Jadar‑litiumprojektet i Serbien (möjligen det största litiumprojektet i Europa).

På grund av sina senaste förvärv och nya projekt bör Rio Tinto i allt högre grad ses som en järnbruksgruvare i kärnan, med en allt grönare profil och stark tillväxt i alla metaller som krävs för energitransitionen, särskilt koppar, lågenergi‑aluminium och litium.

Studierreferens:

^{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}