Pagpapahusay ng Pagkuha ng Litiyo at mga Mineral Gamit ang Artipisyal na Lily Pad

Isang Alternatibo sa Pagmimina ng mga Mineral

Pagdating sa paggawa ng mga pangunahing mineral na kinakailangan ng mga industriya sa buong mundo, talagang may tatlong posibleng pinagmumulan lamang: pagmimina ng mga bato, pag-recycle, at paglilinis ng natunaw na mga mineral. Para sa mga materyales tulad ng bakal at aluminyo, ang tradisyonal na minahan ang pangunahing tagapagtustos, kung saan ang pag-recycle ay nagbibigay din ng ambag.

Gayunpaman, para sa mga materyales tulad ng litiyo, isa sa mga pangunahing pinagmumulan ay ang mga brine, mga tubig na mayaman sa mineral na kailangang i-evaporate upang makuha ang mga mineral na nilalaman nito. Katulad na pamamaraan ang madalas gamitin sa paggawa ng dalawang pinakamahalagang pataba: nitrato at potasa.

Ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng napakalaking mga lawa ng pag-evaporate na sumasaklaw ng libu-libong ektarya, na nagdudulot ng mabigat na gastusin sa kapaligiran sa mga lokal na ekosistema.

Pinagmulan: SQM

Sa ngayon, ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pag-asa lamang sa mga sinag ng Araw upang painitin ang mga lawa at i-evaporate ang tubig. Malayo ito sa pagiging epektibo, kaya’t kinakailangan ang napakalawak na mga ibabaw.

Maaaring magbago ito, salamat sa isang bagong materyal na maaaring pabilisin ang pag-evaporate, na binuo ng mga mananaliksik sa Princeton University at sa pakikipagtulungan sa higanteng tagagawa ng litiyo na Sociedad Química y Minera de Chile (SQM ).

Inilathala nila ang kanilang imbensyon sa Nature Water¹, sa pamagat na “Interfacial solar evaporation for sustainable brine mining”.

Mass na Produksyon ng Litiyo

(Hindi Ganap na Napapanatiling) Luntiang Enerhiya

Kapag hindi kinukuha mula sa mga bato (mga deposito ng spodumen), ang litiyo ay kadalasang matatagpuan sa mga mineral na brine, na halo ng iba pang mga asin at natunaw na mga mineral. Ang brine ay kadalasang kinukuha mula sa mga ilalim-ng-lupa na tubig o nililikha sa pamamagitan ng pag-leach ng litiyo mula sa mga deposito na mayaman sa mineral gamit ang sariwang tubig.

Sa kasalukuyan, sampu-sampung libong ektarya ng mga solar pond ang ginagamit sa buong mundo para sa pagkuha ng litiyo, kung saan ang Chile ay may 6,000 ektarya (14,800 ektarya).

Ang pamamaraang ito ay nagdudulot ng matinding presyon sa suplay ng tubig ng mga rehiyong ito. Lalo pang pinalalala ang sitwasyon dahil ang mga lugar na mayaman sa litiyo ay karaniwang mga disyerto, kaya’t ang litiyo ay nakasentro sa mga ekonomikong kapaki-pakinabang na deposito. Dahil dito, ang limitadong tubig na magagamit ay maaaring ilaan nang lubusan sa industriya ng litiyo, na naglalagay sa panganib sa mga lokal na ekosistema at komunidad.

Pagkonsumo ng Enerhiya

Ang mga lawa ng pag-evaporate ay isang paraan upang gamitin ang enerhiyang solar “libre”. Ito ay mas mainam kaysa sa mga alternatibo na gumagamit ng kuryente, tulad ng mekanikal na vapor compression o ultrahigh-pressure reverse osmosis.

Bagaman mas ekologikal, ang mga pamamaraang batay sa kuryente ay imposibleng ipatupad sa malawakang sukat. Halimbawa, ang mga Chilean na lawa ng pag-evaporate ay kumukuha ng 65 TWh ng enerhiyang solar, na lagpas sa 70% ng kabuuang taunang produksyon ng Chile (~90 TWh bawat taon).

Isang mahalagang suliranin ay kahit na ito ay mura, ang pamamaraan ng lawa ng pag-evaporate ay hindi epektibo. Mas mababa sa kalahati ng enerhiyang solar ang napapabilang sa thermal energy, na nag-aambag sa pag-evaporate.

Dito pumapasok ang imbensyon ng mga mananaliksik ng Princeton.

Pataba

Hindi lamang litiyo kundi pati mga pataba ay maaaring gawin sa pamamagitan ng mga lawa ng pag-evaporate. Kapansin-pansin, SQM ay gumagawa taun-taon ng 1.5 milyong tonelada ng nitrate salts mula sa caliche ore at salar brines.

Pinagmulan: SQM

Ito ay bahagi ng isang komplikadong kemikal na halo na inihahango ng SQM mula sa mga brine, kabilang ang lithium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, boric acid, at potassium sulfate. Ang potassium ay pagkatapos ay hinahalo upang mabuo ang potassium nitrate.

Bagaman hindi ito isang mahalagang pinagkukunan ng pataba kumpara sa direktang pagmimina o sa pagsasagawa ng nitrogen-based na pataba gamit ang natural gas (proseso ng Haber-Bosch), ito ay isa pang proseso ng produksyon na may malaking epekto sa kapaligiran na maaaring mapabuti sa pamamagitan ng mas epektibong mga lawa ng pag-evaporate.

Pagsasaayos ng Pag-evaporate

Mga Nakaraang Diskubre

Ang pinakabagong gawain ng R&D sa pagpapabuti ng kahusayan ng mga lawa ng pag-evaporate ay nakabatay sa mga naunang pag-aaral ng parehong mga mananaliksik at iba pa sa larangang ito. Sila ay nagtrabaho sa phenomenon na tinatawag na interfacial solar evaporation (ISE).

Ang pangunahing konsepto ng ISE ay gamitin ang isang materyal na lubos na sumisipsip ng liwanag upang mahuli halos 100% ng radyasyon ng araw habang sumisipsip din ng maalat at mayaman sa mineral na tubig.

Pinagmulan: ResearchGate

May karagdagang pag-unlad din upang maiwasan ang pag-ipon ng asin at kristalisasyon, na magpapababa ng kahusayan sa paglipas ng panahon, partikular na salt backflow enhancement, Janus structural designs, at directional crystallization.

Isang Pampublikong-Pribatong Pakikipagtulungan

Ang gawaing ito ay isinagawa bilang bahagi ng START Innovators program ng Unibersidad. Ang programa, na kombinasyon ng akademikong fellowship at startup accelerator, ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na ipagpatuloy ang pag-develop ng kanilang teknolohiya habang lumilikha ng plano sa negosyo at nagtatayo ng mga unang yugto ng mga kumpanya.

“Ang pagtulong sa paglinang ng isang ekosistema kung saan ang aming mga guro at mananaliksik ay maaaring epektibong isalin ang kanilang mga teknolohiya sa komersyal na sektor ay isang pangunahing tungkulin ng Office of Innovation.”

Craig Arnold – Vice Dean for Innovation and University Innovation Officer. 

Ang pamamaraang ito ay naglalayong pabilisin ang paglilipat ng teknolohiya mula sa mga ideya sa laboratoryo patungo sa industriyal na sukat at mas mahusay na isalin ang mga teknikal na kasanayan ng mga akademikong mananaliksik sa praktikal na aplikasyon.

“Ang magagawa naming gawin kasama ang mga mananaliksik tulad ni Propesor Ren at ng kanyang koponan ay tulungan silang baguhin ang kanilang pag-iisip tungkol sa kanilang mga ideya. Ang aming layunin ay radikal na baguhin ang pananaw ng mga kalahok, upang umalis sila sa aming programa na may ganap na ibang pananaw kaysa noong sila ay pumasok.

Itatanong namin sa kanila ang mga komplikadong tanong na maaaring lampas sa tradisyunal na saklaw ng isang mananaliksik ngunit mahalaga para maisalin ang mga akademikong inobasyon sa matagumpay na mga resulta.

Nena Golubovic – Director of the Design for Impact program in Sciences and Engineering

Mukhang nagtagumpay ito, kung saan ang teknolohiya ay lumipat mula sa “maliit na prototype sa mga kiddie swimming pool” patungo sa pagsubok ng mga produktong handa na para sa komersyalisasyon sa mga pasilidad ng produksyon ng mineral sa Timog Amerika sa loob ng mas mababa sa 2 taon.

“Ang Princeton ay nagbigay ng pundasyon, ekosistema, at mga mapagkukunan na nagturo sa amin ng mga kasanayan at kaalaman na kailangan naming magtagumpay bilang isang maliit na negosyo.”

Sean Zheng – Princeton Critical Minerals’ CEO (formerly PureLi)

Pagpapahusay ng Kahusayan

Habang ang nakaraang prototype ay gumamit ng kahoy bilang materyal na nagdadala ng tubig, nag-imbento ang mga mananaliksik ng twisted cellulose fiber crystallizers. Pinapayagan nito hindi lamang ang mabilis na pag-evaporate ng tubig kundi pati ang spatially separated crystallization para sa selektibong pagkuha ng litiyo.

Gumamit din sila ng proprietary coatings para sa aming mga carbon-based na materyales, na nagbibigay-daan sa mabilis na pag-evaporate, paghihiwalay ng mineral, at mga katangian ng antifouling.

Sinubukan ng startup na Princeton Critical Minerals ang unang prototype nito sa isang totoong lithium evaporation pond na pag-aari ng SQM, na hugis tulad ng isang lily pad na lumulutang sa ibabaw ng tubig.

Pinagmulan: ResearchGate

Kapag inobserbahan gamit ang thermal camera, malinaw na mas mainit ang ibabaw ng tubig, lalo na sa mga hotspot sa isang espesyal na zona ng artipisyal na lily pad. Napatunayan ng disenyo na kaya nitong i-convert ang 96% ng enerhiyang solar sa thermal energy, kumpara sa 50% na kahusayan ng bukas na mga lawa.

Pinagmulan: ResearchGate

Sa kabuuan, lubos nitong pinabuti ang rate ng pag-evaporate, na nagdoble sa karaniwan (40–122% na pagtaas depende sa konsentrasyon ng brine). Nagkaroon din ito ng epekto ng malakas na pagbawas ng pagkawala ng tubig sa ilalim ng lawa, dahil mas mabilis ang proseso.

Pinagmulan: ResearchGate

Karagdagang Pananaliksik

Pinatunayan ng datos mula sa thermal camera na ang pangunahing paraan kung paano gumagana ang mga artipisyal na lily pad ay sa pamamagitan ng pagpapanatili ng init ng araw sa ibabaw ng lawa, kung saan ito talagang nagsasagawa ng pag-evaporate, sa halip na sa ilalim, kung saan nawawala ang init.

Dahil ang temperatura ay nakakaapekto sa solubility ng mineral, maaaring ang karagdagang pag-aayos ng temperatura sa ibabaw ng mga lily pad ay makapagpahusay pa ng produksyon ng litiyo.

“Ang mga tanong na ito ay lumitaw lamang nang makita namin ang mga resulta ng mga field test. Kung iningatan naming manatili ang aming trabaho sa laboratoryo, maaaring hindi kailanman lumitaw ang mga bagong direksyong ito.”

Z. Jason Ren – Professor of civil and environmental engineering

Ang susunod na hakbang ay magsimula ng mass manufacturing ng mga artipisyal na lily pad at tuklasin ang ekonomiks ng aparato, pati na rin ang posibleng pangmatagalang modelo ng negosyo para sa Princeton Critical Minerals.

Mga Kumpanya sa Pag-evaporate ng Litiyo

Ang SQM ay ang pangalawang pinakamalaking kumpanya ng pagmimina ng litiyo sa mundo, na may mga asset nito sa Chile at ang litiyo ay kumakatawan sa malaking bahagi ng negosyo ng kumpanya. Ito rin ang nangungunang merkado sa paggawa ng potassium nitrate na likas na pinagmulan at nagbebenta ng mga espesyal na kemikal tulad ng iodine, potassium chloride, boric acid, at magnesium chlorides.

Pinagmulan: SQM

Noong Abril 2023, kinailangan ng kumpanya harapin ang isang hakbang ng Chile na nagbabantang bahagyang nasyonalisa ang industriya ng litiyo ng bansa. Pagkatapos ng unang pagkabigla, ang karagdagang detalye tungkol sa plano ay naglinaw na ang bansa ay patuloy na naglalayong akitin ang pribadong dayuhang pamumuhunan.

Lalo pang partikular, ang pambansang kumpanya ng litiyo na Coldeco ay muling nakikipag-ayos ng kontrata sa SQM, at ang iba pang mga deposito ng litiyo ay iaalok para sa pagsasamantala. Ang umiiral na kontrata ay igagalang pa rin at tatakbo hanggang 2030.

Dahil patuloy ang mga negosasyon, napakakaunting impormasyon ang magagamit, at mahirap hulaan ang pangmatagalang kinabukasan ng SQM. Gayunpaman, ang Chile ay isang bansang lubos na umaasa sa pagmimina para sa ekonomiya nito, at ang unang pagtutol laban sa mga plano ng nasyonalismo, na nakakaapekto hindi lamang sa tiwala sa litiyo kundi sa lahat ng pagmimina, ay nagpilit sa gobyerno na limitahan ang kanilang ambisyon (sa ngayon?).

Ang banta ng nasyonalismo ay sinundan ng matagalang pagbaba ng internasyonal na presyo ng litiyo, na nagdulot ng pagbaba ng presyo ng stock ng kumpanya, mula sa tuktok nito noong katapusan ng 2022.

Pinagmulan: Carbon Credit

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

Bilang resulta ng mababang presyo ng litiyo, ang kumpanya ay kumita ng mas maraming kita noong 2024, proporsyonal, mula sa iba pang mga produkto kumpara sa nakaraan, kung saan ang iodine ay responsable sa 39% ng kabuuang kita.

Pinagmulan: SQM

Ito ay maaaring tingnan bilang pagsasalamin ng tunay na panganib ng kumpanya o bilang isang pagkakataon upang akitin ang mga mamumuhunan na handang tumanggap ng panganib at makakuha ng solidong dibidendo.

Tulad ng sa lahat ng pamumuhunan sa litiyo, nais ng mga mamumuhunan na maging pamilyar sa tanawin ng EV (pangangailangan at potensyal ng makabagong kimika tulad ng sodium-ion na baterya, na hindi gumagamit ng litiyo) at inaasahan na magpapatuloy ang mataas na volatility ng presyo ng litiyo sa hinaharap, kahit na ang mas maraming panganib sa pagbaba ay tila bahagi na ng presyo.

(Maaari kang magbasa pa tungkol sa litiyo at mga baterya sa aming mga artikulo “Is Lithium Demand Set to Plummet with New Sodium-Ion Batteries?”, “Does Arkansas Hold the Answer to Our Lithium Needs?” at “Investing in Nobel Prize Achievements: Lithium-Ion Batteries To Power The World”.)

Pinakabagong Balita tungkol sa Sociedad Química y Minera de Chile S.A.

^{Mga Sanggunian ng Pag-aaral:}

^{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}