Jeotermal Havuzları Kullanarak Lityum İhtiyacımızı Karşılamak

Daha Fazla Lityum İçin Arayış

With the rise of EVs, the demand for lithium-ion batteries exploded, as did the need for lithium resources. This demand is expected to keep growing exponentially, with only the steepness of this curve in question, depending on the speed of EV adoption.

Kaynak: Statista

Bu durum sorunlara yol açtı, çünkü lityumun çıkarılması zordur. Geçmişte, bu durum fiyat dalgalanmalarına neden olmuş ve pil ve EV üreticileri için girdi maliyetlerinin büyük ölçüde dalgalanmasına sebep olmuştur.

Kaynak: Carbon Credit

Şu anda, lityum çoğunlukla sert kayaçlardan veya tuzlu su brinlerinden üretilmektedir; her ikisi de yüksek enerji veya su tüketimi gerektirir.

Alternatif olarak, yeraltı birikimlerinde bulunan su olan jeotermal brinlerden lityum üretmek düşünülebilir. Ancak bu, teknik açıdan zorlayıcı olmuştur.

This might have changed thanks to the work of researchers at Rice University, who published their results in the prestigious publication PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) under the title “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine¹”.

Lityum Nereden Gelir?

Lithium makes up only 0.002% of the Earth’s crust and is rarely found in concentrated deposits that are commercially viable.

Şu anda, dünyanın çoğu pili ve rafine lityumu Çin’den gelmektedir. Mineral ise öncelikle “lityum üçgeni” (Şili, Arjantin, Bolivya), Çin ve Avustralya’da çıkarılmaktadır.

Kaynak: Progress in Natural Science

Bu durum, diğer ülkeleri alternatif kaynaklar aramaya yönlendirdi; yeraltı brinleri (tuzlu su) iyi bir adaydır. Örneğin, yakın zamanda Arkansas’ın, ABD’de daha önce bilinen tüm lityum rezervlerinden daha fazla lityum kaynağını, petrol ve gaz yataklarının yanındaki brinlerde barındırabileceği keşfedildi.

Bu brinler genellikle nispeten yüksek bir lityum konsantrasyonu içerir. Sorun, bu brinlerden lityumu nasıl çıkaracağımızdır; çünkü genellikle diğer minerallerin karmaşık bir karışımını da barındırırlar.

Daha da önemlisi, bu brinlerin yüksek konsantrasyonda olduğundan, doğrudan lityum çıkarımı (DLE), şimdiye kadar kullanılan büyük buharlaşma havuzuna alternatif olarak değerlendirilmektedir.

Kaynak: Euronews

Doğrudan Lityum Çıkarımı

Direct extraction targets the lithium atoms through a selective extraction process. This can be achieved through a few different methods:

• Adsorpsiyon tabanlı DLE, lityumun özel bir malzeme tarafından fiziksel olarak emildiği yöntem.
• İyon değişim tabanlı DLE, lityumun katyonlarla (pozitif iyonlar) değiştirildiği yöntem.
• Solvent ekstraksiyon tabanlı DLE, organik bir sıvı solventin lityumu brinden çekip çözdüğü yöntem.

Kaynak: Lithium Harvest

Elektrokimyasal Lityum Çıkarımı

Another option that has not been explored much is electrochemical lithium extraction. The idea is to use a powerful electric current to separate the lithium from the other minerals in the brine.

Daha önce belirttiğimiz gibi, bu brinler magnezyum, kalsiyum, sodyum ve potasyum gibi benzer iyonik boyut ve yüke sahip birçok mineral içerir. Bu durum, sadece iyon özelliklerine dayanan yöntemleri zorlaştırır; çünkü sadece lityumu tamamen seçmek için işlemi birçok kez tekrarlamanız gerekir.

Alternatif olarak elektrik akımı kullanılabilir, ancak brinler genellikle çok miktarda klorür iyonu içerir; bu iyonlar, lityumu izole etmek için geleneksel elektrokimyasal süreçlerde son derece toksik klor gazına dönüşebilir.

Chlorine gas, also known as halogen, was notably used as a combat gas during World War 1. However, the problem of its production during electrochemical lithium extraction has so far blocked this technology from being commercially used.

Lityum Çıkarımı İçin Pil Teknolojisinin Kullanılması

Paradoxically, innovations in battery technology might help solve the issue of lithium extraction for the very same batteries. The Rice University researchers used a newly developed lithium-ion conductive glass ceramic (LICGC) membrane, a technology often used in batteries but never before applied to lithium processing. LICGC is a solid electrolyte material that is a good candidate for the building of solid-state batteries.

The membrane is very effective in selectively letting only lithium ions pass through while holding back ions of the other chemicals.

3 Odalı Elektrokimyasal Reaktör

Traditional electrochemical reactors for lithium extraction are designed around 2 chambers: the first one contains the targeted brine, and the second contains the extracted lithium.

By adding the LICGC membrane in the middle, the researchers created an intermediary third chamber, where mostly only lithium can pass through the LICGC.

“Alanımız uzun süredir lityum çıkarımının verimsizlikleri ve çevresel etkileriyle mücadele ediyor. Bu reaktör, temel bilimi mühendislik zekâsı ile birleştirerek gerçek‑dünya problemlerini çözmenin gücünün bir kanıtıdır.”
Haotian Wang, Rice associate professor of chemical and biomolecular engineering.

During the tests performed by the researchers, the lithium purity rate achieved 97.5%. Meanwhile, the concentrations of Na+ K+, Mg2+, and Ca2+ were so low that they fell below the detection limit of the researchers instruments.

More importantly, it is especially efficient at keeping away the chloride ions, dramatically reducing the production of chlorine gas. Instead of consuming a lot of power and creating harmful gases, only 6.4% of the total power reacted with chlorine ions in the new design.

 Yine de, Bazı Sorunların Çözülmesi Gerekiyor

During their testing, the researchers noticed a sodium ion build‑up on the LICGC membrane. If left unchecked, this build‑up could affect the efficiency of the reactor over time. So until this is solved, the 3‑chamber electrochemical reactor will not be ready for commercial‑scale deployment.

One of the possibilities considered to solve the problem would be to pre‑process the brine to reduce the sodium content.

Another one would be to find specialized membrane coatings to keep the sodium ions from attaching in the first place.

Lityum ve Pil Teknolojisine Yatırım

Lithium‑ion batteries have already changed the world several times, from allowing people to carry advanced electronics everywhere to powering cars with electricity only.

They might still do so again, or other types of batteries, by allowing for a 100% renewable power grid or allowing for airplane electrification when reaching a high enough energy density.

You can invest in battery‑related companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in the USA, Canada, Australia, the UK, as well as many other countries.

If you are not interested in picking specific lithium or battery companies, you can also look into biotech ETFs like Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), or the WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, which will provide a more diversified exposure to capitalize on the growing lithium and battery industry.

Or you can consult our “Top 10 Battery Metals & Renewable Energy Mining Stocks”.

Doğrudan Lityum Çıkarımı Şirketi

Rin Tinto

Rio Tinto (RIO ), madencilik sektörünün (dünyanın ikinci büyük) devlerinden biridir; demir madenciliğinde olduğu kadar bakır, alüminyum, altın, uranyum vb. alanlarda da güçlü bir varlığa sahiptir.

Rio Tinto, özellikle Gine’deki Simandou dev demir madeni projesi ve Moğolistan tarihinin en büyük projesi olan Oyu Tolgoi bakır madeni ile hızlı bir şekilde genişlemektedir.

Rio Tinto’nun, önümüzdeki 5 yılda küresel bakır arzının %25’lik büyüme hacmini sağlaması beklenmektedir.

Son zamanlarda, lityum madenciliği sektörüne büyük bir giriş yaptı; lityum devi Arcadium Lithium’ i satın alarak; bu şirket, 2023’te büyük lityum üreticileri Allkem ve Livent’in birleşmesiyle oluşmuş ve dünyadaki üçüncü büyük lityum üreticisi konumuna gelmiştir.

Kaynak: Arcadium

The merger created a company in all lithium production and processing steps. Arcadium has expansion plans in place to more than double capacity by the end of 2028

Arcadium Innovations

DLE

Regarding this acquisition, what has been described as “Rio Tinto’s real prize” is Arcadium’s direct lithium extraction (DLE) technology. Arcadium has actually been working on DLE since 1996, in combination with evaporation pounds, and recently made significant progress in making it commercially viable as a stand‑alone extraction method.

Notably, Livent acquired ILiAD Technologies in 2023.

“ILiAD Technology Platform combines a superior lithium selective adsorbent with continuous countercurrent bed processing”

“Livent is the world’s foremost practitioner and largest user of DLE‑based production processes, and we are thrilled that they have recognized the advantages that ILiAD brings to the future of DLE.

It seems that the long‑term expertise of Arcadium with DLE, and the “vast range of lithium laden brines under a wide variety of conditions” of ILiAD were a prime reason for Rio Tinto’s decision to acquire Arcadium, on top of its low valuation due to the cyclical nature of lithium markets.

While in the long run, electrochemical lithium extraction might replace adsorbent‑based methods, it is also likely that experience in scaled‑up DLE will anyway payoff if this becomes the main lithium extraction method in the future.

Lithium Foil

Arcadium also developed LIOVIX, a form of printable lithium foil that could be used to boost battery performances, reduce manufacturing costs, and reduce lithium use.

Kaynak: Arcadium

Rio Tinto’nun Yeşil Profili

Arcadium’s acquisition firmly put Rio Tinto in the camp of mining industry innovators after its innovation in copper extraction through its venture Nuton. Nuton’s new technology allows for a much higher rate of copper recovery from mined ore.

Rio Tinto’s aluminum production is low-carbon, thanks to hydropower being used to refine bauxite into alumina and then aluminum.

Rio Tinto also invested in other lithium projects, recently acquiring the Ricon project in Argentina and the controversial Jadar lithium project in Serbia (potentially the largest lithium project in Europe).

Due to its recent acquisitions and new projects, Rio Tinto should increasingly be seen as an iron miner at the core, with an increasingly green profile and strong growth in all the metals required by the energy transition, especially copper, low-carbon aluminum, and lithium.

Çalışma Referansı:

^{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). Brinlerden seçici lityum çıkarımı için üç odalı elektrokimyasal reaktör. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}