Jeotermal Tuzlu Sulardan Lityum Elde Etme Potansiyeli

Daha Fazla Lityum İçin Arayış

Elektrikli araçların yaygınlaşması, lityum iyon pillere ve bu pillerde kullanılan lityuma talebi artırdı. Gelecekteki büyümenin hızı; araç satışlarına, pil kimyalarına, geri dönüşüme ve enerji depolama yatırımlarına bağlıdır. Talebin sürekli üstel büyümesi kesin değildir.

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

Lityum üretiminde sert kayaç madenciliği ve tuzlu sulardan çıkarım önemli yer tutar. Enerji ve su gereksinimleri kullanılan yönteme ve yerel koşullara göre değişir.

Jeotermal akışkanlar da olası bir lityum kaynağıdır. Ancak her yeraltı tuzlu suyu jeotermal değildir ve lityumun diğer çözünmüş iyonlardan ayrılması teknik güçlükler doğurur.

Rice Üniversitesi araştırmacıları bu güçlüklerden bazılarını ele alan sonuçlarını PNAS dergisinde “Tuzlu sudan seçici lityum çıkarımı için üç odacıklı elektrokimyasal reaktör¹” başlığıyla yayımladı.

Lityum Nereden Gelir?

Lityum yer kabuğunda düşük oranlarda bulunur; ticari üretim için yeterli yoğunluk ve uygun çıkarım koşulları gerekir. Jeolojik varlık, ekonomik olarak işletilebilir rezervle aynı şey değildir.

Çin, pil üretimi ve lityum işleme zincirinde önemli bir role sahiptir. Maden üretiminde Avustralya, Şili, Çin ve Arjantin öne çıkar. Bolivya, “lityum üçgeni” içinde büyük kaynaklara sahip olsa da kaynak büyüklüğü fiilî üretim hacmiyle karıştırılmamalıdır.

Kaynak: Progress in Natural Science

Alternatif kaynaklar arasında yeraltı tuzlu suları bulunur. USGS’nin 2024 çalışması, Arkansas’ın güneyindeki Smackover Formasyonu akışkanlarında yaklaşık 5,1–19 milyon ton yerinde lityum kaynağı olabileceğini hesapladı. Bu tahmin, tamamının teknik veya ekonomik olarak çıkarılabileceğini göstermemektedir.

Bazı tuzlu sular anlamlı miktarda lityum içerir; yoğunlukları ise büyük ölçüde değişir. Sodyum, magnezyum, kalsiyum ve başka iyonların bulunduğu karmaşık karışımlardan lityumu seçici biçimde ayırmak temel güçlüklerden biridir.

Doğrudan lityum çıkarımı, bazı kaynaklarda büyük buharlaştırma havuzlarına alternatif veya tamamlayıcı olarak değerlendirilmektedir. Uygunluğu yalnızca lityum yoğunluğuna değil, suyun kimyasına ve proses koşullarına da bağlıdır.

Kaynak: Euronews

Doğrudan Lityum Çıkarımı

Doğrudan çıkarım yöntemleri, çözeltideki lityum iyonlarını seçici olarak ayırmayı hedefler. Bunun için birkaç farklı yöntem kullanılabilir:

• Adsorpsiyon tabanlı DLE: Lityum iyonları, seçici bir malzemenin yüzeyine veya yapısındaki uygun bölgelere tutunur.
• İyon değişimine dayalı DLE: Lityum iyonları, malzemedeki başka iyonlarla yer değiştirir.
• Çözücü ekstraksiyonuna dayalı DLE: Lityumun organik sıvı faza seçici olarak aktarılması sağlanır.

Kaynak: Lithium Harvest

Elektrokimyasal Lityum Çıkarımı

Bir başka yaklaşım elektrokimyasal lityum çıkarımıdır. Elektriksel potansiyel ve seçici ayırıcılar kullanılarak iyonların taşınması yönlendirilir; işlem yalnızca güçlü bir akım uygulamaktan ibaret değildir.

Tuzlu sulardaki diğer katyonlar seçiciliği zorlaştırabilir. Ancak magnezyum ve kalsiyumun yükü, lityum ve sodyumunkinden farklıdır; tüm iyonların aynı boyut ve yüke sahip olduğunu söylemek doğru değildir.

Klorür bakımından zengin akışkanlarda bazı elektrokimyasal tasarımlar anotta klor oluşumuna yol açabilir. Bu istenmeyen reaksiyon hem güvenlik hem de malzeme dayanıklılığı açısından önemlidir.

Klor zehirli bir gazdır ve halojenler grubunun bir üyesidir; “halojen” yalnızca klorun diğer adı değildir. Birinci Dünya Savaşı’nda da kimyasal silah olarak kullanılmıştır. Klor oluşumunu azaltmak önemli bir mühendislik hedefidir, ancak elektrokimyasal çıkarımın ticarileşmesini etkileyen tek etken değildir.

Lityum Çıkarımı İçin Pil Teknolojisinin Kullanılması

Araştırmacılar, lityum iyonu ileten cam-seramik bir membran (LICGC) kullandı. Bu, Ohara’dan temin edilen bir katı elektrolit malzemesiydi; lityum iyon iletiminde daha önce de araştırılmıştı. Dolayısıyla çalışmayı bu malzemenin ilk lityum uygulaması olarak tanımlamak doğru değildir.

3 Odalı Elektrokimyasal Reaktör

Tasarımdaki üç odacık, tuzlu suyu elektrotlardan ayırmayı ve seçici iyon taşınmasını sağlamayı amaçlar. Tuzlu su orta odacıktan geçerken dış odacıklarda su dolaşır. Katot tarafındaki LICGC membranı lityum seçiciliğini artırır.

“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 Üniversitesi kimya ve biyomoleküler mühendisliği öğretim üyesi.

Deneylerde bildirilen %97,5 değeri lityum iyonu taşıma sayısıdır; ürünün saflık yüzdesi veya kaynaktaki lityumun geri kazanım oranı değildir. Test edilen ürünlerde sodyum, potasyum, magnezyum ve kalsiyum ölçüm sınırının altında kaldı.

Üç odacıklı düzende klor/hipokloröz ürün oluşumuna ait Faradaik verim %6,4’e indi; karşılaştırılan iki odacıklı sistemde %14,3’tü. Bu oran, toplam elektrik gücünün yüzdesi olarak yorumlanmamalıdır. Sonuçlar denenen koşullara aittir.

 Yine de, Bazı Sorunların Çözülmesi Gerekiyor

Araştırmacılar, sodyumun LICGC membranındaki lityum taşıma yollarını engelleyebildiğini ve hücre gerilimini artırabildiğini gözlemledi. Membran dayanıklılığı, enerji tüketimi ve uzun süreli çalışma gibi konular ticari ölçek için ayrıca değerlendirilmelidir.

Olası yaklaşımlardan biri, besleme suyuna ön işlem uygulayarak sodyumun etkisini azaltmaktır.

Bir başka araştırma yönü, membran yüzeyinin değiştirilmesi veya uygun kaplamalarla tıkanmanın azaltılmasıdır.

Lityum ve Pil Teknolojisine Yatırım

Lityum iyon piller, taşınabilir elektronik cihazlardan elektrikli araçlara kadar birçok uygulamanın gelişmesini sağladı.

Piller, yenilenebilir elektriğin depolanmasını ve bazı ulaşım araçlarının elektrikli hâle gelmesini destekleyebilir. Ancak tamamen yenilenebilir bir şebeke veya büyük elektrikli uçaklar yalnızca pil geliştirmeyle garanti edilemez; sistem tasarımı ve enerji yoğunluğu gibi sınırlamalar önemlidir.

Pil şirketlerine çeşitli aracı kurumlar üzerinden yatırım yapılabilir. securities.io’da ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer ülkeler için aracı kurum karşılaştırmalarımızı bulabilirsiniz.

Tek tek şirket seçmek istemeyen yatırımcılar, portföy kapsamlarını ve risklerini inceleyerek Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’in Lithium & Battery Tech ETF (LIT) veya WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF gibi borsa yatırım fonlarını da değerlendirebilir. Tematik fonlar sektör yoğunlaşması içerir; çeşitlendirme kayıp riskini ortadan kaldırmaz.

Ayrıca “Pil Metalleri ve Yenilenebilir Enerji Madenciliği Alanında 10 Hisse” başlıklı yazımıza bakabilirsiniz.

Doğrudan Lityum Çıkarımı Şirketi

Rio Tinto

Rio Tinto (RIO ), demir cevheri, bakır ve alüminyum başta olmak üzere çeşitli alanlarda faaliyet gösteren büyük bir madencilik grubudur. Şirket sıralamaları kullanılan ölçüte ve tarihe göre değişir.

Şirketin büyüme projeleri arasında Gine’deki Simandou demir cevheri projesi ve Moğolistan’daki Oyu Tolgoi bakır madeni yer alır.

Oyu Tolgoi’nin genişlemesi bakır üretimini artırmayı amaçlar. Rio Tinto’nun tek başına gelecekteki küresel bakır arzı artışının %25’ini sağlayacağı iddiası, kapsamı ve dayanağı açıklanmadan kesin bir sonuç olarak sunulmamalıdır.

Rio Tinto, 9 Ekim 2024’te Arcadium Lithium’u yaklaşık 6,7 milyar dolarlık nakit işlemle satın almak için anlaşma açıkladı. 2024 bağlamında bu işlem henüz tamamlanmış değildi. Arcadium, Allkem ve Livent’in birleşmesiyle 4 Ocak 2024’te kuruldu; anlaşma 2023’te duyurulmuştu.

Kaynak: Arcadium

Arcadium, lityum çıkarımından kimyasal işlemeye uzanan faaliyetlere sahipti. Ekim 2024 işlem duyurusunda, 2028 sonuna kadar kapasiteyi iki katından fazla artırma planından söz ediliyordu. Bu bir şirket hedefiydi; gerçekleşmiş üretim artışı değildi.

Arcadium’un Teknolojileri

DLE

Satın alma anlaşmasına ilişkin değerlendirmelerde “Rio Tinto’nun asıl kazancı” olarak nitelenen unsurlardan biri Arcadium’un doğrudan lityum çıkarımı deneyimiydi. Bu ifade bir yorumdur; işlemin tek gerekçesini göstermez.Arcadium’un öncül şirketlerinden Livent, 1990’lardan beri buharlaştırma havuzlarıyla birlikte adsorpsiyon temelli DLE süreçleri kullanıyordu. Bu deneyim, yalnızca yeni geliştirilen bağımsız bir prosesle karıştırılmamalıdır.

Ayrıca Livent, 2023’te ILiAD Technologies’in ana şirketinde azınlık payı aldı. Şirketin tamamını satın almadı.

ILiAD’nin şirket açıklaması, seçici bir lityum adsorbanını sürekli karşı akımlı yatak işleme sistemiyle birleştirdiğini belirtiyordu. Açıklamada Livent’in DLE deneyimi de vurgulanıyordu. Bunlar şirketlerin teknolojiye ilişkin değerlendirmeleridir.

Arcadium’un proses deneyimi ve farklı tuzlu su kaynakları, Rio Tinto’nun yatırım değerlendirmesindeki unsurlar arasındaydı. Lityum fiyatlarının döngüsel olması da ticari koşulları etkiliyordu.

Elektrokimyasal yöntemler gelecekte gelişebilir; ancak adsorpsiyon yöntemlerinin yerini kesin olarak alacakları veya DLE’nin tek baskın yöntem olacağı söylenemez.

Baskı Yoluyla Uygulanabilir Lityum Teknolojisi

Arcadium’un LIOVIX teknolojisi, bir yüzeye kontrollü biçimde uygulanabilen baskı yoluyla uygulanabilen lityum formülasyonudur; yalnızca hazır bir lityum folyo değildir. Şirket, ön lityumlama ve lityum metal anot üretiminde performans ile üretim verimliliği açısından potansiyel faydalar bildirmiştir.

Kaynak: Arcadium

Rio Tinto’nun Yeşil Profili

Arcadium anlaşması, Rio Tinto’nun enerji dönüşümü metallerine yönelik stratejisini genişletmeyi amaçlıyordu. Şirket ayrıca bakır çıkarımı için Nuton teknolojisini geliştiriyordu. Hedef, belirli cevherlerde geri kazanımı artırmaktır; sonuçlar cevher ve tesis koşullarına bağlıdır.

Rio Tinto’nun bazı alüminyum tesislerinde hidroelektrik kullanılması, üretimin karbon yoğunluğunu azaltabilir. Bu durum, boksit madenciliğinden alümina rafinajına kadar tüm zincirin aynı ölçüde düşük karbonlu olduğu anlamına gelmez.

Şirketin lityum portföyünde Arjantin’deki Rincon projesi ile Sırbistan’daki tartışmalı Jadar projesi de bulunur. Rincon 2022’de satın alındı; Jadar ise Rio Tinto’nun uzun süredir geliştirdiği bir projedir ve yeni satın alınmış gibi sunulmamalıdır.

Rio Tinto’nun bakır, alüminyum ve lityum yatırımları enerji dönüşümüyle ilişkilidir. Bununla birlikte madencilik faaliyetlerinin çevresel ve toplumsal etkileri, izin süreçleri ve finansal riskleri devam eder. Yeni projeler şirketin bütünü için kendiliğinden “yeşil” bir profil veya yatırım getirisi garantisi oluşturmaz.

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}