Litium från havet – nya gruvan?

Det nya guldet har under de senaste 5-10 åren varit litium. Redan 2015 funderade omEV att det inte var dags att investera i litium… (länk). Under slutet av 90-talet gjordes försök med att utvinna litium ur havsvatten, men det blev inte en hållbar situation då processerna var för energikrävande. Men under de senaste veckorna har ett genombrott gjorts forskningsmässigt och forskare påstår sig ha hittat ett effektivare sätt.

Li-reserven i havsvatten 16.000 gånger högre än på land

Litium är det 33:e vanligaste grundämnet i jordskorpan med en koncentration på 0,002-0,006 % och är ojämnt fördelat över jorden, men där ABC-länderna (Argentina, Bolivia och Chile) tillsammans med Australien och Kina varit de länder där mest litium finns – i saltsjöar och i berggrunden. Litiumkoncentrationen i havsvatten är 0,1-0,2 ppm, vilket kan jämföras med natrium som har en koncentration på lite drygt 1 %, eller >10.000 ppm. Potentiella litiumreserven i haven är dock mer än 16.000 gånger större än på land [1] – en lockande ’gruva’… men… hittills har det varit en mycket energikrävande process att utvinna litium ur havsvatten.

Elektrokemisk separering är lösningen?

Forskare vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) i Saudiarabien har lyckats att extrahera litium från det salta vattnet i Röda Havet med hjälp av en elektrokemiska cell (ett batteri alltså) [2]. Nyckeln till lösningen är ett keramiskt membran (bestående av litium-lantal-titanoxid). Membranet har en kemisk struktur som gör att det bara släpper igenom tillräckligt små joner, såsom litium, och samtidigt blockerar andra större joner, såsom natriumjoner. Den elektrokemiska cellen drivs vid en spänning på 3,25 V och samtidigt som litiumjonerna extraheras bildas det vätgas och klorgas, vilket ytterligare driver på transporten av litium genom membranet. Resultatet blir en vattenlösning med mycket högt litiuminnehåll, vilken behandlas vidare (fyra ggr) i samma elektrokemiska cell tills koncentrationen är ca 9000 ppm (eller 0,9 %) och samtidigt renar man lösningen från andra joner. Genom att justera pH på lösningen fälls i princip ren litiumfosfat ut som kan användas vid tillverkning av aktiva material till batterier (t.ex. Li-jonbatterier och fastfasbatterier baserade på Li).

Elräkningen blir drygt 40.000 kronor per ton litium, men finns det extrakostnader?

Forskarna vid KAUST har räknat på vad det skulle kosta att extrahera litium från havsvatten. Elräkningen skulle landa på drygt 40 svenska kronor (5 USD) per kg litium [3]. Kan man sedan på ett effektivt sätt ta tillvara både vätgas och klorgas betalas elkostnaden snabbt tillbaka. En ytterligare positiv effekt, enligt forskarna på KAUST, är att återstående vatten är mer eller mindre drickbart.

Dock är den elektrokemiska cellen inte helt gratis att tillverka och elektroderna består av koppar som belagts med platina och rutenium. Även hur man ska storskaligt ska tillverka membranet återstår dock att reda ut då detta inte framgår av den småskaliga studie som gjort på labb.

Saltvatten mycket korrosivt

Det har genom åren gjorts ett antal försök att just elektrokemiskt extrahera litium från havsvatten. Den som är intresserad kan grotta i en review-artikel i ämnet [d], ett ämne som ändå är relativt nytt. En viktig aspekt att komma ihåg är att havsvatten är mycket korrosivt och kräver ofta specialutrustning. Verkningsgraden är en annan. Även om litiumreserven i havet är stor, är koncentrationen fortfarande låg och det krävs stora vattenmängder som ska pumpas runt.

Egna kommentarer

Ett framsteg när det gäller ’lithium mining’ som ska bli intressant att följa. Dock är det en nyhet som många andra inom batteriområdet… forskare som vill ha mer pengar till att vidareutveckla sin idé eller riskkapital för att ta nästa steg mot kommersialisering. Hur som är det en teknologi värd att följa och vi lär höra mer framöver. Så ’gåtan’ om billiga litiumtillgångar är inte löst, än…

[1] Lithium Metal Extraction from Seawater (länk)

[2] Continuous electrical pumping membrane process for seawater lithium mining (länk)

[3] Scientists have cost-effectively harvested lithium from seawater (länk)

[4] Review on the electrochemical extraction of lithium fromseawater/brine (länk)