Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Техасского университета A&M (Texas A&M University) изучает возможность использования миниатюрных роботов, имитирующих рыб, для извлечения лития из морской воды — этот технологический подход может предложить производителям батарей и накопителей энергии новый вариант поставок. Проект получил финансирование в размере 1 миллиона долларов от Министерства энергетики США (U.S. Department of Energy) и входит в одну из 19 федеральных программ, направленных на расширение доступа к отечественным критически важным минералам и снижение рисков в цепочках поставок.
Предлагаемая технология не опирается на стационарные мембраны или крупные стационарные системы обработки, а вместо этого использует подвижные микро- и наночастицы. Эти частицы способны перемещаться в морской воде и напрямую взаимодействовать с ионами лития; внешняя энергия (например, свет) используется для активации частиц, после захвата лития материал можно собирать с помощью магнитного поля, и в принципе его можно использовать в следующем цикле извлечения.
В настоящее время коммерческий литий в основном добывается из месторождений твердых пород или концентрированных подземных рассолов, при этом ресурсы сильно сконцентрированы в нескольких регионах, что вызывает у производителей батарей, автопроизводителей и компаний в сфере накопления энергии опасения по поводу поставок и геополитических рисков. Хотя морская вода предоставляет гораздо более обширную теоретическую ресурсную базу, концентрация лития в ней крайне низка, и она содержит большое количество растворенных минералов, таких как натрий и магний, поэтому система извлечения должна обладать достаточной селективностью, чтобы избежать чрезмерного расхода энергии, материалов или мощности обработки. Если частицы одновременно собирают конкурирующие ионы или требуют частой замены, извлечение небольших количеств лития из больших объемов морской воды быстро станет экономически нецелесообразным.
Команда Техасского университета A&M сосредоточится на изучении того, может ли подвижность улучшить контакт между материалом для извлечения и ионами лития. Перемещение частиц в воде может снизить зависимость от крупного насосного оборудования или постоянной морской инфраструктуры, однако это потенциальное преимущество еще предстоит проверить в реальных океанических условиях. Исследование возглавляют Ширен Ван (Shiren Wang) с кафедры промышленного и системного инжиниринга (Department of Industrial and Systems Engineering) и Цзинцзин «Дженни» Цю (Jingjing “Jenny” Qiu) с кафедры машиностроения (Department of Mechanical Engineering); работа охватывает наноробототехнику, материаловедение и испытания морских систем.
Проект находится на ранней стадии исследований. Команда планирует протестировать селективность по литию, долговечность материалов и характеристики частиц в ходе нескольких циклов извлечения, а также определить, смогут ли эти микроскопические материалы надежно извлекать литий из воды. Потеря частиц может повысить эксплуатационные расходы и вызвать экологические опасения, особенно при развертывании системы на больших площадях морской акватории. Для коммерциализации также потребуется решить другие вопросы, включая энергию, необходимую для активации и сбора роботов, стоимость производства, устойчивость к коррозии в соленой воде и инфраструктуру, требуемую для переработки извлеченного лития.
Даже если система окажется технически успешной, ей придется конкурировать с устоявшимися горнодобывающими и рассольными операциями. Конечным критерием будет не только то, сколько лития соберут роботы, но и удельная стоимость, энергопотребление, степень извлечения и воздействие на окружающую среду. Исследователи ставят целью разработку непрерывного процесса, позволяющего многократно собирать и повторно использовать материалы; работа включает характеристику извлечения лития, испытания производительности в более крупных масштабах и оценку потенциального воздействия на окружающую среду.
Для производителей батарей и компаний в сфере чистой энергетики этот проект пока не может служить краткосрочной альтернативой традиционному производству лития. Тем не менее, он отражает смещение федерального финансирования критически важных минералов от традиционных горнодобывающих проектов к технологиям, которые могут диверсифицировать будущие поставки. Если команде удастся решить проблемы контроля частиц, долговечности и экономической эффективности, мобильные системы извлечения в конечном итоге смогут дополнить существующие источники лития. До этого момента ключевым испытанием остается способность микророботов извлекать достаточное количество лития для обеспечения экономической жизнеспособности операций в океанических масштабах.
