We maken heel veel lithium-ionbatterijen. Echt heel veel. Zoveel zelfs dat de economie van de toeleveringsketen zo efficiënt is dat zelfs als iemand morgen een betere batterij uitvindt, die nog steeds moeite zou hebben om qua prijs te concurreren. Maar wat als er een lithiumtekort ontstaat? Dat is het enige dat de boel op zijn kop kan zetten. Lithium is overal, maar lithium dat je je kunt veroorloven om te winnen, zit vooral in Zuid-Amerikaanse pekel. Het uit gesteente halen is duur en energie-intensief – tot nu toe.

In een artikel dat vandaag in Science is gepubliceerd, heeft een team van MIT en een paar bedrijven uit Boston een nieuwe methode bedacht om lithium uit gesteente te halen die veel minder energie verbruikt, de uitgangschemicaliën regenereert en zelfs verkoopbare bijproducten oplevert. Want waarom alleen lithium winnen als je ook aluminiumoxide en siliciumdioxide kunt krijgen? Het is als een chemisch all-you-can-eat-buffet.

De huidige methode om lithium uit spodumeen – een lithium-aluminiumsilicaat en het meest voorkomende lithiumerts – te winnen, omvat het roosten van het gesteente op ongeveer 1.000° C en het vervolgens overgieten met zwavelzuur. Dit laat veel afval achter en verbruikt veel energie. Het nieuwe proces gebruikt ammoniumfluoride (NH4F) opgelost in water, verwarmd tot een gezellige 70° C. Hierdoor ontstaan ionen die fluor afstaan aan het lithium, waardoor lithiumfluoride ontstaat, terwijl silicium en aluminium afzonderlijke verbindingen vormen die tot bruikbare materialen kunnen worden verwerkt.

Het aluminiumtraject omvat verhitting tot 300° C en vervolgens 700° C om aluminiumoxide te produceren (gebruikt om aluminiummetaal te maken) en waterstoffluoride en ammoniak vrij te maken, die vervolgens worden gerecombineerd om het oorspronkelijke ammoniumfluoride te hervormen. Het is een nette chemische recyclingtruc, al moeten we opmerken dat waterstoffluoride extreem gevaarlijk is. Het siliciumtraject is eenvoudiger: voeg meer ammoniak toe om siliciumdioxide te krijgen, dat beton kan versterken. Het lithiumfluoride kan direct worden gebruikt voor het maken van batterij-elektrolyt of worden omgezet in lithiumoxide voor andere toepassingen.

De onderzoekers hebben de cijfers doorgerekend: de oude roostmethode kost iets minder dan $9.000 per ton lithium. Hun nieuwe proces? Ongeveer $5.000 per ton – vergelijkbaar met goedkope pekelwinning. En als je de aluminium- en siliciumbijproducten verkoopt, daalt dat met meer dan $1.000. Natuurlijk fluctueren de prijzen in de echte wereld en vereist het overschakelen op nieuwe processen nieuwe apparatuur. Maar hé, in een wereld die niet kan stoppen met het bouwen van batterijen, is het fijn om opties te hebben. Bovendien is het altijd leuk om scheikundigen eeuwenoude industriële processen te zien heroverwegen.