Vi tillverkar en massa litiumjonbatterier. Som, en massa. Så många att ekonomin i deras leveranskedja är så effektiv att även om någon uppfinner ett bättre batteri imorgon, skulle det fortfarande ha svårt att konkurrera prismässigt. Men tänk om det blir litiumbrist? Det är det enda som skulle kunna rubba balansen. Litium finns överallt, men litium du faktiskt har råd att utvinna finns mestadels i sydamerikanska saltlösningar. Att få det ur bergarter är dyrt och energikrävande – tills nu.
I en artikel publicerad i dagens nummer av Science har ett team från MIT och ett par Boston-baserade företag kokat ihop en ny metod för att utvinna litium ur bergarter som använder mycket mindre energi, återvinner sina startkemikalier och till och med producerar säljbara biprodukter. För varför bara få litium när du också kan få aluminiumoxid och kiseldioxid? Det är som en kemisk buffé.
Den nuvarande metoden för att utvinna litium ur spodumen – ett litium-aluminiumsilikat och den vanligaste litiummalmen – innebär att man rostas berget vid cirka 1 000 °C och sedan dränker det i svavelsyra. Detta lämnar efter sig mycket avfall och använder mycket energi. Den nya processen använder ammoniumfluorid (NH4F) löst i vatten, uppvärmt till en behaglig 70 °C. Detta skapar joner som donerar fluor till litiumet och bildar litiumfluorid, medan kisel och aluminium bildar separata föreningar som kan bearbetas till användbara material.
Aluminiumvägen innebär uppvärmning till 300 °C och sedan 700 °C för att producera aluminiumoxid (används för att tillverka aluminiummetall) och frigöra vätefluorid och ammoniak, som sedan återkombineras för att återbilda den ursprungliga ammoniumfluoriden. Det är en snygg kemisk återvinningstrick, även om vi bör notera att vätefluorid är extremt farligt. Kiseldioxidvägen är enklare: tillsätt mer ammoniak för att få kiseldioxid, som kan förstärka betong. Litiumfluoriden kan antingen gå direkt till att tillverka batterielektrolyt eller omvandlas till litiumoxid för andra användningsområden.
Forskarna räknade på siffrorna: den gamla rostningsmetoden kostar strax under 9 000 dollar per ton litium. Deras nya process? Cirka 5 000 dollar per ton – jämförbart med billig saltlösningsutvinning. Och om du säljer aluminium- och kiseldioxidbiprodukterna sjunker det med över 1 000 dollar. Naturligtvis fluktuerar verkliga priser, och att byta process kräver ny utrustning. Men hey, i en värld som inte kan sluta bygga batterier är det skönt att ha alternativ. Plus, det är alltid kul att se kemister tänka om århundraden gamla industriprocesser.