Zrobią baterie z solanki? Badania z udziałem wrocławian

Projekt BrineRIS prowadzi dr Magdalena Worsa-Kozak z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, wspólnie z innymi naukowcami z Katedry Górnictwa, Katedry Geodezji i Geoinformatyki oraz badaczami z Wydziału Chemicznego. Działają razem z partnerami z Polski, Belgii, Finlandii Węgier, Niemiec i Hiszpanii.

Wspólnie zamierzają zebrać dostępne informacje na temat potencjału solanek, które występują w wybranych sześciu krajach objętych tzw. Regionalnym Programem Innowacji EIT (EIT RIS), czyli właśnie w Polsce, Węgrzech, Czechach, Słowacji, Hiszpanii i Portugalii. Ale to nie wszystko – przeprowadzą także analizy wybranych perspektywicznych 12 źródeł pod kątem pozyskiwania z nich metali trzema rozwijanymi właśnie technologiami. Projekt - o budżecie 1,7 miliona euro - jest finansowany z unijnych funduszy w ramach programu KAVA 8 EIT Raw Materials.

Lit metalem o strategicznym znaczeniu

Lit to jeden z metali o ogromnym znaczeniu m.in. dla szybko rozwijającej się branży samochodów elektrycznych. Wykorzystuje się go do produkcji baterii samochodowych, a konkretnie do wytwarzania akumulatorów litowo-jonowych o długiej żywotności i krótkim czasie ładowania. Wyliczenia ekspertów mówią o tym, że do końca dekady popyt na lit - już teraz bardzo wysoki - wzrośnie nawet pięciokrotnie.

Duża część produkowanego obecnie litu jest wydobywana ze zbiorników solankowych tzw. salar, które znajdują się na wysoko położonych terenach Boliwii, Argentyny i Chile. Bogate w ten pierwiastek wody muszą być najpierw wypompowane do szeregu dużych stawów ewaporacyjnych, gdzie przez kilka miesięcy woda odparowuje pod wpływem wysokich temperatur. W wyniku m.in. ekstrakcji, filtracji i innych działań pozyskuje się węglan litu - stabilny biały proszek, który można przekształcić w określone sole przemysłowe i chemikalia lub przetworzyć na czysty lit metaliczny.

Taki proces produkcji ma jednak duży wpływ na środowisko naturalne – m.in. przez zajmowane olbrzymie powierzchnie, bezpowrotne zużywanie olbrzymiej ilości wody, a także obniżanie poziomu wód gruntowych z powodu wypompowywania solanek. Problem stanowią też środki chemiczne używane w metodzie ewaporacyjnej. Problemem są też kwestie związane z warunkami atmosferycznymi, bo jeśli temperatury nie są wystarczająco wysokie, woda w stawach ewaporacyjnych nie odparowuje.

Dlatego w wielu ośrodkach na świecie trwają prace nad technologiami tzw. bezpośredniej ekstrakcji litu (direct lithium extraction), które zwiększają efektywność procesu wydobycia i sprawiają, że staje się niezależny od pogody. Wykorzystują bowiem energię elektryczną oraz różne procesy chemiczne do izolacji i ekstrakcji skoncentrowanego litu. Tu jednak pojawia się kwestia cen energii elektrycznej, która wpływa na opłacalność produkcji.

A może geotermia?

Kolejnym potencjalnym rozwiązaniem problemu może być pozyskiwanie litu z solanek geotermalnych przy jednoczesnym wykorzystaniu geotermii do produkcji zielonej energii elektrycznej.

- Takie pilotażowe instalacje są już testowane w kilku miejscach świata i produkują wodorotlenek litu albo węglan litu . Naszym zadaniem jest sprawdzenie potencjału dla takich inwestycji w sześciu krajach RIS, które jednocześnie są państwami z potwierdzonymi zasobami występujących tam solanek. Stworzymy więc bazę bardzo cennych informacji i analiz dla inwestorów, którzy byliby zainteresowani rozwijaniem takich instalacji w Polsce, na Węgrzech albo w Czechach, Słowacji, Hiszpanii czy Portugalii. Jako że Unia Europejska wspiera obecnie dofinansowaniami inwestycje m.in. związane z wykorzystaniem źródeł geotermalnych, efekty naszego projektu mogą zaowocować konkretnymi inwestycjami wspieranymi z funduszy europejskich - opowiada dr Worsa-Kozak.

Kilka kierunków działania

Badania w GeoThermal EngineeringProjekt zakłada kilka jednoczesnych ścieżek działania. Jego uczestnicy zamierzają m.in. zebrać wszystkie dostępne informacje na temat występowania solanek i ich składu - a zwłaszcza zawartości litu, strontu czy baru.

- Obecnie te dane są bardzo rozproszone, nie ma jednego miejsca, w którym zainteresowany przedsiębiorca mógłby przejrzeć przekrojowo takie informacje. Do tego część np. badań składu chemicznego solanek została przeprowadzona w ramach projektów naukowych czy inwestycyjnych związanych z innymi tematami i te dane nie zostały nigdy przeanalizowane pod kątem odzysku pierwiastków, ani w jakiejkolwiek formie upublicznione - tłumaczy dr Worsa-Kozak.

Drugą ścieżką będzie analiza potencjału wybranych solanek trzema technologiami bezpośredniej ekstrakcji litu. Elektrochemicznymi metodami odzysku tego pierwiastka zajmie się Uniwersytet Gandawski (Ghent University), metodą adsorbcyjną - fińska służba geologiczna GTK (Geological Survey of Finland) i ekstrakcją rozpuszczalnikową – również GTK, lecz we współpracy z prof. Leszkiem Rycerzem i dr inż. Katarzyną Ochromowicz z PWr. Ponadto wybrane solanki będą testowane w Niemczech przez przemysłowego partnera wspierającego projekt - firmę Vulcan Energie Ressourcen.

- Naszym zadaniem jest przetestowanie tych technologii na konkretnych solankach i określenie, że dla tych źródeł dana technologia pozwoli odzyskać dane ilości pierwiastków przy ustalonych warunkach granicznych - tłumaczy liderka projektu.

Z każdej solanki wytypowanej do szczegółowych badań naukowcy będą musieli pobrać zarówno niewielkie próbki do szybkich i prostych analiz chemicznych na miejscu, jak i duże ilości wody (około 150-200 l), które wyślą do Belgii, Finlandii i Niemiec – na bardziej zaawansowane analizy. Będą brać pod uwagę m.in. zawartość metali w danym źródle, ale także jego temperaturę, stabilność i wydajność - bo wszystkie te czynniki są istotne w ocenie opłacalności pozyskiwania metali z solanki.

- Będziemy także analizować te solanki, które mają niższe temperatury, czyli np. około 40 czy 60 stopni C. i w związku z tym nie nadają się do produkcji energii elektrycznej - opowiada dr Worsa-Kozak. Mogą natomiast być odpowiednie do produkcji ciepła i dlatego naukowcy z TU Freiberg będą klasyfikować te solanki, z których ciepło można byłoby wykorzystywać do poprawy samego procesu technologicznego, np. do podgrzania chłodniejszej wody i poprawy efektywności testowanych technologii, zmniejszając ich koszty.

W ramach projektu powstanie też portal dla podmiotów zainteresowanych inwestowaniem w instalacje na solankach - z dostępem do informacji i analiz przygotowanych w ramach BrineRIS. W planach są także otwarte warsztaty na temat potencjału geotermalnych solanek, wizyty studyjne naukowców i szkoła letnia dla studentów w Karlsruhe organizowana przez firmę Vulcan Energie Ressourcen. W ramach projektu powstaną także prace inżynierskie i magisterskie.