Литиевый рудник в Сильвер-Пике, Невада, США. Источник: NASA/METI/AIST/Japan Space Systems и US/Japan ASTER Science Team
Инженеры продемонстрировали более дешёвый и экологичный способ извлечения ценных ресурсов, таких как литий — ключевой компонент батарей и перехода к «зелёной» энергетике, — из рассолов.
Команда из Австралийского национального университета разработала первый в мире метод термического опреснения в 2024 году.
Принцип работы
Вода остаётся в жидкой фазе на протяжении всего процесса «термодиффузии», который использует температурные градиенты для перемещения растворённых веществ (растворов) из более тёплой воды в более холодную.
Исследование показывает, что этот подход может также концентрировать (или засолять) природную морскую воду и рассолы. Его можно использовать для решения значительной экологической проблемы, связанной с опреснением, — образования огромных объёмов рассола.
Проблема опреснения
«Опреснение может стать ключом к решению мирового кризиса нехватки пресной воды, который продолжает обостряться из-за изменения климата», — пишут авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Water.
«В настоящее время более 20 000 опреснительных установок по всему миру ежедневно сбрасывают около 130 миллионов метрических тонн рассола. Сброс рассола оказывает серьёзное негативное воздействие на природные ресурсы, включая воду и почву».
Промышленность стремится к нулевому сбросу жидких отходов (ZLD), многоэтапному процессу, в котором рассол сначала концентрируется, а затем кристаллизуется. Но этот подход сталкивается со значительными трудностями.
Инновации в термическом опреснении
Доцент Хуан Фелипе Торрес, инженер-механик и специалист по охране окружающей среды в ANU и главный исследователь исследования, говорит, что полученные результаты демонстрируют потенциал термодиффузии для концентрирования рассолов с более высокой солёностью.
«Существующие технологии опреснения и концентрирования рассолов хорошо зарекомендовали себя, но наша технология термодиффузии предлагает многообещающую альтернативу», — говорит он. «Современные технологии опреснения, где соль фильтруется через мембрану, требуют больших объёмов электроэнергии и дорогостоящих материалов, которые необходимо обслуживать и ремонтировать».
Термодиффузия не требует больших объёмов электроэнергии или дорогостоящих мембран и других материалов. Для процесса требуется лишь умеренное тепло (30–70 °C), которое можно получить от солнечного света или в качестве побочного продукта таких машин, как кондиционеры и другие промышленные процессы.
«Наш термодиффузионный метод успешно использовался для опреснения воды, при этом снижая затраты на электроэнергию и проблемы с коррозией», — говорит Торрес. «Недавно мы смогли применить тот же метод для регулирования солёности раствора для концентрирования рассола без его выпаривания, что также означает, что драгоценная вода не тратится впустую в этом процессе».
Рассольные растворы, такие как морская вода, солёные озёра и грунтовые воды, являются важными источниками полезных минералов, таких как поваренная соль (NaCl), магний, бром и кальций.
Ведущие поставщики лития — Аргентина, Чили и Китай — в основном извлекают этот критически важный минерал из рассолов. Торрес говорит, что их метод может быть использован в будущем для улучшения этого процесса.
«Наша цель — заменить традиционные пруды-испарители, технологии которых насчитывают тысячи лет, — говорит Торрес. — Вместо использования огромных земельных участков и водных ресурсов мы можем выполнять эту работу с гораздо меньшим воздействием на окружающую среду».
Научный сотрудник ANU и соавтор исследования доктор Шуци Сюй говорит, что преимущества технологии термодиффузии включают в себя эффективное отделение воды от ионов без использования материалов.
«Наше исследование показывает, как наш метод способен управлять концентрацией рассола для производства соли без выпаривания», — говорит она. «Будущие усовершенствования могут увеличить скорость потока и энергоэффективность как минимум в 40 раз».
Команда основала компанию Soret Technologies и сотрудничает с американской компанией Wacomet Water Co для коммерциализации технологии.
«Наше видение с Soret Technologies — революционизировать процессы концентрирования рассола и опреснения, сделав их более рентабельными за счёт инновационной технологии термодиффузии», — говорит Торрес.