Xavier Boyer
Composant essentiel des batteries au cœur des véhicules électriques et du stockage d’énergie sur le réseau, le lithium est la clé d’un avenir énergétique propre. Mais la production de ce métal blanc argenté entraîne des coûts environnementaux importants. Parmi eux, il y a la grande quantité de terres et le temps nécessaire pour extraire le lithium de l’eau saumâtre, avec de grandes opérations s’étendant sur des dizaines de kilomètres carrés et nécessitant souvent moreover d’un an pour commencer la creation.
Aujourd’hui, des chercheurs de Princeton ont développé une technique d’extraction qui réduit considérablement la superficie et le temps nécessaires à la manufacturing de lithium. Les chercheurs affirment que leur système peut améliorer la production dans les installations de lithium existantes et débloquer des resources auparavant considérées comme trop petites ou trop diluées pour être rentables.
Le cœur de la approach, décrit le 7 septembre dans Mother nature Drinking water, est un ensemble de fibres poreuses torsadées en cordes, que les chercheurs ont conçues pour avoir un noyau qui aime l’eau et une surface hydrofuge. Lorsque les extrémités sont trempées dans une solution d’eau salée, l’eau remonte les cordes par capillarité – le même processus que les arbres utilisent pour aspirer l’eau des racines jusqu’aux feuilles. L’eau s’évapore rapidement de la surface de chaque corde, laissant derrière elle des ions de sel tels que le sodium et le lithium. À mesure que l’eau proceed de s’évaporer, les sels deviennent de in addition en as well as concentrés et finissent par previous des cristaux de chlorure de sodium et de chlorure de lithium sur les cordes, ce qui facilite leur récolte.
En furthermore de concentrer les sels, la technique provoque la cristallisation du lithium et du sodium à des endroits distincts le lengthy de la chaîne en raison de leurs propriétés physiques différentes. Le sodium, peu soluble, cristallise dans la partie inférieure de la chaîne, tandis que les sels de lithium hautement solubles cristallisent près du sommet. La séparation naturelle a permis à l’équipe de collecter le lithium et le sodium individuellement, un exploit qui nécessite généralement l’utilisation de produits chimiques supplémentaires.
“Nous visions à exploiter les processus fondamentaux d’évaporation et d’action capillaire pour concentrer, séparer et récolter le lithium”, a déclaré Z. Jason Ren, professeur de génie civil et environnemental et du Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement à Princeton et chief de l’équipe de recherche. “Nous n’avons pas besoin d’appliquer des produits chimiques supplémentaires, comme c’est le cas avec de nombreuses autres systems d’extraction, et le processus permet d’économiser beaucoup d’eau par rapport aux approches traditionnelles d’évaporation.”
L’approvisionnement limité en lithium constitue un impediment à la changeover vers une société à faibles émissions de carbone, a ajouté Ren. “Notre approche est peu coûteuse, facile à utiliser et nécessite très peu d’énergie. C’est une remedy respectueuse de l’environnement à un défi énergétique critique.”
Un bassin d’évaporation sur une ficelle
L’extraction conventionnelle de saumure implique la building d’une série d’immenses bassins d’évaporation pour concentrer le lithium des salines, des lacs salés ou des aquifères souterrains. Le processus peut prendre de plusieurs mois à quelques années. Les opérations ne sont commercialement viables que dans une poignée d’endroits à travers le monde qui ont des concentrations de lithium de départ suffisamment élevées, une abondance de terres disponibles et un climat aride pour maximiser l’évaporation. Par exemple, il n’existe qu’une seule opération active d’extraction de lithium à foundation de saumure aux États-Unis, située au Nevada et couvrant as well as de sept miles carrés.
La strategy des cordes est beaucoup furthermore compacte et peut commencer à produire du lithium beaucoup moreover rapidement. Bien que les chercheurs préviennent qu’il faudra des travaux supplémentaires pour faire passer leur technologie du laboratoire à l’échelle industrielle, ils estiment que cela pourrait réduire la superficie de terres nécessaires à additionally de 90 pour cent des opérations actuelles et accélérer le processus d’évaporation de additionally de 20 pour cent. fois par rapport aux bassins d’évaporation traditionnels, produisant potentiellement les premières récoltes de lithium en moins d’un mois.
Des opérations compactes, peu coûteuses et rapides pourraient élargir l’accès à de nouvelles resources de lithium, telles que les puits de pétrole et de gaz désaffectés et les saumures géothermiques, qui sont actuellement trop petites ou trop diluées pour l’extraction du lithium. Les chercheurs ont déclaré que le taux d’évaporation accéléré pourrait également permettre un fonctionnement dans des climats as well as humides. Ils étudient même si cette technologie permettrait d’extraire le lithium de l’eau de mer.
“Notre processus est comme mettre un bassin d’évaporation sur une chaîne, nous permettant d’obtenir des récoltes de lithium avec une empreinte spatiale considérablement réduite et avec un contrôle furthermore précis du processus”, a déclaré Sunxiang (Sean) Zheng, co-auteur de l’étude et ancien centre Andlinger. Boursier postdoctoral émérite. “Si nous sommes mis à l’échelle, nous pourrions ouvrir de nouvelles views pour une extraction du lithium respectueuse de l’environnement.”
Étant donné que les matériaux utilisés pour produire les cordes sont bon marché et que la technologie ne nécessite pas de traitements chimiques pour fonctionner, les chercheurs ont déclaré qu’avec des améliorations supplémentaires, leur approche serait un candidat sérieux pour une adoption généralisée. Dans cet short article, les chercheurs ont démontré l’évolutivité potentielle de leur approche en construisant un réseau de 100 chaînes d’extraction de lithium.
L’équipe de Ren développe déjà une deuxième génération de la approach qui permettra une plus grande efficacité, un débit as well as élevé et un meilleur contrôle sur le processus de cristallisation. Il attribue à la Princeton Catalysis Initiative le soutien initial essentiel permettant des collaborations de recherche créatives. De as well as, son équipe a récemment reçu un prix NSF Partnerships for Innovation et un prix du Fonds d’accélération de la propriété intellectuelle (IP) de Princeton pour soutenir le processus de recherche et développement, y compris les moyens de modifier l’approche pour extraire d’autres minéraux critiques en furthermore du lithium. Avec Kelsey Hatzell, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial et du Centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement, Ren a également reçu un financement de démarrage du Centre de Princeton pour les matériaux complexes pour mieux comprendre le processus de cristallisation.
Zheng dirige le lancement d’une startup, PureLi Inc. pour commencer le processus de perfectionnement de la technologie et éventuellement de sa diffusion sur le marché moreover big. Zheng a été sélectionné comme l’un des quatre chercheurs de la première cohorte Start Entrepreneurs à Princeton, une bourse universitaire et un accélérateur de startups conçu pour favoriser l’entrepreneuriat inclusif.
“En tant que chercheur, vous savez personnellement que de nombreuses nouvelles technologies sont trop coûteuses ou difficiles à mettre à l’échelle”, a déclaré Zheng. “Mais nous sommes très enthousiasmés par celui-ci, et avec quelques améliorations supplémentaires en termes d’efficacité, nous pensons qu’il a un potentiel incroyable pour avoir un réel affect sur le monde.”
