Oto #HIT2023. Przypominamy najlepsze materiały minionego roku
W Polsce występują śladowe ilości litu. Według danych Państwowego Instytutu Geologicznego mowa o kamieniołomach Piława Górna oraz Lutomia. Nie ma również perspektyw na odkrycie nowych złóż. Inaczej jest w Czechach, gdzie w odległości 100 km od Pragi, w niewielkiej miejscowości Cinovec, znajdują się największe złoża na Starym Kontynencie. Czesi razem z Niemcami chcą rozpocząć wydobycie w 2026 r. Wielkie złoża pierwiastka odkryli też Amerykanie na granicy stanów Nevada i Oregon. Mowa o 20–40 mln ton surowca.
Lit jest kluczowy dla elektromobilności, bez niego nie powstaną baterie litowo-jonowe. Wszystkie duże koncerny samochodowe, w tym niemieckie, stawiają na "elektryki" i budują własne fabryki baterii. Również w Polsce powstały dwa zakłady – w Biskupicach Podgórnych należący do koreańskiego LG i w Prusicach należący do chińskiego GTHR. Zapotrzebowanie na ten surowiec w naszym kraju i sąsiedztwie będzie rosnąć. Zwłaszcza w kontekście odchodzenia od samochodów spalinowych w UE – mówi money.pl dr Ewa Knapik z Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.
Dr Knapik jest kierowniczką projektu, którego celem jest odzyskanie litu z odpadowych wód złożowych np. w kopalniach. A to mogłaby być rewolucja.
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Na skalę przemysłową moglibyśmy pokryć ok. 70 proc. obecnego krajowego zapotrzebowania na lit. Potrzeby będą jednak szalenie rosnąć, ale nadal będziemy w stanie pokryć ich część dzięki własnej technologii. W ten sposób nie będziemy całkowicie uzależnieni od importu – dodaje dr Knapik.
Ponad 80 proc. węglanu litu używanego w Europie jest sprowadzana z zagranicy, głównie z Chin. Reszta pochodzi z Ameryki Południowej, ze słynnego "trójkąta litowego" na granicach Boliwii, Chile i Argentyny.
Polska rewolucja litowa
Dr Knapik tłumaczy, że w "trójkącie" lit pozyskiwany jest z solanek wydobywanych z głębokości np. 1 km. Zawartość litu wynosi tam ok. 1000 mg/l. W tym miejscu panuje pustynny klimat i ogromne ilości solanki są najpierw zagęszczane przez odparowanie, żeby otrzymać koncentrat litowy (stężenie litu ok. 5000 mg/l), a następnie strąca się z niego węglan litu za pomocą substancji chemicznych. Taka technologia skutkuje powstawaniem wielkich ilości odpadów stałych (całych solnych pustyń) i jej wdrożenie w Europie jest nierealne.
W Polsce również wydobywane są solanki złożowe z głębokości 500-4000 m, zwykle towarzyszą one takim kopalinom jak ropa naftowa, gaz ziemny czy węgiel. – Z uwagi na duże zasolenie są one potencjalnym źródłem cennych pierwiastków chemicznych, w tym litu – dodaje dr Knapik.
Europejskie solanki zawierają mniej litu niż ich południowoamerykańskie odpowiedniki, więc żeby strącać węglan litu, najpierw należałoby je podgrzać i odparować znaczne ilości wody. Ale do tego potrzebny jest gaz ziemny, przez co procedura jest po prostu droga. Zespół z AGH do otrzymywania koncentratu litowego wykorzystuje techniki sorpcyjne (zamiast odparowania).
"Możemy zmienić wydobycie"
Istotą rozwiązania są specjalne kolumny sorpcyjne z nowo opracowanymi sorbentami (mają właściwości absorbujące, czyli wiążą lit w swojej strukturze). Sorbenty te kształtem przypominają "plastry miodu", w inżynierii chemicznej określa się ich formę mianem wypełnienia strukturalnego.
– Litoselektywne sorbenty na bazie manganu, tytanu i glinu są znane od lat, ale ich praktyczne zastosowanie ogranicza proszkowa postać. W technologii CompLithium materiały te są mieszane z żywicą i drukowane na drukarkach 3D w postaci pakietów. I powstają duże "plastry miodu", które pakujemy do naszych kolumn, a tam wychwytywany jest lit pochodzący z solanki. Układ pracuje w systemie dwukolumnowym, podczas gdy jedna z nich wychwytuje lit, druga jest w tym czasie regenerowana. Co ważne, sam odzysk litu nie zmienia znacząco składu solanki, więc ta może być z powrotem zatłaczana do złoża i tym samym nie generuje się żadnych odpadów – wyjaśnia w skrócie cały proces dr Knapik.
Badacze przebadali ponad 100 solanek w różnych polskich lokalizacjach. Kilkanaście z nich "jest bardzo obiecujących".
Wykorzystaliśmy nasze sorbenty 3D i odzysk litu w warunkach laboratoryjnych wyniósł 80-90 proc. Ze względu na klauzulę poufności nie mogę zdradzić, gdzie znajdują się te miejsca – tłumaczy dr Knapik.
– Mamy różnych partnerów przemysłowych, zarówno z branży naftowej, jak i górniczej. Otrzymujemy od nich próbki, a my je badamy. Współpracujemy z największymi spółkami w kraju, same badania są finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR). Nie dorównamy pod względem wydobycia Chinom czy Chile, ale ze swoją wiedzą i projektem możemy zmienić jego wydobycie w Europie – oświadcza badaczka.
Dr Knapik zaznacza, że nie będziemy mieć nagle wielkich zasobów litu, ale z ich sorbentów mogą skorzystać inni, np. Niemcy podczas odzysku litu z solanek geotermalnych. Trwa globalny wyścig między chemikami, kto jako pierwszy wytworzy najskuteczniejszy sorbent.
Pilotaż za miliony złotych
W przyszłym roku badacze chcą ruszyć z pilotażem na wybranym obiekcie przemysłowym, co trwa zwykle sześć miesięcy. Potem można zwiększyć skalę.
Jeśli dobrze pójdzie, to do 2028 r., będziemy w stanie ruszyć z produkcją. W przypadku solanek z branży naftowej mamy szczęście, że odwierty wydobywcze już istnieją, rurociągi też są, więc potrzebujemy jedynie zbudować specjalny moduł do odzysku litu – ocenia dr Knapik.
Na pilotaż potrzeba ok. 1–2 mln zł, ale standardowa aparatura może kosztować nawet 10–50 mln zł (wszystko zależy od skali produkcji). To niewiele, jeśli weźmiemy pod uwagę, że wartość światowego rynku wydobycia w 2030 r. ma wynieść 6 mld dol. – wynika z szacunków Emergen Research, które opublikował serwis automatykab2b.pl.
Ekspertka zauważa, że cena jednej tony węglanu litu wynosi około 20 tys. dolarów, a szacowane koszty operacyjne związane z produkcją są na poziomie 4 tys. dol, więc można oczekiwać relatywnie szybkiego zwrotu inwestycji.
Dr Knapik uważa, że opracowywana przez jej zespół metoda nie wpłynie na środowisko, w przeciwieństwie do kopalni odkrywkowych litu w Australii czy solnisk w Ameryce Płd., gdzie powstają hałdy nieużytecznej soli. W technologii CompLithium nie powstaną żadne dodatkowe odpady stałe, zużycie energii elektrycznej i wody jest również znacznie ograniczone. Nie będzie też wielkich "basenów ewaporacyjnych", gdzie gromadzi się wody procesowe, jak w Ameryce Płd.
– My solankę po odzysku litu z powrotem zatłaczamy do złoża, czyli pracujemy de facto w obiegu zamkniętym solanki "złoże - sorpcja litu - złoże". Do strącania węglanu litu z koncentratu można używać gazowego CO2 wychwyconego z innych instalacji przemysłowych, więc formalnie jesteśmy w stanie przeprowadzić cały proces zeroemisyjnie pod kątem CO2 – podsumowuje badaczka.
Piotr Bera, dziennikarz money.pl