Исследователи из Чжэцзянского университета в Китае разработали инновационное устройство, которое использует солнечную энергию для эффективного извлечения лития из морской воды, попутно решая проблему ее опреснения. Эта технология, названная «солнечными качелями», может стать ответом на растущий глобальный спрос на литий, критически важный для производства аккумуляторов электромобилей и электроники, при этом минимизируя экологический ущерб.
Основная проблема добычи лития из океана заключается в его крайне низкой концентрации на фоне гигантского количества солей, прежде всего натрия, которого в воде в 60 000 раз больше. При традиционных методах с использованием испарения соли быстро образуют твердый налет, который засоряет оборудование и останавливает процесс.
Новое устройство, солнечный экстрактор-качели (SPSE), решает эту задачу за счет уникальной конструкции. Оно представляет собой «сэндвич» из литиеселективного адсорбирующего слоя, помещенного между двумя внешними гидрофобными слоями, поглощающими солнечное тепло.
Устройство устанавливается под углом 30 градусов. Под действием солнечной энергии вода испаряется, концентрируя ионы лития и направляя их к адсорбенту, в то время как солевые отложения образуются на приподнятом конце.
Ключевая инновация заключается в принципе качелей: по мере накопления соли вес на одном конце увеличивается, и устройство раскачивается, погружая загрязненный участок в воду. Океан естественным образом смывает налет, обеспечивая самоочистку системы и непрерывный процесс экстракции. В ходе испытаний эта модель показала на 69% более высокое поглощение лития по сравнению со стандартными погружными методами и превзошла натрий по селективности в 370 000 раз. Кроме того, система концентрирует ионы лития в локальной зоне в 15,5 раз, значительно ускоряя кинетику адсорбции.
Важным дополнительным преимуществом технологии является одновременное опреснение воды, что в перспективе может давать питьевую воду как устойчивый побочный продукт добычи лития.
Однако технология нуждается в доработке. Используемые в прототипе марганцево-оксидные адсорбенты деградируют примерно после 30 циклов использования. Ученые рассматривают возможность перехода на более стабильные материалы на основе титана. Также необходима адаптация системы для работы в естественном диапазоне pH морской воды без добавления реагентов.