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德国研发从热水中提取锂的工艺 用于制造电动汽车电池材料

2020-08-07 浏览次数:2,164 次 盖世汽车

无论是用于电网储能、电动移动出行工具或可穿戴电子设备,锂离子电池都已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。每年,德国以外的地区都会开采数百万吨锂,以生产锂离子电池。不过,据外媒报道,德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology,KIT)的科学家们研发了一种经济高效的方法,以在本国开采锂矿。他们计划利用一种微创性工艺,从莱茵河上游地热发电厂的深水中提取锂。


(图片来源:卡尔斯鲁厄理工学院)

在莱茵河上游河沟下的岩层深处埋藏着一种矿物:大量的锂元素溶解在含盐的热水中,等待着被开采。KIT应用地球科学研究所(AGW)的地球科学家Jens Grimmer博士表示:“据我们所知,每升水中锂元素的含量可能高达200毫克。如果我们能够利用此种元素,就可以满足德国相当一部分的需求。”目前,德国的此种稀缺资源纯靠进口,而且主要用于生产电动汽车电池,因此这对于德国联邦政府的气候保护计划也非常重要。进口资源主要来自智利、阿根廷和澳大利亚等国家,上述国家的锂产量占全球总产量的80%以上。

到目前为止,由于缺乏适当的工艺,无法以高成本效益、环保且可持续的方式开采这一资源,德国国内的锂开采工作一直受到阻碍。于是,Grimmer与德国天然气和水资源技术和科学协会(DVGW)研究所的Florencia Saravia博士在KIT Engler-Bunte研究所合作研发了一种新工艺,并在申请专利。Grimmer表示:“第一步要将锂离子从热水中过滤出来;第二步将锂离子进一步浓缩,直到锂可以像盐一样沉积下来。”

与从南美州的盐湖和澳大利亚固体岩石中提取锂的传统方法相比,Grimmer-Saravia的工艺具有几个关键优势:1、使用现有地热发电厂的基础设施,因为每年都有多达20亿升热水流到该发电厂。2、与传统的采矿作业相比,根本就不会有过多的负担,而且土地消耗量也极小。3、由于热水在使用之后会返回到地下,不会释放任何有害物质,地热发电和产热也不会受到影响。4、在地热发电厂的热水循环中,数小时内就可以不断地将锂提取出来,而在南美洲盐湖提取锂需要几个月,而且会严重受到天气的影响。如果有强降雨,锂生产则会推迟数周甚至数月。5、此外,该工艺还可从热水中提取铷或铯等其他稀有且有价值的元素,激光和真空技术就需要用到此类元素。

由于该工艺可以采用地热发电厂的技术和能量基础设施,因而与传统工艺相比,还可达到二氧化碳平衡。Florencia Saravia表示:“为了维持和改善我们的生活水平,我们向第三国家输出了许多环境问题。利用该工艺,我们能够承担起自己的责任,以一种环保的方式在自己家门口提取现代技术所需要的重要原材料。我们还可以建立地区价值链,创建就业机会,同时减少地缘政治依赖。”

两位科学家目前正与行业伙伴合作,以研发一种可以提取锂的测试设备。首个原型设备将建在莱茵河上游的地热发电厂,第一步是提取几公斤的碳酸锂或氢氧化锂。如果实验成功,就计划建设一个大型工厂,如此一来,每个地热发电厂每年就可以生产几百吨氢氧化锂。目前的数据显示,在莱茵河上游德法两国两边的河沟中,每年可提取的锂可达几千吨。

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