如果你有一罐許多不同顏色的彈珠，但只想要綠色的那么你怎么能有效地把它們挑出來(lái)？如果這不是彈珠，而是一罐閃光劑，其中還混有沙子、膠水和泥巴那你又打算怎么做呢？這一問(wèn)題開(kāi)始了作為地熱能源生產(chǎn)的一部分從加州索爾頓海(Salton Sea)下抽出鹽水的復雜性的討論。
對于世界各地的地熱田來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的地熱鹽水被簡(jiǎn)單地注入地下，但現在已經(jīng)很清楚，索爾頓海地熱田產(chǎn)生的鹽水含有大量的鋰，這是低碳交通和能源儲存所需要的關(guān)鍵資源。鋰的需求正在激增，因為它是鋰離子電池的一個(gè)重要成分。目前，美國的鋰生產(chǎn)很少，大部分鋰都是進(jìn)口的；然而這種情況在不久的將來(lái)可能會(huì )改變。
來(lái)自美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的研究人員最近發(fā)表了一份關(guān)于過(guò)去和當前從地熱鹽水中提取礦物的技術(shù)的全面回顧。發(fā)表在《Energies》上的這篇評論討論并評估了用于從鹽水中提取鋰的一系列廣泛的技術(shù)。該評論發(fā)現，加州索爾頓海地區的地熱鹵水有望成為未來(lái)國內鋰的主要來(lái)源，但需要克服重大的技術(shù)挑戰。
“現在開(kāi)發(fā)國內鋰資源的主要動(dòng)力之一是我們在未來(lái)將需要大量的鋰，”這項研究的論文第一作者Will Stringfellow表示，“我們依賴(lài)從其他國家的地球上提取的鋰--而且還在海外加工--所以我們沒(méi)有任何重要的國內電池生產(chǎn)。但在美國有很多潛在的鋰資源可以被開(kāi)發(fā)。因此，我們正在研究這些資源是否能夠以真正環(huán)保的方式提取和使用，從而使它們成為真正的‘綠色’鋰資源。”
從地熱鹽水中提取鋰預計將特別具有挑戰性。鹵水從地下出來(lái)時(shí)溫度極高，除了鋰之外它還含有豐富的許多溶解的礦物。“它的溫度超過(guò)100攝氏度，所以你必須處理好熱量，并且它的鹽分非常非常高--約占重量的25%。有大量的鹽意味著(zhù)大量的鈉、大量的氯，還有大量的鈣和鎂--以及其他東西如鐵和硅。這些都是有可能干擾提取的材料，”Stringfellow解釋道。
美能源部(DOE)對地熱能源和鋰礦供應鏈都很感興趣。Stringfellow表示，他是工業(yè)廢物處理和管理方面的專(zhuān)家，“我們受能源部地熱技術(shù)辦公室的委托，對地熱能源生產(chǎn)背景下的礦物提取技術(shù)進(jìn)行獨立分析。以前曾有過(guò)對個(gè)別基本工藝的審查，但據我們所知，這是第一次全面審查，其審查的是工藝中更多的應用科學(xué)方面。”
Stringfellow及論文共同作者Patrick Dobson（伯克利實(shí)驗室地熱系統項目的負責人）對已發(fā)表的文獻以及工業(yè)和政府報告進(jìn)行了研究，另外還對鋰提取技術(shù)專(zhuān)利也進(jìn)行了徹底審查。雖然技術(shù)上最先進(jìn)的提鋰方法是使用無(wú)機吸附劑吸附鋰，但其他有前景的技術(shù)也正在開(kāi)發(fā)中。無(wú)機分子篩離子交換吸附劑正被應用于從鹽水中提取鋰，該論文中就有討論了這種技術(shù)在過(guò)去及在現在的應用。
Dobson和Stringfellow是鋰資源研究和創(chuàng )新中心(LiRRIC)的成員，該中心成立于伯克利實(shí)驗室，旨在為可持續的國內鋰提取、精煉和電池等應用的材料合成開(kāi)發(fā)科學(xué)和技術(shù)。
最近的項目則集中在如何在無(wú)需冷卻的情況下實(shí)時(shí)確定熱鹽水的化學(xué)成分，從而實(shí)現更好的過(guò)程控制，使鋰的提取效率最大化。另外，他們還在跟索爾頓海運營(yíng)的兩家公司--Berkshire Hathaway Energy和Controlled Thermal Resources--一起進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析以了解鋰提取技術(shù)是否可以做到跟其他形式的鋰生產(chǎn)具有成本競爭力。這些努力還得到了加州能源委員會(huì )和能源部先進(jìn)制造辦公室的支持。
LiRRIC主任Mike Whittaker表示：“伯克利實(shí)驗室開(kāi)創(chuàng )了鋰電池技術(shù)并通過(guò)利用自然資源和與這些資源所在的社區公平互動(dòng)、繼續推動(dòng)鋰電池創(chuàng )新的前沿。”
