Chiết xuất liti từ nước biển

Hiện tại, liti chủ yếu được lấy từ quặng đá cứng như spodumene hoặc từ nước muối tự nhiên. Cả hai phương pháp này đều tiêu tốn nhiều năng lượng và gây tổn hại đến môi trường.

Gần đây, các nhà khoa học đã phát triển được một số phương pháp bền vững để chiết xuất liti từ nước biển. Một nghiên cứu như thế được công bố vào tháng trước trên tạp chí khoa học Science, do chuyên gia Zhu Jia (Trường ĐH Nam Kinh - Trung Quốc) và Mi Baoxia (Trường ĐH California, Berkeley - Mỹ) dẫn đầu. Họ đã trình làng một thiết bị khai thác và lưu trữ liti sử dụng năng lượng mặt trời (STLES) - bao gồm một bộ bay hơi, một lớp lưu trữ liti và một màng lọc nano. Thiết bị này sử dụng năng lượng mặt trời tạo ra áp suất mao dẫn cao trong bộ bay hơi, giúp đẩy liti qua màng lọc và vào lớp lưu trữ.

Việc khai thác liti từ nước biển là một công nghệ hấp dẫn nhưng có rất nhiều thách thức. Tất cả nước biển trên trái đất chứa khoảng 230 tỉ tấn liti - gấp 16.000 lần trữ lượng có thể khai thác trên toàn thế giới. Tuy nhiên, lượng magiê, canxi, natri, kali dồi dào trong nước biển lại khiến việc tách lấy liti hết sức phức tạp. Theo báo The Paper (Trung Quốc), vào năm 2023, các chuyên gia trong ngành cho biết do nồng độ của liti trong nước biển thấp nên thường phải khử muối trước khi chiết xuất, khiến chi phí tổng thể của phương pháp này cao hơn 10 lần so với các kỹ thuật khác.

Nghiên cứu kể trên có thể thay đổi điều đó, theo tờ South China Morning Post. Nhóm của ông Zhu đã thiết kế một màng ôxit nhôm được điều chỉnh bằng các hạt nano nhôm. Khi nước biển bay hơi dưới tác động của năng lượng mặt trời và chảy qua các kênh trong màng, ion lithium (Li+) được chiết xuất, tách khỏi các ion magiê (Mg2+) và canxi (Ca2+). Theo nghiên cứu, một lớp frit silica xốp, còn gọi là vật liệu gốm xốp, nằm trên màng sẽ thu giữ lượng muối lithium đã tách ra. Việc thu hồi lithium từ frit silica được thực hiện rất đơn giản, chỉ cần rửa bằng nước. Công đoạn này có thể làm vào ban đêm khi hàm lượng muối thấp hơn.

Thiết bị STLES hoạt động thụ động - tức không cần năng lượng đầu vào bổ sung - nên tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Có thể tích hợp STLES với các hồ bay hơi hiện có, giúp giảm chi phí lắp đặt và có tiềm năng xử lý các dung dịch nước siêu mặn với áp suất thẩm thấu cao. "Các thí nghiệm dài hạn, nhiều thử nghiệm màng và các đánh giá quy mô khác nhau đã chứng tỏ độ ổn định, khả năng tương thích cũng như triển vọng ứng dụng của STLES" - ông Zhu đúc kết.

Cũng trên tạp chí Science, một công trình khác do các nhà nghiên cứu Trung Quốc tại Trường ĐH Khoa học và Công nghệ King Abdullah (Ả Rập Saudi) thực hiện đã chiết xuất thành công liti từ nước của biển Chết bằng cách sử dụng pin điện hóa. Trong các thử nghiệm với dung dịch nước mặn mô phỏng có nồng độ dưới 0,1% liti clorua, các nhà nghiên cứu đã đạt được tỉ lệ thu hồi liti trên 80% - đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới khả năng ứng dụng thực tế.

Dù những công nghệ trên đã chứng tỏ triển vọng trong phòng thí nghiệm song cần phải đánh giá thêm tác động về kinh tế và môi trường nếu muốn thương mại hóa. "Thách thức quan trọng là tối ưu hóa hiệu quả chiết xuất trong khi giảm thiểu tác động môi trường, đặc biệt là các vấn đề sử dụng nước và xáo trộn đất đai" - ông Seth B. Darling, chuyên gia tại Trường ĐH Chicago (Mỹ), lưu ý trong một bài đánh giá trên Science.