Các phương tiện năng lượng mới và các thiết bị lưu trữ năng lượng được sản xuất ngày càng nhiều, từ đó thúc đẩy nhu cầu mạnh mẽ đối với lithium. Tuy nhiên, lithium hiện tại chủ yếu có nguồn gốc từ quặng đá cứng, như spodumene hoặc nước muối tự nhiên. Quá trình khai thác lithium từ 2 loại khoáng sản này đều tốn nhiều năng lượng và ảnh hưởng không tốt đến môi trường.
Một nghiên cứu mang tính đột phá được công bố trên Tạp chí Science mới đây đã nói về kỹ thuật chiết xuất lithium từ nước biển, tận dụng năng lượng mặt trời. Nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Nam Kinh và Đại học California, Berkeley do Zhu Jia làm trưởng nhóm, đã thử nghiệm một thiết bị chiết xuất và lưu trữ lithium sử dụng năng lượng mặt trời (STLES).
Thiết bị STLES bao gồm một bộ giúp thoát hơi nước bằng năng lượng mặt trời, một lớp lưu trữ lithium và một màng lọc nano. Công nghệ này sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra áp suất mao dẫn cao bên trong bộ phận thoát hơi nước, giúp đẩy lithium qua màng và đi vào lớp lưu trữ.
Chiết xuất lithium từ nước biển là công nghệ đầy hứa hẹn nhưng lại có nhiều thách thức. Toàn bộ nước biển trên trái đất chứa khoảng 230 tỷ tấn lithium – nguồn tài nguyên lớn gấp 16.000 lần trữ lượng lithium hiện có thể khai thác của thế giới. Tuy nhiên, việc nước biển chứa lượng lớn magie, canxi, natri, kali và lithium khiến quá trình chia tách phức tạp hơn.
Theo hãng tin The Paper có trụ sở tại Thượng Hải vào năm 2023, các chuyên gia trong ngành chỉ ra rằng do nước biển có nồng độ lithium thấp nên cần phải khử muối trước khi chiết xuất. Do đó, tổng chi phí của phương pháp này cao hơn 10 lần so với phương pháp thông thường.
Do chi phí cao và khó khăn trong việc triển khai kỹ thuật, nên việc chiết xuất lithium từ nước biển vẫn chưa trở thành nguồn khai thác chính thống. Song, nghiên cứu gần đây có thể thay đổi điều này.
Nhóm của Zhu đã thiết kế một màng oxit nhôm được chế tạo từ các hạt nano nhôm. Khi nước bốc hơi nhờ năng lượng mặt trời và di chuyển qua các lớp trong màng, các ion lithium được chiết xuất và tác khỏi các ion hoá trị 2 như magie và canxi.
Theo bái báo, một lớp silica xốp hay vật liệu gốm xốp phía trên màng sẽ thu giữ muối lithium đã được tách. Việc thu thập lithium từ lớp silica xốp được thực hiện bằng cách rửa sạch với nước và có thể làm vào ban đêm khi lượng muối thấp hơn.
Theo Zhu, thiết bị STLES hoạt động một cách thụ động, không cần đầu vào năng lượng bổ sung, qua đó giúp tiết kiệm chi phí và năng lượng môi trường. Thiết bị này cũng có thể được tích hợp với các ao xử lý bốc hơi nước sẵn có, giúp giảm chi phí lắp đặt và có khả năng xử lý nước muối siêu mặt bằng áp suất thẩm thấu cao.
Trong cùng một ấn bản của tạp chí Science, một nghiên cứu khác do các nhà nghiên cứu Trung Quốc tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) ở Ả Rập Xê Út thực hiện cho thấy đã đạt được thành công trong việc chiết xuất lithium từ nước muối Biển Chết bằng cách sử dụng các tế bào điện hóa.
Trong các thử nghiệm thí điểm liên quan đến nước muối mô phỏng có hàm lượng lithium clorua dưới 0,1%, các nhà nghiên cứu đã đạt được tỷ lệ thu thập lithium vượt 80%. Điều này đánh dấu một bước tiến đáng kể hướng tới tính khả thi trong thế giới thực.
Mặc dù các công nghệ này đã cho thấy triển vọng trong phòng thí nghiệm và ở quy mô thí điểm sơ bộ, nhưng hiệu quả kinh tế và tác động môi trường trong các ứng dụng quy mô thương mại vẫn cần được đánh giá thêm.
Tham khảo SCMP
