锂作为电池重要原材料之一，目前大部分都是采取从锂盐湖中提取的工艺，整个过程繁琐且耗时长，同时还需要大量土地和空间，带来巨大环境成本。针对这个资源密集、高成本过程，美国普林斯顿大学一个科研团队日前研发出一种新的基于绳子的锂提取技术，不仅颠覆了传统工艺，甚至还可以通过更环保的方式低价量产锂。
“提取绳”技术核心是一组扭曲成绳的多孔纤维，具有亲水核心和疏水表面，随着绳子表面水迅速蒸发，盐浓度越来越高，最终形成氯化钠和氯化锂晶体。《自然-水》/图
无需化学品且省水
普林斯顿大学安德林格能源与环境中心土木与环境工程教授、研究小组负责人Jason Ren领导的团队在学术期刊《自然-水》发表研究报告指出，新技术核心是一组扭曲成绳的多孔纤维，具有亲水核心和疏水表面，将其末端浸泡在盐水溶液中，水沿着绳子通过毛细管向上移动，整个过程与树木从根部吸收水到叶子的过程相同。随着绳子表面水继续蒸发，盐浓度越来越高，最终形成氯化钠和氯化锂晶体。
Jason Ren表示，由于物理性质不同，锂和钠会在绳子的不同位置结晶。钠盐溶解度较低，在绳子下端结晶，而高溶解度的锂盐则在绳子顶部附近结晶。由于两者的自然分离，可以单独收集锂和钠，此前通常需要额外的化学品进行分离。
“整个过程就像将一个蒸发池挂在一根绳子上。”研究合著者、安德林格能源与环境中心博士后Sean Zheng说，“可以在显著减少空间足迹的情况下获取锂，还可以对过程进行更精确控制。”
Jason Ren团队的目标是通过蒸发和毛细管现象的基本过程来浓缩、分离和获取锂，他们通过构建100根“提取绳”阵列来展示技术的潜在可扩展性。与传统蒸发方法相比，该技术可以节省大量水资源，操作方便的同时还能减少更多碳足迹。
“未来通过进一步改进还能实现广泛规模化应用，成为应对关键能源挑战的环保解决方案。”Jason Ren强调。
节省场地面积并减少时间
据了解，目前，全球大部分锂是从位于盐滩的盐水储层中提取，这种生产方法通常需要数百平方公里土地，并需要数月甚至数年时间才能生产出可用于电池的锂。
全球范围内，只有少数几个具有足够高初始锂浓度、丰富可用土地、干旱气候的地区，可以商业化生产锂。比如，美国只有一个活跃的锂盐水提取地，位于内华达州，占地面积超过18.13平方公里。
另外，传统盐水提取需要从盐滩、咸湖或地下含水层建造一系列巨大蒸发池来浓缩锂，这个过程可能需要几个月到几年。相比之下，“提取绳”技术更紧凑，可以缩减生产所需面积和时间，实现更小成本、更快速生产。值得一提的是，新技术还可以解锁那些以前被认为太少、太稀、不值得商业化开发的锂资源，如废弃油气井、地热盐水等。
此外，“提取绳”技术还可以在更潮湿的环境中运用，蒸发速度甚至不降反增。Jason Ren团队已经开始讨论利用该技术从海水中提取锂的前景。
《自然-水》基于目前的研究估计，采用“提取绳”技术可以减少土地使用面积90%以上，蒸发过程可以加速20倍以上，与传统蒸发池相比，可以用不到一个月的时间获得锂。
“随着技术不断创新和成熟，规模化提取锂不再是梦想。这为清洁产锂提供了新思路。”Jason Ren说。
为锂商业量产开辟新途径
路孚特指出，目前全球正常投产的锂矿仅有101座，有数百座锂矿还在勘探中。根据国际能源署数据，2010-2019年间开发锂矿，从启动到投产平均耗时超过16年。也就是说，锂商业化量产目前在全球范围内仍然是一个艰巨的任务。
据悉，Jason Ren团队已经围绕“提取绳”技术成立了初创公司，目标是推进该技术的商业化应用。Jason Ren团队同时还在开发第二代“提取绳”技术，以实现更高效率、更高产量和更好的结晶过程控制。
“我们的方法便宜、容易操作，而且只需要很少能源，是一种环保的解决方案。”Jason Ren说，“随着实现商业化并最终走向量产，可以为环保且规模化提取锂开辟新途径，破解锂短缺困局。”
德意志银行锂和清洁技术研究主管科琳·布兰查德表示：“我们相信，锂时常会出现短缺。供应会持续增长，但需求却将以更快速度增长。”德意志银行预计，到2025年底，碳酸锂将出现约4万吨-6万吨的缺口，到2030年底缺口将扩大至76.8万吨。惠誉解决方案则预计，全球最早将在2025年面临锂短缺问题。
根据麦肯锡数据，2021年，锂总需求量为50万吨碳酸锂当量，预计到2030年将增长至200万吨-300万吨。另外，2015年只有不到30%的锂需求来自电池，随着电动汽车和储能技术加速普及，到2030年电池将占到锂需求的95%。在全球绿色转型大背景下,锂供不应求将比预期中更早到来,尽快破解量产难题无疑是当务之急。
