Китайские ученые из Чжэцзянского университета создали новое устройство, которое с помощью солнечной энергии позволяет эффективно добывать литий из морской воды, одновременно осуществляя ее опреснение. Данная технология, получившая название «солнечные качели», может стать решением проблемы растущей потребности в литии во всем мире – ключевом компоненте для изготовления аккумуляторов, используемых в электромобилях и электронике, – при одновременном снижении негативного воздействия на окружающую среду.
Ключевой трудностью извлечения лития из морской воды является его незначительное содержание по сравнению с огромным количеством солей, главным образом хлорида натрия, который присутствует в воде в 60 000 раз большем количестве. Используемые обычно методы, основанные на испарении, приводят к быстрому образованию осадка, который засоряет оборудование и препятствует продолжению процесса.
Новейшее устройство, названное солнечным экстрактором-качелями (SPSE), решает эту проблему благодаря своей необычной конструкции. Оно состоит из литиеселективного адсорбирующего слоя, расположенного между двумя гидрофобными слоями, которые поглощают солнечное тепло. Устройство устанавливается под углом 30 градусов. Под воздействием солнечной энергии вода испаряется, концентрируя ионы лития и направляя их к адсорбенту, а солевые отложения формируются на возвышенной части.
Существенная новинка кроется в основе работы устройства, напоминающего качели: по мере накопления соли вес смещается на одну сторону, и оно начинает раскачиваться, погружая загрязненный участок в воду. Океан естественным образом удаляет образовавшуюся пленку, что обеспечивает самоочистку системы и непрерывный процесс извлечения. В ходе тестов эта модель продемонстрировала на 69% более эффективное поглощение лития по сравнению с обычными методами погружения и в 370 000 раз превосходит по селективности натрий. Также система концентрирует ионы лития в определенной области в 15,5 раза, что существенно повышает скорость адсорбции.
Значительным преимуществом данной технологии является возможность одновременной очистки воды, что в будущем может обеспечить получение питьевой воды в качестве стабильного дополнительного результата при добыче лития.
Технология требует дальнейшей отладки. Применяемые в прототипе адсорбенты на основе оксидов марганца теряют свои свойства после около 30 циклов эксплуатации. Исследователи изучают перспективу использования более долговечных материалов на основе титана. Кроме того, необходимо адаптировать систему для функционирования в естественном диапазоне кислотности морской воды без применения дополнительных веществ.
Результаты исследования были в научном журнале Device.