Στη χημεία, ορισμένα προβλήματα είναι τόσο επίμονα που τους αποδίδεται το παρατσούκλι «για πάντα». Οι υπερφθοροαλκυλικές και πολυφθοροαλκυλικές ουσίες (PFAS) είναι διαβόητοι περιβαλλοντικοί κακοποιοί. Αυτές οι ενώσεις παραμένουν στο έδαφος, μολύνουν το πόσιμο νερό και είναι γνωστές για την αντοχή τους στην αποικοδόμηση.
Μετατροπή των τοξικών ουσιών
Ωστόσο, μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο Rice, με επικεφαλής τον χημικό James Tour και τον ερευνητή Yi Cheng, βρήκε έναν τρόπο να μετατρέψει αυτές τις τοξικές ουσίες σε ένα εργαλείο υψηλής τεχνολογίας. Σε μια νέα μελέτη, η διαδικασία χρησιμοποιεί χρησιμοποιημένο PFAS για την εξαγωγή λιθίου από άλμη υψηλής αλατότητας. Είναι μια κλασική περίπτωση χρήσης ενός ρεύματος αποβλήτων για την επίλυση της σπανιότητας ενός άλλου.
«Η εξαγωγή λιθίου από άλμη μπορεί να είναι λιγότερο επιβλαβής για το περιβάλλον από τη συμβατική εξόρυξη, αλλά εξακολουθεί να αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως η επιλεκτικότητα, το κόστος και η χρήση νερού. Είδαμε μια ευκαιρία να χρησιμοποιήσουμε το φθόριο που είναι κλειδωμένο στο PFAS για να ανακτήσουμε το λίθιο σε μια γρήγορη, λιγότερο επιβαρυντική διαδικασία», δήλωσε ο Cheng, ο πρώτος συγγραφέας.
Η διαδικασία εξαγωγής
Η διαδικασία ξεκινά με χρησιμοποιημένο ενεργό άνθρακα — το υλικό που χρησιμοποιείται για το φιλτράρισμα των PFAS από τον αφρό πυρόσβεσης και το νερό. Συνήθως, αυτός ο άνθρακας αντιμετωπίζεται ως επικίνδυνο απόβλητο μόλις γεμίσει. Η ομάδα του Rice το είδε διαφορετικά ως πηγή φθορίου.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, ο άνθρακας κορεσμένος με PFAS αναμίχθηκε με άλμη υψηλής αλατότητας, δημιουργώντας ένα μοναδικό περιβάλλον αντίδρασης στο οποίο τα παγιδευμένα ανιόντα φθορίου μπορούσαν να απελευθερωθούν για να συνδεθούν με κατιόντα λιθίου.
Αυτή η προσέγγιση απόβλητου προς αξία μετατρέπει ένα προβληματικό υποπροϊόν της αποκατάστασης νερού σε μια ζωτική εισροή για την αλυσίδα εφοδιασμού μπαταριών.
«Υπήρχε πολύτιμο κατιόν, το λίθιο, που βρέθηκε σε ένα άλας στην άλμη. Ο χρησιμοποιημένος άνθρακας περιέχει φθόριο, ένα ανιόν, κλειδωμένο μέσα σε μόρια PFAS. Θέλαμε να απελευθερώσουμε αυτό το φθόριο και να το συνδυάσουμε με το απελευθερωμένο λίθιο, ώστε να μπορέσουμε να συλλέξουμε το προκύπτον άλας, το φθοριούχο λίθιο», εξήγησε ο Cheng.
Για να ξεκλειδώσει αυτό το φθόριο, η ομάδα χρησιμοποίησε Flash Joule Heating. Εκτόξευσαν το μείγμα με έναν παλμό υψηλής ενέργειας, στέλνοντας θερμοκρασίες που εκτοξεύτηκαν πάνω από 1.000°C σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Η έντονη θερμότητα διασπά τους ισχυρούς δεσμούς άνθρακα-φθορίου. Μόλις απελευθερωθούν, τα άτομα φθορίου αναζητούν έναν νέο σύντροφο και τον βρίσκουν στο λίθιο που βρίσκεται στην άλμη, σχηματίζοντας φθοριούχο λίθιο.
Διπλή νίκη για το περιβάλλον
Η ενσωμάτωση του λιθίου σε ένα άλας είναι μόνο η μισή μάχη. Η άλμη είναι μια ακατάστατη σούπα ασβεστίου, μαγνησίου και καλίου. Για να βγάλουν τον λευκό χρυσό από το μείγμα, η ομάδα πάτησε ξανά τον διακόπτη.
Θερμαίνοντας το μείγμα σε ένα συγκεκριμένο παράθυρο μεταξύ 1.676°C και 2.260°C, μπόρεσαν να εξατμίσουν το φθοριούχο λίθιο αφήνοντας βαρύτερες ακαθαρσίες, όπως φθοριούχα μαγνησίου και ασβεστίου, σε στερεά κατάσταση. Αυτή η ταχεία απόσταξη flash κατέγραψε ένα πτητικό ρεύμα λιθίου με καθαρότητα 99%, επιτυγχάνοντας ποσοστό ανάκτησης 82% σε λίγα δευτερόλεπτα. Η ομάδα δοκίμασε ακόμη και το τελικό προϊόν σε πραγματικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Το ανακτημένο φθοριούχο λίθιο ενσωματώθηκε σε τυπικούς ηλεκτρολύτες μπαταριών. Εκτεταμένες δοκιμές επιβεβαίωσαν ότι αυτή η ανακυκλωμένη πηγή βελτίωσε τη σταθερότητα και την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου σε σύγκριση με τα συμβατικά υλικά.
Άλλες μέθοδοι εξαγωγής λιθίου δεν είναι βιώσιμες. Συχνά περιλαμβάνουν τεράστιες λίμνες εξάτμισης που κάθονται στον ήλιο για μήνες, καταναλώνοντας δισεκατομμύρια γαλόνια νερού σε συχνά άνυδρες περιοχές. Η μέθοδος Rice διαρκεί λεπτά, όχι μήνες. Επίσης, χρησιμοποιεί σημαντικά λιγότερο νερό και ενέργεια από την συμβατική εξόρυξη άλμης.
Αυτή η προσέγγιση διπλής ωφέλειας καταστρέφει ταυτόχρονα επικίνδυνες «χημικές ουσίες για πάντα» και παράγει λίθιο υψηλής ποιότητας, κατάλληλο για μπαταρίες.
www.worldenergynews.gr
