“Lithiumtekort” is sprookje

Geschreven door

Moises van der Vlis

Gecontroleerd door

Geoff

Bijgewerkt op

9 april 2023

[addtoany] ×

Weliswaar is lithium in mijnen zeer schaars, maar de oceanen bevatten vele tonnen per aardbewoner. Waarom is het lithiumtekort slechts een gevolg van domme keuzes? Je leest het antwoord op deze vraag in dit artikel.

Lithiumtekort: is lithium schaars?

Lithium is niet één van de meest voorkomende chemische elementen. Dat is maar goed ook, want in hoge doses is lithium giftig. Per kilo gesteente is er gemiddeld 20 mg, de massa van een korrel rijst. In de oceaan is de concentratie minder dan een honderdste hiervan: 0,17 mg per liter. Dat is de massa van een kleine zoutkorrel.

Dat betekent dat lithium weliswaar vrij zeldzaam is, maar niet onvindbaar. Op bepaalde plaatsen komt veel lithium voor, omdat dit zeer lichte en mobiele element zich concentreert als zoutpannen indrogen. Ook zijn er gesteenten, zoals spodumeen, waarin veel lithium voorkomt. Deze winbare reserves op het land zijn beperkt, afhankelijk van de bron tussen de 14 miljoen en ongeveer 90 miljoen ton met de lithiumprijzen van nu. Vandaar de zorgen rondom een lithiumtekort. Worden deze prijzen tien keer zo hoog? Dan worden ook armere lithiumbronnen, waarvan er veel meer zijn, winbaar.

De oceaan, de meest overvloedige bron van lithium

De overvloedigste bron van lithium is de oceaan. Weliswaar is de concentratie vrij laag, maar lithium in het oceaanwater is veel makkelijker te winnen dan uit de aardkorst. Het is al opgelost in water, dus we hoeven alleen maar de opgeloste lithium er tussenuit te vissen.

Lithium, heel bijzonder spul

Gelukkig zijn daar methodes voor, want lithium is in veel opzichten een nogal extreem element. Het is bijvoorbeeld verreweg het lichtste metaal. Een blokje lithium steekt voor de helft uit boven het water omdat de dichtheid maar de helft is van die van water.

Daarbij is het ook nog extreem reactief. Daarom zijn lithiumbranden ook zo moeilijk om te blussen. Een andere zeer nuttige eigenschap is dat lithiumionen heel klein zijn. Daardoor kunnen ze makkelijk door de poriën tussen de atomen in bepaalde andere vaste stoffen reizen. De oplossing voor het lithiumtekort?

Oceaanwater eindigt lithiumtekort

Hebben we eenmaal zo’n methode, dan is oceaanwater ideaal. Je kan het pompen en hebben we het lithium er eenmaal op milieuvriendelijke wijze er tussen uit gevist, weer terug lozen de zee in. Lithium heeft geen biologische functie, dus dat is ook niet schadelijk voor het zeeleven. Lithiumtekort is dus voor het leven niet echt een probleem.

Het goede nieuws is, een dergelijke methode is ontdekt, door een aantal Chinese onderzoekers verbonden aan de King Abdullah University of Science and Technology KAUST in Saoedi-Arabië. Het proces maakt gebruik van een selectief membraan, waardoor alleen de zeer kleine lithiumionen kunnen lekken en andere ionen niet. Dit membraan bestaat uit de verbinding lithium lanthaan titanium oxide (LLTO), een keramisch materiaal.

Door spanning te zetten over het membraan, lekken de kleine, positief geladen lithiumionen (Li+) door het LLTO membraan, terwijl de veel grotere natrium- en magnesiumionen achterblijven. De zuurstofatomen in het kristalrooster vormen op sommige plekken een ruitvormig gat, waar alleen de kleine lithiumionen zich doorheen kunnen wurmen. Aan de andere kant zit een standaard anion exchange membraan, dat de chloorionen doorlaat. Als bijproducten vormen zich chloorgas en waterstofgas, beide gewilde grondstoffen. Zie diagram.

En de energiekosten? Die zijn weliswaar met 76,34 kWh voor de verrijkte lithiumoplossing (waaruit eenvoudig puur lithium is te halen) fors, maar daarvoor in ruil krijg je wel 1 kg lithium, bijna 0,9 kilo waterstof en 30 kg chloorgas. Zonne-energiecentrales in het Midden-Oosten halen nu ongeveer 2 cent per kilowattuur, zodat je voor een prikje lithium hebt, plus ook nog eens gratis chloor en waterstof.

Pilotfabriek aan de Rode Zee

Ondertussen wordt de ontdekking gecommercialiseerd door de startup Lithium Infinity (Lihytech), die 6 miljoen aan subsidie heeft ontvangen van de universiteit en het Saoedische mijnbouwbedrijf Ma’aden. Met dat geld gaat de startup een pilotfabriek bouwen aan de Rode Zee. Plek voor zonneparken genoeg in het 2 miljoen vierkante kilometer grote woestijnkoninkrijk, dus als het pilotproject slaagt, zal dit een mooie nieuwe inkomstenbron vormen voor de Saoediërs. En het einde betekenen van het lithiumtekort. Wat heel goed nieuws is voor onze energieonafhankelijkheid en het stabiliseren van het CO2-gehalte in de lucht.

Bron

Li, Z., Li, C., Liu, X., Cao, L., Li, P., Wei, R., Li, X., Guo, D., Huang, K-W. & Lai, Z. Continuous electrical pumping membrane process for seawater lithium mining. Energy and Environmental Science  14, 3152-3159 (2021).