เครดิตภาพ: Jayanthi Kumar, Parans Paranthaman และ Philip Gray/ORNL กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
นักเคมีจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory หรือ ORNL) ของสหรัฐฯ ได้พัฒนาวิธีการการสกัดลิเธียมที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยการใช้อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อสัณฐาน (amorphous aluminum hydroxide) เป็นตัวดูดซับลิเทียมจากน้ำเสียที่ถูกชะล้างจากแหล่งเหมืองแร่ แหล่งน้ำมัน และแบตเตอรี่ใช้แล้ว
ลิเธียม (Lithium) เป็นโลหะน้ำหนักเบาที่ใช้กันทั่วไปในแบตเตอรี่ต่างๆ โดยเฉพาะในยานพาหนะไฟฟ้า ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้บรรลุการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิเป็นศูนย์ (Net zero emission) ภายในปี 2050 โดยในทางอุตสาหกรรมนั้น ลิเธียมถูกสกัดจากน้ำเกลือ (brines) หิน และดินเหนียว แต่การผลิตลิเทียมจากอเมริกาเหนือมีต่ำกว่า 2 %
อะลูมิเนียม (Aluminum) เป็นแร่ธาตุที่พบมากในเปลือกโลก จากการทดลองพบว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อสัณฐานซึ่งมีความเสถียรต่ำ จะมีประสิทธิภาพสูงในการดูดซับลิเทียม โดยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อสัณฐาน 1 กรัม สามารถจับลิเธียมได้ 37 มิลลิกรัม ซึ่งมากกว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในรูปแบบผลึก ที่เรียกว่า gibbsite ประมาณห้าเท่า โดยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะดูดซับลิเธียมในรูปของลิเธียมซัลเฟต ในกระบวนการที่เรียกว่าลิไทเอชั่น (Lithiation) ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จะสกัดลิเธียมไอออนจากตัวทำละลายเพื่อสร้างเฟสไฮดรอกไซด์สองชั้น (Layered Double Hydroxide หรือ LDH) ที่เสถียร จากนั้นกระบวนการที่เรียกว่าดีลิไทเอชั่น (Delithiation) ในน้ำร้อน จะทำให้ลิเธียมไอออนถูกปล่อย และตัวดูดซับจะถูกสร้างขึ้นมาใช้ซ้ำได้เอง ทำให้สกัดลิเธียมได้มากขึ้น
ข้อดีคือกระบวนการนี้สามารถทำได้ในช่วง pH ที่กว้าง (pH 5 -11) เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสกัดลิเธียมโดยตรงอื่นๆ โดยกระบวนการสกัดแบบไร้กรดนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิเพียง 140 องศาเซลเซียส ซึ่งต่ำกว่าวิธีการดั้งเดิมที่ใช้อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียสโดยใช้กรดร่วมด้วยในการสกัด หรือ 800 ถึง 1,000 องศาเซลเซียสโดยไม่มีกรด
การวิจัยนี้เผยให้เห็นเส้นทางที่มีส่วนช่วยในการเปลี่ยนจากเศรษฐกิจเชิงเส้น (Linear economy) ไปสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular economy) ซึ่งวัสดุจะถูกหมุนเวียนมาใช้ให้นานที่สุด เพื่อลดการใช้ทรัพยากรและการสร้างของเสีย ทำให้คุ้มค่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น นวัตกรรมของ ORNLนี้ กำลังอยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตร ซึ่งวิธีการสกัดนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการสกัดลิเธียมจากแหล่งต่างๆ รวมถึงแหล่งเหมืองแร่ แหล่งน้ำมัน และแบตเตอรี่ใช้แล้ว ซึ่งจะตอบสนองความต้องการลิเธียมในแบตเตอรี่ที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า งานในอนาคตมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการให้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มการจัดหาลิเธียมในประเทศสหรัฐอเมริกา ความก้าวหน้าครั้งนี้ได้รับทุนสนัยสนุนจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐ และตอกย้ำความมุ่งมั่นของ ORNL ในการจัดการกับความท้าทายที่สำคัญในด้านวิทยาศาสตร์ พลังงาน และวัสดุ
ข้อมูลอ้างอิง
Chemists invent a more efficient way to extract lithium from mining sites, oil fields, used batteries สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2567 จาก www.ornl.gov/news/chemists-invent-more-efficient-way-extract-lithium-mining-sites-oil-fields-used-batteries
Integrated Circular Economy Model System for Direct Lithium Extraction: From Minerals to Batteries Utilizing Aluminum Hydroxide สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2567 จาก https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c12070