Lithium v minerální vodě: Komplexní pohled na jeho využití a těžbu

Lithium, stříbřitě šedý, lehký a měkký kov, objevený švédským vědcem Johanem Augustem Arfwedsonem v roce 1817, se stalo v posledních desetiletích jednou z nejžádanějších komodit. Jeho jedinečné vlastnosti mu zajišťují širokou škálu využití od keramických hmot a skla, přes maziva a kosmetiku, až po letecký průmysl a jaderné reaktory. Nicméně, středobod naší pozornosti z něj udělala až doba přenosné elektroniky a nástup elektromobility.

Historie a využití lithia

Již několik set let se soli lithia používají v medicíně, například při léčbě bipolární poruchy. Jeho povzbuzující účinky na náladu a mozkovou činnost byly dokonce využívány jako reklamní tahák pro limonádu 7Up, která až do 50. let lithium obsahovala. V době koronakrize, kdy má psychické potíže každý druhý, by "automatický" přísun nějakých pomocných látek mohl být důležitý, avšak dnes už není lithium jako lék na psychické potíže moc častý, protože v terapeutické dávce mívá celou řadu negativních vedlejších účinků.

Kromě medicíny a průmyslu je lithium také významnou přísadou pro výrobce pyrotechniky, kde ve směsi se solemi stroncia vytváří jasně červené ohňostroje.

Lithium a demence

Zajímavé jsou také studie zkoumající souvislosti mezi lithiem v pitné vodě a výskytem demence. Vědci nejprve na různých místech odebrali celkem 151 vzorků a vytvořili komplexní mapu hladin lithia v pitné vodě ve všech 275 historických obcích v Dánsku. Následně se podívali do zdravotnické dokumentace 73 731 pacientů s demencí a 733 653 zdravých lidí (kontrolní skupina). Z analýzy těchto dat vyplynulo, že vyšší hladiny lithia ve vodě z vodovodu pozitivně korelují s menším počtem případů onemocnění demencí v daných oblastech. U populací, které pijí vodu obsahující alespoň 10 μg lithia/litr, bylo ve srovnání s populacemi pijícími vodu s 2 až 5 μg lithia/litr zaznamenáno 17% snížení výskytu demence. Tato hypotéza je překvapivá, ale mechanicky přijatelná. Nicméně, celá studie je ve skutečnosti dnes oblíbenou metaanalýzou, kdy se prostě zpracují data, která se nasbírala při jiných příležitostech. Autoři studie navíc maximalisticky dodávají, že u lithia v pitné vodě nemusí jít jen o maniodepresivitu, ale třeba i o souvislost s násilnou kriminalitou nebo prevencí demence. Rozdíly mezi koncentracemi lithia v pitné vodě v různých oblastech byly dost vysoké, od 3,8 po 40, výjimečně až po 80 mikrogramů na litr.

Spíše půjde o to, že na pitné vodě nebude asi tolik záležet. Mnohem více lithia do sebe můžeme dostat v různých minerálkách (včetně tuzemských) nebo i v některých obyčejných balených vodách. Existují tradičně vyhledávané minerální vody a prameny, u nichž se dodatečně zjistilo, že obsahují (mj.) hodně právě lithia. Konzumace takových minerálek zřejmě pomáhá nejen lidem psychicky nemocným, ale i na únavu či kocovinu. Pro představu trocha čísel: Bílinská kyselka obsahuje 4,33 mg lithia na litr, tedy asi stokrát více než průměrná kohoutková voda ve výše uvedené studii (tam je to v mikrogramech). Vincentka až 10 mg. Plošné přidávání lithia do pitné vody aktuálně nikdo nenavrhuje, i když i taková doporučení se již v minulosti vyskytla. Bylo by to ale podle mého názoru krajně neefektivní.

Čtěte také: Dřevovláknité desky vs. minerální izolace

Zdroje lithia a jeho těžba

Lithium se v přírodě nenachází volně, ale buďto v minerálech (většina hlubinných vyvřelin) anebo v minerálních vodách (v koncentracích i přes 200 ppm). Ze zhruba stodeseti minerálů, které obsahují lithium, se nejběžněji vyskytuje spodumen, lepidolit, petalit a amblygonit. V současné době ovšem převládá ekonomicky výhodnější trend získávání lithia z podzemních minerálních vod. Celkově lze říci, že zhruba 2/3 lithia z pozemních zdrojů je obsaženo v minerálních vodách a zhruba 1/3 lithia se získává z minerálů.

Těžba z minerálů

Lithium lze z minerálů získávat několika způsoby. Kyselý způsob spočívá v zahřátí rudy v peci na teplotu zhruba 1100 °C. Po pražení je ruda smíšena s kyselinou sírovou a nadále zahřívána při teplotě okolo 250 °C. Poté je extrahována vodou do roztoku ve formě Li₂SO₄. Li₂CO₃ se poté získá úpravou přidáním uhličitanu sodného, úpravou pH, dočištěním a odpařením. Uhličitan se poté převede na LiCl reakcí s HCl. Bazický způsob spočívá v rozdrcení rudy a jejím následném pražení s vápencem při 900 °C.

Těžba z minerálních vod

Z minerálních vod se lithium může získat např. zakoncentrováním a vysrážením ve formě Li₂NaPO₄. Největší zásoby lithia, asi 70 % světových zásob, se nacházejí v tzv. lithiovém trojúhelníku, který se táhne přes suché náhorní plošiny Chile, Argentiny a Bolívie. Lehký kov se zde získává ze slané vody, která je čerpána z hloubky několika set metrů na povrch v odpařovacích nádržích. Obsah lithia v solance je hluboko pod jedním procentem. Trvá až dvanáct měsíců, než se odpaří dostatek vody, než se obsah lithia zvýší na šest procent. Přestože proces odpařování trvá dlouho, využívá pouze přírodní sluneční energii, která má pozitivní vliv na bilanci CO₂.

V porovnání s těžbou jiných nerostů je to poměrně nenáročný proces, který ale samozřejmě není zcela bezproblémový. Asi největším negativem zpracování solanky je vysoká spotřeba vody potřebné na zavodňování sedimentačních pánví, vymývání, filtraci a odlučování nežádoucích přísad. Oblasti lithiového trojúhelníku přitom patří k nejsušším krajinám na planetě a například v čilském Salar de Atacama těžba lithia spotřebovává neuvěřitelných 65 % vody z celého regionu. Tento proces má významný dopad na místní ekosystémy a zásoby vody, což vede k protestům místních obyvatel a obavám o biodiverzitu, například populace plameňáků.

Inovativní metody těžby

Situace se v blízké budoucnosti nicméně může radikálně zlepšit díky inovativním způsobům těžby. Mezi nejslibnější patří řešení společnosti Lilac Solution. Ta vyvinula metodu, která technologií na bázi výměně iontů získává lithium bez nutnosti odpařování slaných roztoků, s mnohonásobně vyšší efektivitou a pouze v řádu hodin. Výsledky testů jsou natolik slibné, že firmu podpořil výraznou investicí fond Breakthrough Energy Ventures, který založila University of California. Lilac Solution má se zkušební těžbou začít již letos v Argentině a pokud se osvědčí, bude ji dále rozšiřovat i na dnes nevyužívané zdroje solanky, jako jsou ropná pole nebo geotermální elektrárny.

Čtěte také: Jak montovat terasová prkna na minerální izolaci?

DLE (přímá extrakce lithia) je považována za ekologičtější alternativu k odpařovacím nádržím. Americká společnost Livent tuto metodu úspěšně používá již řadu let v Salar de los Muertos v Argentině. Metoda zajišťuje udržitelné využívání vody a minimalizuje dopad na místní ekosystémy. DLE zahrnuje řadu různých technik, ve kterých je lithium extrahováno ze solanky. Patří mezi ně chemické srážení, adsorpce, extrakce rozpouštědlem nebo membránové technologie. Výzvou je, že DLE se musí přizpůsobit příslušnému zdroji lithia, protože minerální složení solných roztoků se velmi liší. Živý postup proto nelze převádět jedna ku jedné na jiné platy. Livent je jednou z mála společností vyrábějících lithium komerčně pomocí DLE.

Geotermální lithium

Čerpání vody z hlubin, separace lithia a jeho využití k výrobě baterií pro elektromobilitu - myšlenka ekologického a regionálního lithia jako vedlejšího produktu geotermální energie se zdá slibná. Tým z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) shrnul stav výzkumu, analyzoval trhy a vyhodnotil technologie. Podle toho by se v Německu teoreticky mohly těžit tisíce tun lithia ročně, ale ústřední otázky je třeba ještě objasnit. Těžba lithia v geotermálních elektrárnách má využívat stávající infrastrukturu v Evropě, se kterou se velké množství termální vody, z nichž některé mají vysoký obsah lithia, se již čerpá. Po výrobě energie má být lithium technologicky odděleno a voda, jak je v provozu elektrárny obvyklé, se má vrátit zpět do podloží.

Těžba lithia v České republice

Vrch Cínovec v Krušných horách vděčí za své jméno cínovým dolům, které zde vznikly už ve 14. století. Do zpráv se hora dostala před několika lety, kdy se začalo diskutovat o využití údajně největšího naleziště lithia v Evropě, jehož kapacita se odhaduje na 100-300 let. Cínovecké doly jsou unikátní tím, že se zde lithium nachází v podobě slídy pojmenované cinvaldit. Její výhodou je, že obsahuje také železo, a je tedy magnetická, a to navíc právě v té části, která obsahuje lithium. Cinvaldit tedy lze po vytěžení rozemlít, oddělit mechanicky těžké složky, jako je cín a wolfram, a ze zbytků magnetickou separací získat část obsahující lithium. V porovnání s australskými doly, kde se využívají složité hydrometalurgické procesy, jde o daleko jednodušší postup. Podle geologických průzkumů jsou u nás na lithium nejbohatší především území vázaná na části masivů lithných granitů, které se vyskytuji v oblastech Slavkovského lesa a Krušných hor. Přestože na konci loňského roku se firma Geomet a její australští partneři dohodli na společném postupu s polostátním ČEZem, návratnost investice je stále předmětem probíhajících studií.

Lithium v bateriích a elektromobilita

Přestože je s námi lithium už několik set let, všechna jeho dosavadní použití byla před nedávnem odsunuta do pozadí a o kovu se začalo mluvit takřka výhradně v souvislosti s elektronickými přístroji. Lithium je pro využití v bateriích vhodné z několika důvodů. Je vysoce vodivé a lehké, což ho předurčuje k použití v přenosných přístrojích. Díky ochotě elektronů putovat oběma směry mezi kladným a záporným pólem je lithiová baterie dobře dobíjitelná a na rozdíl od niklo-kadmiových baterií nemá paměťový efekt. Slavný chemik Gilbert Newton Lewis s nimi začal experimentovat už v roce 1912 a v běžném prodeji jsou od 70. let minulého století. Když v roce 1991 přišla Sony Corporation s dobíjitelnou verzí, stal se lithio-iontový akumulátor průmyslovým standardem, který otevřel dveře digitálního věku a éry přenosné elektroniky.

Opravdový skok zažil celý průmysl těžby a zpracování lithia v okamžiku, kdy se svět upnul k ideji elektrických vozidel. Dnes je lithium nenahraditelnou součástí pohonných baterií pro elektromobily. V roce 2022 bude celosvětově jezdit na silnicích více než 17 milionů elektromobilů, z toho polovina v Číně. V roce 2021 bylo celosvětově sedm milionů nových registrací. V Německu chce spolková vláda do roku 2030 zdvojnásobit počet elektricky poháněných vozidel na 15 milionů. Elektromobilita je proto klíčovým motorem poptávky po lithiu. Podle odhadů lithiového průmyslu pochází tři čtvrtiny poptávky po lithiu z baterií pro elektromobily. V roce 2021 byla celosvětová produkce lithia téměř 100 000 tun čistého kovového lithia. Nárůst o 21 procent oproti předchozímu roku. Spotřeba stoupla v roce 2021 ještě více o třetinu na 93 000 tun. Analytická společnost Fastmarkets očekává, že poptávka bude mírně vyšší než nabídka již v příštím roce. Očekává se, že tento trend bude do roku 2028 neustále sílit. Elektrifikace mobility v zájmu ochrany klimatu vede ke stále agresivnějšímu závodu o přístup k „bílému zlatu“ s ohledem na předvídatelný nedostatek.

Čtěte také: Moderní interiéry s minerálními podhledy

Ekologické dopady těžby lithia

S rostoucí poptávkou po lithiu v tomto desetiletí Roskill předpokládá, že emise uhlíku z výroby lithia vzrostou do roku 2030 šestinásobně. Přestože je výroba elektromobilů náročnější na emise CO₂ než u spalovacích aut, mnohé studie docházejí k závěru, že v průběhu životnosti vozu snižují batoh s CO₂ a jsou obecně klimaticky šetrnější než spalovací motory. Přesto zůstávají nezodpovězené otázky, například jak efektivní bude výroba baterií a jaké zdroje energie budou použity k nabíjení rostoucího počtu elektromobilů.

Výroba lithia v Jižní Americe je považována za klimaticky šetrnější. Zatímco uhlíková stopa je pouze jedna třetina lithia z australského spodumenu, solární těžba klade tlak na vodní systémy v extrémně suché oblasti. 70 procent lithia získaného ze solanky pochází z oblastí klasifikovaných jako vysoce rizikové pro vodu podle atlasu vodních rizik World Resource Institute. Obyvatelé, většinou původní obyvatelé, kteří po staletí žili na okraji pouště z kultivace a chovu zvířat, si stěžovali na nedostatek vody od doby, kdy se ve velkém těžilo lithium. Obyvatelé také pozorují pokles počtu plameňáků, kteří žijí na slaných jezerech v nadmořských výškách až 4000 metrů. Autoři se domnívají, že odstranění velkého množství slané vody má negativní dopad na sousední sladkovodní nádrže, protože se potápějí a stávají se slanou vodou.

Budoucí zdroje lithia a recyklace

Pokud se potvrdí výsledky probíhajících pokusů, budeme možná brzy schopni lithium získávat z doslova nevyčerpatelného zdroje - mořské vody. Oceány pokrývají dvě třetiny naší planety a skýtají v sobě obrovské množství energie a energeticky významných prvků. Jedním z nich je lithium, po kterém roste v současné době na světových trzích poptávka téměř exponenciálně. Mořská voda, která obsahuje 230 miliard tun lithia, je takřka nevyčerpatelným alternativním zdrojem tohoto prvku.

Oproti koncentrovaným solankám z jihoamerických náhorních plošin má voda v oceánu tu nevýhodu, že lithium je v ní obsažené v mnohonásobně nižších koncentracích. Za pomoci nových materiálů a technologických postupů je ale těžba lithia z oceánů teoreticky možná a reálně se s ní experimentuje. Hlavním problémem při získávání lithia z moře je vysoká koncentrace sodíku (okolo 10 000 ppm), zatímco koncentrace lithia se pohybuje mezi 0,1-0,2 ppm, proto je snaha o získání selektivního adsorbentu. Z nich se jako nejvhodnější jeví adsorbenty na bázi MnO₂, kvůli vysoké sorpční kapacitě v bazické oblasti (pH mořské vody se pohybuje okolo 8,1).

Stejně tak probíhá vývoj a vylepšování samotných baterií, možnosti recyklace lithiových komponentů a dalších technologií, které by měly dopady těžby a spotřeby lithia co nejvíce omezit. Digitální věk a éra elektromobility je totiž už tady.

Experiment s lithiem a vodou

Při práci s lithiem je nezbytné dodržovat bezpečnostní opatření. Lithium reaguje s vodou za vzniku plynného vodíku a roztoku hydroxidu lithného, což lze demonstrovat zčervenáním roztoku fenolftaleinu. Tento pokus je však nutné provádět s maximální opatrností, v ochranném oděvu a s připravenými hasebními prostředky, protože vznikající vodík je vysoce hořlavý a výbušný. Lithium je navíc nutné skladovat pod vrstvou petroleje nebo parafínového oleje, aby nedošlo k jeho samovznícení při styku se vzduchem.

tags: #lithium #v #mineralni #vode

Oblíbené příspěvky:

• Moderní technologie v betonových silech
• návod na instalaci lišty na sklo
• Vše o spojovacích trnech a lištách
• Oprava defektů s tmely Slime
• Vše o obkladech a dlažbách