Gorączka litu. Wielkie odkrycie w USA

Kiedyś USA żyło gorączką złota. Teraz, w dwieście lat później, mamy do czynienia z gorączką litu. Zapotrzebowanie na ten materiał gwałtownie rośnie - baterie litowo-jonowe stanowią podstawę elektroniki, elektrycznych samochodów, coraz częściej są też stosowane na wielką skalę w sieciach energetycznych - a geolodzy spieszą się znajdować nowe złoża cennego pierwiastka. 

We wrześniu 2023 r. naukowcy finansowani przez firmę wydobywczą poinformowali o odkryciu prawdopodobnie największego złoża litu na świecie. Ma ono znajdować się w starożytnym, wygasłym superwulkanie w USA. Teraz badacze ujawnili obecność kolejnego niewykorzystanego źródła litu, które jest wystarczająco duże, by pokryć prawie połowę zapotrzebowania kraju. Ogromne ilości litu znajdują się w... ściekach stanowiących produkt uboczny wydobycia w Pensylwanii gazu ziemnego w procesie tzw. szczelinowania. 

Globalne zużycie litu w 2023 r. wyniosło około 180 000 ton. To wzrost o 27% w porównaniu z 2022 r., kiedy na świecie zużyto 142 tys. ton pierwiastka. Tempo, w jakim rośnie zapotrzebowanie ludzkości na lit nie wydaje się jednak spadać. Według obecnych prognoz, już do 2030 r. światowe zapotrzebowanie na lit co najmniej się podwoi.

I choć w tym samym czasie produkcja litu na świecie może wzrosnąć nawet trzykrotnie, wszystko wskazuje na to, że obecne źródła nie wystarczą do zaspokojenia zapotrzebowania. Pięć głównych krajów produkujących lit na świecie to Australia, która w tym roku ma wyprodukować 86 tys. ton pierwiastka, Chile z produkcją rzędu 44 tys. ton, Chiny (33 tys. ton), Argentyna (9,6 tys. ton) oraz Brazylia (4,9 tys. ton). USA dysponuje obecnie zaledwie jedną kopalnią litu. Departament Energii chce jednak drastycznie zwiększyć miejscowe wydobycie litu, aby do 2030 r. miejscowe kopalnie mogły zaspokajać całe amerykańskie zapotrzebowanie.

Ten plan budzi jednak kontrowersje, ponieważ produkcja litu może potencjalnie niszczyć środowisko naturalne, a także wiązać się z emisją toksycznych chemikaliów. Obawy budzi także fakt, że część potencjalnych złóż znajduje się na obszarach uważanych przez rdzennych Amerykanów za ziemie święte.

Z drugiej strony jednak wydobycie litu ma być kluczowe dla stworzenia czystej, opartej na energii odnawialnej energii. Akumulatory litowo - jonowe mają być kluczową dla tego procesu technologią nie tylko ze względu na ich zastosowanie w samochodach elektrycznych, ale może przede wszystkim dlatego, że coraz częściej wielkie baterie akumulatorów są stosowane do stabilizowania sieci energetycznych. Dostarczają energię wtedy, gdy odnawialne źródła takie, jak panele fotowoltaiczne czy wiatraki nie są w stanie jej generować.

Ma to jednak konsekwencje geopolityczne. Unia Europejska i USA starają się zmniejszyć swoje uzależnienie od litu z Chin - choć kraj ten jest dopiero trzecim największym wydobywcą litu, to jest absolutnym globalnym liderem, jeśli idzie o jego przetwarzanie. Australia, która dziś zadowala się rolą dostawcy surowych materiałów do dalszego przetwarzania, planuje w najbliższych latach zainwestować w przetwarzanie minerału, a być może także w wytwórnie gotowych akumulatorów.

Kluczem do bezpieczeństwa przemysłów opartych na licie jest jednak dostęp do krajowych złóż pierwiastka. A tu zaczyna się problem. Bo łatwo dostępnych źródeł litu, których wydobycie nie spowoduje wielkich zniszczeń w środowisku, nie ma zbyt wiele.

Nadzieję na dostęp do takiego złoża dają najnowsze wyniki badań geologicznych przeprowadzonych w stanie Pensylwania, opublikowane właśnie w czasopiśmie Scientific Reports. Według ustina Mackeya, badacza z National Energy Technology Laboratory w Pensylwanii, źródłem tym mogą być odpady powstające podczas wydobycia gazu ziemnego metodą szczelinowania.

Pensylwania leży na skałach osadowych znanych jako łupki Marcellus, które są bogate w gaz ziemny. Powstały one prawie 400 milionów lat temu w wyniku działalności wulkanicznej i zawierają lit z popiołu wulkanicznego.Lit ten miał być przez długi okres wypłukiwany przez wody gruntowe. Wody te są teraz wypłukiwane i wyrzucane na powierzchnię podczas wydobycia gazu ziemnego. Okazuje się, że te ścieki zawierają ogromną ilość cennego pierwiastka.

Szczelinowanie polega na wierceniu w ziemi otworu w kształcie litery L, a następnie pompowaniu do niego wody. To wypycha na powierzchnię znajdujące się w głębinach substancje, w tym gaz ziemny. Proces powoduje jednak powstanie dużej ilości ścieków. Obecnie są one jedynie w minimalnym stopniu oczyszczane i ponownie wtryskiwane pod ziemię. Pensylwania jest jednym z wiodących stanów wykorzystujących tę technologię.

Stosowane obecnie praktyki sprawiają jednak, że cenny lit jest po prostu marnowany. I to w ogromnych ilościach. Mackey przeprowadził analizę opierając się na danych pochodzących od przedsiębiorstw naftowych i gazowych, które zgłaszają urzędnikom rządowym pierwiastki znalezione w ściekach. W sumie przeanalizowali dane zebrane w latach 2012-2023 ze ścieków z 515 studni w Pensylwanii.

Wyniki badań sugerują, że złoże Marcellus "może zapewnić znaczne wydobycie litu w dającej się przewidzieć przyszłości" - to znaczy tak długo, jak będzie kontynuowane szczelinowanie. Jeśli inżynierom uda się wydobyć nawet stosunkowo niski odsetek zawartego w ściekach litu, nowe źródło pierwiastka może pokryć ponad 30 procent obecnego zapotrzebowania w USA.

Problemem może być jedynie fakt, że nie zbadano jeszcze wpływu na środowisko ekstrakcji litu ze ścieków pochodzących ze szczelinowania. Wydobycie litu wymagałoby także kontynuowania szczelinowania, wraz z towarzyszącymi mu negatywnymi skutkami środowiskowymi. Pewne jest jednak, że poszukiwanie nowych źródeł litu będzie prowadzone coraz szybciej. Bo pierwiastek ten jest i bardzo potrzebny - i bardzo cenny.