지열 풀을 활용하여 리튬 수요를 충족시키다

더 많은 리튬을 향한 사냥

EV의 부상으로 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 폭발적으로 증가했고, 리튬 자원에 대한 수요도 증가했습니다. 이 수요는 기하급수적으로 계속 증가할 것으로 예상되며, 이 곡선의 가파른 정도만이 EV 채택 속도에 따라 문제가 됩니다.

출처: Statista

이는 리튬을 추출하기 어렵기 때문에 문제를 일으켰습니다. 과거에는 이로 인해 가격이 크게 변동하여 배터리 및 EV 제조업체의 투입 비용이 크게 변동했습니다.

출처: 탄소 크레딧

현재 리튬은 주로 단단한 암석이나 소금물에서 생산되는데, 둘 다 많은 에너지나 물 소비가 필요합니다.

대안은 지열 염수, 즉 지하 매장지에서 발견되는 물에서 리튬을 생산하는 것입니다. 그러나 이는 기술적인 관점에서 까다로웠습니다.

이러한 현상은 라이스 대학 연구원들의 연구 덕분에 바뀌었을 수도 있습니다. 연구원들은 권위 있는 출판물인 PNAS(미국 국립과학원 회보)에 "염수로부터 선택적 리튬 추출을 위한 3개 챔버 전기화학 반응기¹".

리튬은 어디에서 오는가?

리튬은 지구 지각의 0.002%에 불과하며 상업적으로 실행 가능한 농축된 매장지에서는 거의 발견되지 않습니다.

현재 전 세계 배터리와 정제 리튬의 대부분은 중국에서 생산됩니다. 리튬 자체는 주로 "리튬 트라이앵글"(칠레, 아르헨티나, 볼리비아), 중국, 그리고 호주에서 채굴됩니다.

출처: 자연 과학의 진보

이로 인해 다른 국가들은 대체 공급원을 찾게 되었고, 지하 염수(짠물)가 좋은 후보가 되었습니다. 예를 들어, 최근에 발견된 것은 아칸소는 석유 및 가스 매장지 옆에 있는 염수에 미국 내에서 알려진 모든 리튬 매장량보다 더 많은 리튬 자원을 보유하고 있을 수 있습니다..

이러한 염수에는 비교적 높은 농도의 리튬이 종종 포함되어 있습니다. 문제는 이러한 염수에서 리튬을 추출하는 방법입니다. 염수에는 일반적으로 다른 미네랄의 복잡한 혼합물도 포함되어 있기 때문입니다.

이러한 염수는 고농축이기 때문에 지금까지 사용되던 대규모 증발 풀의 대안으로 직접 리튬 추출(DLE)이 고려되고 있습니다.

출처: 유로 뉴스

직접 리튬 추출

직접 추출은 선택적 추출 공정을 통해 리튬 원자를 표적으로 삼습니다. 이것은 달성될 수 있습니다. 다양한 방법을 통해:

• 흡착 기반 DLE는 리튬이 전용 재료에 의해 물리적으로 흡수되는 방식입니다.
• 이온 교환 기반 DLE는 리튬이 양이온(양이온)과 교환되는 방식입니다.
• 용매 추출 기반 DLE는 유기 액체 용매가 염수로부터 리튬을 흡수하고 용해하는 방식입니다.

출처: 리튬 수확

전기화학적 리튬 추출

많이 탐구되지 않은 또 다른 옵션은 전기화학적 리튬 추출입니다. 아이디어는 강력한 전류를 사용하여 염수에 있는 다른 미네랄에서 리튬을 분리하는 것입니다.

앞서 말했듯이, 이 염수에는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨을 포함하여 유사한 이온 크기와 전하를 가진 다른 많은 미네랄이 포함되어 있습니다. 이는 이온 특성에만 기반한 모든 방법을 어렵게 만듭니다. 리튬만을 완전히 선택하려면 여러 번 해야 하기 때문입니다.

대안으로 전류를 사용할 수도 있지만, 소금물에는 종종 많은 양의 염화물 이온이 포함되어 있으며, 이는 리튬을 분리하기 위한 전통적인 전기화학적 공정 중에 극도로 독성이 강한 염소 가스로 변할 수 있습니다.

염소 가스, 할로겐으로도 알려져 있으며, 1차 세계 대전 중 전투 가스로 유명하게 사용되었습니다. 그러나 전기화학적 리튬 추출 중 생산 문제로 인해 지금까지 이 기술은 상업적으로 사용되지 못했습니다.

리튬 추출을 위한 배터리 기술 사용

역설적이게도 배터리 기술의 혁신은 바로 그 배터리의 리튬 추출 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 라이스 대학 연구원들은 새로 개발된 리튬 이온 전도성 유리 세라믹(LICGC) 멤브레인을 사용했습니다. 이 기술은 배터리에 자주 사용되지만 리튬 처리에는 이전에는 적용되지 않았습니다. LICGC는 고체 전해질 소재로 고체 상태 배터리를 만드는 데 적합한 후보입니다.

이 막은 다른 화학물질의 이온은 차단하고 리튬 이온만 선택적으로 통과시키는 데 매우 효과적입니다.

3-Chamber 전기화학 반응기

리튬 추출을 위한 전통적인 전기화학 반응기는 2개의 챔버를 중심으로 설계됩니다. 첫 번째 챔버에는 대상 염수가 담겨 있고, 두 번째 챔버에는 추출된 리튬이 담겨 있습니다.

연구진은 가운데에 LICGC 막을 추가하여 주로 리튬만이 LICGC를 통과할 수 있는 중간의 세 번째 챔버를 만들었습니다.

"우리 분야는 리튬 추출의 비효율성과 환경적 영향으로 오랫동안 어려움을 겪어 왔습니다. 이 반응기는 기본 과학과 공학적 독창성을 결합하여 현실 세계의 문제를 해결하는 힘의 증거입니다."

왕 하오티안, 라이스 대학 화학 및 생물 분자 공학과 조교수.

연구자들이 수행한 테스트에서 리튬 순도율은 97.5%에 도달했습니다. 한편, Na+ K+, Mg2+, Ca2+의 농도는 너무 낮아서 연구자 장비의 검출 한계 이하로 떨어졌습니다.

더 중요한 것은, 특히 염소 이온을 멀리하는 데 효율적이어서 염소 가스 생성을 극적으로 줄인다는 것입니다. 많은 전력을 소모하고 유해 가스를 생성하는 대신, 새로운 설계에서는 총 전력의 6.4%만이 염소 이온과 반응했습니다.

 그래도 몇 가지 문제는 해결해야 합니다

연구자들은 테스트 중에 LICGC 멤브레인에 나트륨 이온이 축적되는 것을 발견했습니다. 이 축적을 그대로 두면 시간이 지남에 따라 반응기의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이 문제가 해결될 때까지 3개 챔버 전기화학 반응기는 상업적 규모의 배치에 적합하지 않습니다.

이 문제를 해결하기 위해 고려된 가능성 중 하나는 소금물을 사전 처리하여 나트륨 함량을 줄이는 것입니다.

또 다른 방법은 처음부터 나트륨 이온이 부착되는 것을 방지하기 위해 특수한 막 코팅을 찾는 것입니다.

리튬 및 배터리 기술에 투자

리튬 이온 배터리는 사람들이 첨단 전자제품을 어디든 휴대할 수 있게 한 것부터 전기만으로 자동차에 동력을 공급하는 것까지, 이미 세상을 여러 번 바꿔 놓았습니다.

그들은 100% 재생 가능 전력망을 허용하거나 충분히 높은 에너지 밀도에 도달하면 항공기 전기화를 허용함으로써 다시 한 번 그러한 일을 할 수도 있고 다른 유형의 배터리를 사용할 수도 있습니다.

많은 브로커를 통해 배터리 관련 회사에 투자할 수 있으며, 여기 security.io에서 최고의 브로커에 대한 권장 사항을 찾을 수 있습니다. 미국, Canada, Australia, 영국, 다른 많은 나라들뿐만 아니라.

특정 리튬 또는 배터리 회사를 선택하는 데 관심이 없다면 다음과 같은 바이오텍 ETF도 살펴볼 수 있습니다. 리튬 및 배터리 기술 ETF(BATT) 증폭, 글로벌 X 리튬 및 배터리 기술 ETF(LIT), 또는 WisdomTree 배터리 솔루션 UCITS ETF이를 통해 성장하는 리튬 및 배터리 산업에서 수익을 창출할 수 있는 보다 다양한 노출을 제공할 것입니다.

또는 당사의 "상위 10개 배터리 금속 및 재생 에너지 채굴 주식".

직접 리튬 추출 회사

린 틴토

리오틴토는 광산업계의 거대 기업(세계에서 두 번째로 큰 규모)으로, 철광석 채굴은 물론 구리, 알루미늄, 금, 우라늄 등에서도 강력한 입지를 확보하고 있습니다.

Rio Tinto는 특히 다음과 같이 빠르게 확장되고 있습니다. 기니 시만두의 거대 철광석 광산 프로젝트 그리고 몽골 역사상 가장 큰 프로젝트인 오유 톨고이 구리 광산.

Rio Tinto는 향후 25년 동안 전 세계 구리 공급량의 5% 증가를 제공할 것으로 예상됩니다.

최근 이 회사는 리튬 채굴 부문에 대대적으로 진출하여, 2023년 대형 리튬 생산업체인 알켐(Allkem)과 리벤트(Livent)가 합병하여 만든 리튬 거대 기업인 아카듐 리튬(Arcadium Lithium)을 인수했습니다. 이로써 이 회사는 세계 3위의 리튬 생산업체가 되었습니다.

출처: 아르카 듐

합병으로 모든 리튬 생산 및 처리 단계에서 회사가 탄생했습니다. Arcadium은 2028년 말까지 용량을 두 배 이상 늘리는 확장 계획을 세웠습니다.

아르카디움 이노베이션

에 따르면

이 인수와 관련하여 "리오틴토의 진짜 상금”는 아카듐의 직접 리튬 추출(DLE) 기술입니다. Arcadium은 실제로 1996년부터 증발 파운드와 함께 DLE를 개발해 왔습니다.최근에는 단독 추출 방법으로 상업적으로 실행 가능하게 만드는 데 상당한 진전을 이루었습니다.

주목할만한, Livent는 2023년에 ILiAD Technologies를 인수했습니다..

“ILiAD 기술 플랫폼은 우수한 리튬 선택적 흡착제와 연속 역류 베드 프로세싱을 결합합니다.”

"Livent는 DLE 기반 생산 공정 분야에서 세계 최고의 실무자이자 가장 많은 사용자입니다. Livent가 ILiAD가 DLE의 미래에 가져올 이점을 인정한 것을 매우 기쁘게 생각합니다.

Rio Tinto가 Arcadium을 인수하기로 결정한 주된 이유는 DLE에 대한 Arcadium의 장기적 전문성과 ILiAD의 "다양한 조건에서 광범위한 리튬 함유 염수" 덕분인 것으로 보이며, 리튬 시장의 순환적 특성으로 인한 낮은 가치 평가도 고려되었습니다.

장기적으로 전기화학적 리튬 추출이 흡착제 기반 방법을 대체할 수 있겠지만, 앞으로 이것이 주요 리튬 추출 방법이 된다면 대규모 DLE에 대한 경험이 어차피 보상될 가능성이 높습니다.

리튬 포일

아카디엄은 또한 배터리 성능을 높이고, 제조 비용을 낮추고, 리튬 사용량을 줄이는 데 사용할 수 있는 인쇄형 리튬 호일인 LIOVIX를 개발했습니다.

출처: 아르카 듐

리오틴토의 그린 프로필

아르카디움의 인수로 리오틴토는 구리 추출 분야에서 벤처를 통해 혁신을 이룬 후 광업 산업 혁신자 진영에 확고히 들어섰습니다. 뉴튼. Nuton의 새로운 기술은 채굴된 광석에서 구리 회수율을 훨씬 높일 수 있게 해줍니다.

리오틴토의 알루미늄 생산은 저탄소입니다수력 발전을 이용해 보크사이트를 알루미나로 정제한 후 알루미늄으로 전환한 덕분입니다.

Rio Tinto는 또한 다른 리튬 프로젝트에 투자했으며 최근 다음을 인수했습니다. 아르헨티나의 Ricon 프로젝트 그리고 세르비아의 논란스러운 자다르 리튬 프로젝트(잠재적으로 유럽 최대 규모의 리튬 프로젝트).

최근의 인수와 새로운 프로젝트 덕분에 리오틴토는 핵심적인 철광석 채굴 회사로 점차 인식될 것으로 보이며, 에너지 전환에 필요한 모든 금속, 특히 구리, 저탄소 알루미늄, 리튬에 대한 녹색 프로필이 점차 강화되고 강력한 성장을 보일 것으로 예상됩니다.

연구 참고문헌:

^{1. Feng, Y., Park, Y., Hao, S., Fang, Z., Terlier, T., Zhang, X., Qiu, C., Zhang, S., Chen, F., Zhu, P., Nguyen, Q., Wang, H., & Biswal, SL (2024). 염수에서 선택적 리튬 추출을 위한 XNUMX개 챔버 전기화학 반응기. 국립과학원 회보, 121(47), e2410033121. https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121}