Utrechtse onderzoekers ontdekken nieuwe methode voor winnen lithium

Vooral in de context van de energietransitie is de vraag naar lithium, een grondstof voor batterijen, groot en die neemt alleen maar toe. ‘Het grootschalige gebruik van lithium-ionbatterijen resulteert in een grote vraag naar lithiumbronnen’, vertelt Xu Zhang, geowetenschapper aan de Universiteit Utrecht. ‘Deze batterijen zijn onmisbaar in alledaagse objecten, variërend van smartphones en elektrische voertuigen tot thuisbatterijen.’

Tiener versus volwassen
In de natuur is lithium verrijkt in kleimineralen en sommige wetenschappers onderzoeken manieren om geothermisch lithium te winnen met behulp van kleimineralen. Een lang over het hoofd gezien probleem is de wisselwerking tussen lithium en ijzeroxiden, die veel voorkomen in de natuur.

Een internationaal onderzoeksteam van Nederlandse, Britse en Duitse onderzoekers heeft deze vraag nu onderzocht. Zhang en zijn collega’s ontdekten dat de kristalliniteit van mineralen een cruciale rol speelt. ‘Voor hetzelfde mineraal is het ijzeroxide reactiever in zijn slecht gekristalliseerde of “tiener”-toestand dan in zijn goed gekristalliseerde of “volwassen”-fase’ legt Zhang uit. ‘Tijdens de interactie tussen lithium en ijzeroxiden wordt lithium niet opgenomen door goed gekristalliseerde ijzeroxiden, terwijl slecht gekristalliseerde goethiet nanodeeltjes ongeveer 90 procent van lithium kunnen onttrekken in hoog alkalische omstandigheden.’

Grotere kostenefficiëntie
Deze bevinding is van belang op diverse vlakken. Zhang: ‘Allereerst biedt het inzicht in mechanismen die van belang zijn voor toekomstige industriële lithiumextractie, waaronder welk mineraal geselecteerd moet worden, hun kristallijne toestand en de ideale extractieomstandigheden. Gezien de ruime beschikbaarheid van ijzeroxiden en de bewezen effectiviteit van de bestaande synthese-methoden, is het de moeite waard te onderzoeken of deze extractiemethode ook grotere kostenefficiëntie kan opleveren. Ten tweede benadrukt deze studie de centrale rol van minerale kristallisatie bij het vormgeven van rots-water reacties en biedt ze inzicht in ijzerrijke omgevingen zoals tropische bodems.’

De studie van de onderzoekers wordt ondersteund door verschillende geavanceerde technieken, waaronder elektronische microscopie aan het UU Electronic Microscopy Centre en isotopenanalyse van UCL Londen. De resultaten zijn gepubliceerd in ACS Earth and Space Chemistry.