Der er ingen tvivl om, at vi i de kommende år har brug for meget lithium. Det voksende marked for elektriske biler plus ny husholdningsenergilagring og storskala batterifarmbrug og den nuværende mangel på nogen teknologi, der er bedre til opbevaring end lithium-ion-batterier, sætter fremtiden for energilagring i hænderne på et par steder rundt om verden, hvor alkalimetallet udvindes.
Tidligere i dette årti fremlagde forskere fra University of Michigan væksten i efterspørgslen efter lithium indtil år 2100. Det er meget - sandsynligvis et sted mellem 12 millioner og 20 millioner ton - men de samme forskere såvel som andre på USGS og andre steder har estimeret, at de globale indskud langt overstiger disse tal. Spørgsmålet er ikke tilstedeværelsen af lithium på Jorden, da, men at være i stand til at komme til det. Det meste af det, vi bruger i øjeblikket, kommer fra kun et par kilder, for det meste i Chile og Australien, som producerer 75 procent af det litium, som verden bruger, og også af Argentina og Kina, ifølge USGS-undersøgelser fra 2016.
På udkig efter at løse dette problem gik Stanford-geologer på jagt efter nye kilder til metallet. De vidste, at det stammer fra vulkansk klippe, og derfor gik de til de største vulkaner, de kunne finde: Supervolcanoer, der ikke vises som et bjerg med et hul i det, men en stor, bred, kedelformet caldera, hvor et stort udbrud skete for millioner af år siden. Der så de høje koncentrationer af lithium indeholdt i en type vulkansk ler kaldet hectorit. Geologer vidste allerede generelt, at lithium stammede fra vulkanske klipper, men holdet fra Stanford var i stand til at måle det på uventede steder og mængder, der åbner et større udvalg af potentielle steder.
"Det viser sig, at du ikke rigtig har brug for superhøje koncentrationer af lithium i magmaen, " siger Gail Mahood, Stanford geologiprofessor og forfatter af undersøgelsen, i Nature Communications, om opdagelsen. ”Mange af vulkanerne, der brød ud i det vestlige USA, ville have nok lithium til at producere et økonomisk depositum, så længe udbruddet er stort nok… og så længe [det] skabte en situation, hvor man kunne koncentrere det lithium, der blev udvasket ud af klipperne. ”
Litium udvindes fra disse hvide klipper, som er caldera-søsedimenter. (Tom Benson) I øjeblikket kommer det meste af det litium, vi bruger, fra lithium saltvand - salt grundvand fyldt med lithium. Vulkaniske klipper opgiver deres litium, når regnvand eller varmt hydrotermisk vand udvask det ud af dem. Den løber ned ad bakke til store, geologiske bassiner, hvor jordskorpen faktisk strækker sig og sækker. Når det sker i særligt tørre regioner, fordamper vandet hurtigere, end det kan ophobes, og du får tættere og tættere koncentrationer af lithium. Dette er grunden til, at de hidtil bedste lithiumaflejringer har været på steder som Clayton Valley, Nevada og Chiles Atacama-ørken. Det konsolideres i en flydende saltopløsning under den tørre ørkenoverflade, der pumpes ud af jorden, kondenseres yderligere i fordampningspuljer og ekstraheres fra saltvand i kemiske anlæg.
LeeAnn Munk, en geolog ved universitetet i Alaska, har i årevis arbejdet med at udvikle en "geologisk opskrift" af betingelserne, under hvilke lithium saltopløsning dannes, og hendes team har været den første til at beskrive denne malmaflejringsmodel - den vulkanske handling, den tektoniske struktur, det tørre klima osv. Hendes arbejde, der ofte parrer hende med USGS, har fokuseret på saltvand.
Men saltvand er kun en af måderne, hvorpå litium findes. Det er velkendt, at metallet kan findes i fast sten kaldet pegmatit og i hectorit. Hectorite er ikke ler, som du ville bruge til at fremstille en gryde, men et udtørret, lagdelt, hvidt askeholdigt stof, der dannedes på grund af hydrotermisk virkning efter vulkanen brød ud. Leret absorberer og anbringer litium, der er lækket ud af den vulkanske klippe. Fordi disse vulkaner er gamle - den mest bemærkelsesværdige måske er det 16 millioner år gamle McDermitt vulkanfelt i Kings Valley, Nevada - landet er forskudt, og leret findes ofte ikke i et bassin, men udsat, op på høje ørken bjergkæder.
”[Mahood og hendes team] har identificeret, hvordan lithium holdes i disse vulkaniske klipper med høj silica, ” siger Munk. ”Det hjælper med at styrke vores forståelse af, hvor lithium forekommer, inden for Jorden. Hvis vi ikke fuldt ud forstår det, har vi svært ved at fortælle, hvor meget lithium vi har, og hvor meget lithium vi faktisk kan udvinde. De har bidraget til at fremme forståelsen af, hvor lithium findes i skorpen. ”
Andre placeringer identificeret af Mahoods gruppe inkluderer Sonora, Mexico, Yellowstone-calderaen og Pantelleria, en ø i Middelhavet. Hver viste forskellige koncentrationer af lithium, som forskerne var i stand til at korrelere med koncentrationen af de mere let detekterbare elementer rubidium og zirkonium, hvilket betyder, at de i fremtiden kan bruges som indikatorer i søgningen efter yderligere lithium.
Men der er mere ved det end bare at lede efter litiumrige supervolcano-steder. ”Spørgsmålet lige nu er, at der virkelig ikke findes nogen eksisterende teknologi i en stor nok skala til faktisk at udnytte litiumet ud af lerierne, der er økonomiske, ” siger Munk. ”Det kan være noget, der sker i fremtiden.”
Mahood anerkender dette. ”Så vidt jeg ved, har folk ikke udarbejdet en kommerciel skala til fjernelse af lithium fra hectorit, ” siger hun. ”Det ironiske ved alt dette er, at hectoritten udvindes lige nu, men den udvindes faktisk ikke til litiumet. Det, de gruver det til, er hectoritten som en ler, og hectoritlejer har usædvanlige egenskaber, idet de er stabile til meget høje temperaturer. Så hvad deponeringen i King's Valley udvindes til nu er at fremstille specialboringsslam, der bruges i naturgas- og olieindustrien. ”
Men at udvinde lithium fra saltvand er også dyrt, især i den mængde frisk vand, det kræver, på steder, hvor der er mangel på vand. Der er sandsynligvis masser af lithium at gå rundt, siger Mahood, men du vil ikke, at det hele skal komme fra én kilde. ”Du vil have, at det skal komme fra forskellige steder med hensyn til både lande og virksomheder, ” siger hun, ”så du aldrig holdes som gidsel for et lands prispraksis.”
